Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

26 Система электропривода генератор-двигатель

26 Система электропривода генератор-двигатель

3.8 Система электропривода генератор-двигатель

Система генератор-двигатель долгое время была основной системой регулируемого электропривода постоянного тока, которая позволяла обеспечивать предъявляемые к регулируемым электроприводам требованиям. Однако, в связи с бурным развитием полупроводниковой техники, эта система постепенно заменилась системой «тиристорный преобразователь — двигатель» и «преобразователь частоты — асинхронный двигатель». В настоящее время эта система используется в мощных регулируемых электроприводах существующих установок, в которых применение полупроводниковых преобразователей встречает определенные трудности «шахтовых подъёмных установок, экскаваторы и другие мощные реверсивные электропривода». Поэтому необходимо рассмотреть электромеханические и регулировочные свойства этой системы электропривода.

Принципиальная схема системы Г-Д представлена на рис.3.17. Согласно этой схемы исследуемый двигатель Д получает питание от генератора, приводимого во вращение асинхронным или синхронным двигателем.

Питание цепей возбуждения электрических машин осуществляется от электромашинного или полупроводникового возбудителя В. Для агрегатов большой мощности в качестве приводного двигателя используется синхронный двигатель.

Изменением напряжения на зажимах двигателя осуществляется путём изменения тока возбуждения генератора сопротивлением Rвдг. Изменением тока возбуждения, и значит и потока двигателя выполняется с помощью сопротивления Rвд.

Т.к. двигатель питается от отдельного генератора, напряжение которого может меняться в широких пределах, поэтому это оказывает большое влияние на основные свойства и характеристики привода.

Как видно из схемы (рис. 3.17) в цепи якоря отсутствуют пусковые сопротивления. Кроме того, сопротивление якоря генератора имеет величину того же порядка, что и сопротивление якоря двигателя, поэтому приходится считаться с падением напряжения в цепи якоря генератора. В результате даже при неизменном значении ЭДС генератора, напряжение на его зажимах меняется с изменением нагрузки.

Следовательно, в уравнении механической характеристики двигателя за неизменный параметр необходимо принять не «U» (как в случае питания от сети с постоянной напряжением), а ЭДС генератора «Ег», которая не зависит от нагрузки.

В этом случае при идеальном холостом ходе системы, ЭДС двигателя Ед и напряжение U на его зажимах будут равны ЭДС генератора Ег и скорость идеального холостого хода определится так

Рекомендуемые файлы

Уравнение электромеханической и механической характеристик будут иметь следующий вид

(4.1)

(4.2)

где Rя=Rяг+Rяд – суммарное якорное сопротивление системы Г-Д;

Rяг, Rяд – сопротивление обмоток якоря генератора и двигателя

Наклон механической характеристики, а следовательно, и номинальный перепад скорости будут определяться суммой сопротивлений якоря обеих машин

где Rяг% и Rяд% — сопротивления обмоток якоря генератора и двигателя, отнесенные к номинальному сопротивлению Rн цепи якорей

Следовательно, механические характеристики двигателя независимого возбуждения по системе Г-Д имеют вид параллельных прямых (рис. 3.18). Из выражения для механической характеристики и графика следует, что в зоне изменения напряжения генератора механические характеристики имеют большую крутизну, чем естественная характеристики, получаемая при питании от сети с постоянным напряжением. Объясняется это тем, что в системе Г-Д падение напряжения вызывается суммарным сопротивлением обмоток якорей машин.

В отдельным случаях падение скорости может превышать 20%.

Пуск двигателей в системе Г-Д

Пуск двигателя осуществляется плавно в следующей последовательности. Сначала запускается приводной двигатель АД с генератором и включается возбудитель.

Увеличивая ток возбуждения генератора, повышают его ЭДС Ег. При этом ток и момент двигателя увеличиваются и двигатель плавно разгоняется до выхода на естественную характеристику.

Каждому значению тока возбуждения генератора соответствует определённое значение его ЭДС и, следовательно, своя механическая характеристика двигателя. Механические характеристики системы Г-Д при различных токах возбуждения генератора и при постоянном номинальном потоке двигателя имею одинаковую крутизну, т.е. параллельны друг другу. Таким образом, может быть получена основная скорость, соответствующая полному напряжению на зажимах генератора.

Для увеличения скорости выше основной необходимо ослабить магнитный поток двигателя. Механические характеристики системы в зоне повышенных скоростей при работе с ослабленным потоком двигателя имеют большую крутизну причем параллельность характеристик нарушается.

Механические характеристики системы Г-Д при изменении напряжения генератора и Фд=const, и при изменении магнитного потока двигателя Фд=var, Uг=const приведена на рис. 3.18.

Изменение направления вращения двигателя осуществляется изменением полярности генератора, которое достигается изменением направления потока в его обмотке возбуждения с помощью специального переключателя.

Регулирование скорости в системе Г-Д

Одним из важных условий, определивших широкое применение системы Г-Д, является возможность изменения скоростей двигателя в широком диапазоне. Теоретически можно получить механическую характеристику с любой сколь угодно малой скоростью идеального холостого хода или скоростью при номинальном моменте. Но при небольших потоках возбуждения генератора работа двигателя становится неудовлетворительной. Это можно объяснить тем, что при ослабленном магнитном потоке генератора больше сказывается реакция якоря генератора и непостоянное падение напряжения в щёточных контактах обеих машин, которое может быть значительным. Большое влияние на работу при низких скоростях оказывает также сопротивление самих последовательно включенных в цепь якорей обмоток генератора и двигателя.

Хотя механические характеристики системы Г-Д при регулировании напряжением параллельны, но по мере снижения скорости они становятся более мягкими. Действительно, абсолютное статическое падение скорости при номинальном моменте остаётся одним и тем же. А относительное падение скорости, выраженное а долях от скорости идеального холостого хода, увеличивается при снижении скорости идеального холостого хода. И в этом случае сравнительно малым колебаниям момента будут соответствовать значительные изменения скорости.

Нижний предел скорости ограничивается также и остаточным намагничиванием, а также возможными колебаниями нагрузки Мс=1.5÷2.0 Мн. На рис. 3.19 показано определение максимального диапазона регулирования скорости изменением напряжения на зажимах двигателе. В среднем Eост=(3÷6)% от номинального напряжения. При низких скоростях остаточное напряжение может заметно влиять на величину скорости при заданном возбуждении генератора. И скорость двигателя становится практически не управляемой.

Всё это ограничивает возможность изменения напряжения генератора пределами 1:10. А изменение скорости за счёт ослабления магнитного потока двигателя возможно в пределах 1:3. Поэтому общий диапазон изменения скорости в обычной системе Г-Д без специальных мер не превышает 1:30.

Остаточное напряжение может также вызвать в цепи якорей возникновение тока, под действием которого в двигателе создаётся момент, достаточный для вращения исполнительного механизма на низкой «ползучей» скорости. Чтобы устранить это явление, при остановке двигателя обмотку возбуждения генератора переключают к зажимам его якоря так, чтобы за счёт остаточного напряжения в ней протекал ток, размагничивающий генератор.

Следовательно, в системе Г-Д используется двухзонное регулирование скорости (рис. 3.20):

I зона – изменением напряжения U

II зона – изменением тока возбуждения двигателя

Фд Ег. Ток в цепи якорей при этом меняет направление (рис.3.21), и машины меняются ролями: двигатель превращается в генератор, а генератор, работающий при этом в двигательном режиме, ускоряет асинхронный двигатель и заставляет последний отдавать энергию в сеть. В таком виде процесс торможения может протекать до тех пор, пока магнитный поток двигателя не достигнет номинального значения. И дальнейшее торможение ведётся уменьшением тока возбуждения генератора. При этом ЭДС двигателя также будет больше напряжения генератора.

Торможение таким способом возможно почти до полной остановки. Процесс торможения (см. рис. 3.21)

Режим динамического торможения осуществляется в том случае, когда Фг=0, а значит Ег=0. Соответствующие этому режиму характеристика проходит через начало координат и показана на рис. 3.21.

Преимущества системы Г-Д:

1) управление процессами пуска, регулирование скорости торможения и реверса перенесено в цепи возбуждения имеющие малые токи. Это облегчает и удешевляет аппаратуру управления;

2) отсутствуют громоздкие пусковые реостаты, а также соответствующие потери при пуске и торможении;

3) обеспечивается возможность плавного регулирования скорости в значительных пределах до 1:30;

Читать еще:  Что такое обвес двигателя

4) категория регулирования двухзонное регулирование;

5) возможность торможения с рекуперацией энергии в сеть;

6) простота реверса без переключения в цепи якоря.

1) высокая установленная мощность, превышающая в 3 раза мощность двигателя;

2) высокая первоначальная стоимость машинного оборудования;

3) сравнительно низкий КПД вследствие 3-кратного преобразования энергии (η=75÷80%).

4) повышенная крутизна механических характеристик в зоне регулирования напряжением и в большей мере при регулировании потоком.

При больших мощностях реверсивных двигателей от простой системы Г-Д переходят к каскадной (двухступенчатой) с управлением в цепи подвозбудителей.

5) неустойчивая работа двигателя в зоне низких скоростей, ограничивающая диапазон регулирования скорости.

Как сделать правильно электрогенератор из электродвигателя

Ответ на вопрос, как сделать самостоятельно электрогенератор из электродвигателя, основывается на знании устройства этих механизмов. Основная задача заключается в преобразовании двигателя в машину, выполняющую функции генератора. При этом следует продумать способ, как весь этот узел будет приводиться в движение.

  1. Сфера применения данного оборудования
  2. Генератор и существующие его виды
  3. Делаем оборудование без узла привода
  4. Работы поэтапно
  5. Советы специалиста

Где используется генератор

Оборудование данного вида находит применение в совершенно разных областях. Это может быть промышленный объект, частное или загородное жилье, стройплощадка, причем любых масштабов, гражданские здания разного целевого использования.

Одним словом, совокупность таких узлов, как электрогенератор любого типа и электродвигатель, позволяют реализовать следующие задачи:

  • Резервное электроснабжение;
  • Автономная подача электроэнергии на постоянной основе.

В первом случае речь идет о страховочном варианте на случай возникновения опасных ситуаций, таких, как перегрузка сети, аварии, отключения и прочее. Во втором случае электрогенератор разнотипный и электродвигатель позволяют получить электричество в местности, где отсутствует централизованная сеть. Наряду с этими факторами присутствует еще одна причина, по которой рекомендуется использование автономного источника электроэнергии – это необходимость подачи стабильного напряжения на вход потребителя. Подобные меры нередко принимаются, когда необходимо ввести в работу оборудование с особо чувствительной автоматикой.

Особенности устройства и существующие виды

Чтобы определиться с тем, какой электрогенератор и электродвигатель выбрать для реализации поставленных задач, следует представлять себе, в чем заключается разница между существующими видами автономного источника энергоснабжения.

Основное отличие – тип топлива. С этой позиции различают:

  1. Бензиновый генератор.
  2. Дизельный механизм.
  3. Устройство на газу.

В первом случае электрогенератор и содержащийся в конструкции электродвигатель по большей части используется для обеспечения электроэнергией на короткие сроки, что обусловлено экономической стороной вопроса ввиду высокой стоимости бензина.

Преимущество дизельного механизма заключается в том, что на его обслуживание и эксплуатацию потребуется значительно меньшее количество топлива. Дополнительно дизельный электрогенератор автономного типа и электродвигатель в нем будут работать длительный период времени без отключений благодаря большим ресурсам двигателя.

Устройство на газу является отличным вариантом на случай организации постоянного источника электроэнергии, так как топливо в данном случае всегда под рукой: подключение к газовой магистрали, использование баллонов. Поэтому стоимость эксплуатации такого агрегата будет ниже ввиду доступности топлива.

Основные конструктивные узлы такой машины тоже отличаются по исполнению. Двигатели бывают:

  1. Двухтактные;
  2. Четырехтактные.

Первый вариант устанавливается на устройства меньшей мощности и габаритов, тогда как второй – используется на более функциональных аппаратах. В генераторе имеется узел – альтернатор, другое его название «генератор в генераторе». Существует два его исполнения: синхронный и асинхронный.

По роду тока различают:

  • Однофазный электрогенератор и, соответственно, электродвигатель в нем;
  • Трехфазное исполнение.

Последний из названных вариантов рекомендуется приобретать в случае, когда пользователь планирует подключать к нему трехфазные потребители. Их преимущество заключается в возможности питать также и однофазную технику.

Чтобы понять, как сделать электрогенератор из асинхронного электродвигателя, важно понимать принцип действия этого оборудования. Так, основа функционирования заключается в преобразовании разных видов энергий. В первую очередь происходит переход кинетической энергии расширения газов, возникающих при сгорании топлива, в механическую. Это происходит с непосредственным участием кривошипно-шатунного механизма при вращении вала двигателя.

Преобразование механической энергии в электрическую составляющую происходит посредством вращения ротора альтернатора, в результате чего образуется электромагнитное поле и ЭДС. На выходе после стабилизации выходное напряжение попадает к потребителю.

Делаем источник электроэнергии без узла привода

Наиболее распространенным способом для реализации такой задачи является попытка организовать энергоснабжение посредством асинхронного генератора. Особенностью данного метода является приложение минимума усилий в плане монтажа дополнительных узлов для корректной работы такого устройства. Это обусловлено тем, что данный механизм функционирует по принципу асинхронного двигателя и продуцирует электроэнергию.

Смотрим видео, безтопливный генератор своими силами:

При этом ротор вращается с намного большей скоростью, чем смог бы выдавать синхронный аналог. Сделать электрогенератор из асинхронного электродвигателя своими руками вполне можно, не используя при этом дополнительных узлов или особых настроек.

В результате принципиальная схема устройства останется практически нетронутой, но появится возможность обеспечить электроэнергией небольшой объект: частный или загородный дом, квартиру. Применение таких устройств довольно обширно:

  • В качестве двигателя для ветровых электрогенераторов;
  • В виде небольших ГЭС.

Чтобы организовать действительно автономный источник энергоснабжения, электрогенератор без приводящего в работу двигателя должен функционировать на самовозбуждении. А это реализуется посредством подключения конденсаторов в последовательном порядке.

Смотрим видео, генератор своими руками, этапы работ:

Другая возможность выполнить задуманное – использовать двигатель Стирлинга. Его особенностью является преобразование тепловой энергии в механическую работу. Другое название такого узла – двигатель внешнего сгорания, а если говорить точнее, исходя из принципа работы, то, скорее, двигатель внешнего нагрева.

Это обусловлено тем, что для эффективного функционирования устройства требуется значительный перепад температур. В результате роста этой величины повышается и мощность. Электрогенератор на двигателе внешнего нагрева Стирлинга может работать от любого источника тепла.

Последовательность действий при самостоятельном изготовлении

Чтобы превратить двигатель в автономный источник электроснабжения, следует несколько изменить схему, подключив конденсаторы к обмотке статора:

При этом будет протекать опережающий емкостной ток (намагничивающий). В результате образуется процесс самовозбуждения узла, а величина ЭДС соответственно изменяется. На этот параметр в большей мере влияет емкость подключенных конденсаторов, но нельзя забывать и о параметрах самого генератора.

Чтобы устройство не грелось, что обычно является прямым следствием неправильно подобранных параметров конденсаторов, нужно руководствоваться специальными таблицами при их выборе:

Эффективность и целесообразность

Прежде, чем решать вопрос, где купить автономный электрогенератор без двигателя, нужно определить, действительно ли хватит мощности такого устройства для обеспечения потребностей пользователя. Чаще всего самодельные аппараты этого рода обслуживают маломощных потребителей. Если решено сделать своими руками электрогенератор автономный без двигателя, купить необходимые элементы можно в любом сервисном центре или магазине.

Но преимуществом их является сравнительно небольшая себестоимость, учитывая, что достаточно лишь немного изменить схему, подключив несколько конденсаторов подходящей емкости. Таким образом, при наличии некоторых знаний можно соорудить компактный и маломощный генератор, который будет обеспечивать достаточным количеством электроэнергии для питания потребителей.

Мотор-генератор — Motor–generator

Мотор-генератор (ое множество М-G ) представляет собой устройство для преобразования электрической энергии в другую форму. Мотор-генераторные установки используются для преобразования частоты , напряжения или фазы мощности. Их также можно использовать для изоляции электрических нагрузок от линии электропитания. Большие моторы-генераторы широко использовались для преобразования промышленных объемов энергии, в то время как меньшие мотор-генераторы (такие как показанный на рисунке) использовались для преобразования энергии батарей в более высокие напряжения постоянного тока.

В то время как мотор-генераторная установка может состоять из отдельных двигателей и генераторных машин, соединенных вместе, единый динамо- двигатель (для динамо -двигателя) имеет катушки двигателя и катушки генератора, намотанные вокруг единственного ротора; Поэтому и двигатель, и генератор используют одни и те же катушки внешнего поля или магниты. Обычно катушки двигателя приводятся в действие от коммутатора на одном конце вала, в то время как катушки генератора обеспечивают выходной сигнал другому коммутатору на другом конце вала. Весь узел ротора и вала меньше, легче и дешевле, чем пара машин, и не требует открытых приводных валов.

Читать еще:  Что обозначает номер двигателя

В маломощных потребительских устройствах, таких как автомобильные радиоприемники на электронных лампах, не использовались дорогие, шумные и громоздкие мотор-генераторы. Вместо этого они использовали инверторную схему, состоящую из вибратора (самовозбуждающего реле) и трансформатора для выработки более высоких напряжений, необходимых для электронных ламп, от автомобильной аккумуляторной батареи на 6 или 12 В.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Работа с электроэнергией
    • 1.1 Маховик-генератор
  • 2 конверсии
  • 3 Источник питания переменного напряжения
  • 4 высокочастотные машины
  • 5 Мотор-генераторы, используемые для увеличения времени проезда
  • 6 Современное использование мотор-генераторов
  • 7 Современное использование термина
  • 8 См. Также
  • 9 ссылки

Электроэнергетика

В контексте производства электроэнергии и крупных стационарных электроэнергетических систем мотор-генератор состоит из электродвигателя, механически соединенного с электрическим генератором (или генератором переменного тока ). Двигатель работает от входного электрического тока, в то время как генератор создает выходной электрический ток, при этом мощность передается между двумя машинами в виде механического крутящего момента ; это обеспечивает электрическую изоляцию и некоторую буферизацию мощности между двумя электрическими системами.

Одно из применений — устранение скачков и колебаний «грязной мощности» ( согласование мощности ) или обеспечение согласования фаз между различными электрическими системами.

Маховик-генератор

Другое использование — это буфер для экстремальных нагрузок на энергосистему. Например, термоядерные устройства токамака создают очень большие пиковые нагрузки, но относительно низкие средние нагрузки на электрическую сеть. DIII-D токамак в General Atomics , тем Princeton Large Torus (PLT) в лаборатории физики Принстонского Plasma и синхротронного Нимрод в Appleton лаборатории Резерфорда каждый использовал большие маховики на нескольких вышек мотор-генератора на уровне нагрузки накладывается на электрическое Система: сторона двигателя медленно ускоряла большой маховик для накопления энергии , которая быстро потреблялась во время эксперимента по термоядерному соединению, поскольку сторона генератора действовала как тормоз на маховике. Точно так же электромагнитная система запуска самолетов (EMALS) авианосца ВМС США следующего поколения будет использовать двигатель-генератор с маховиком для мгновенной подачи энергии для запусков самолетов, мощность которых превышает установленную на корабле мощность генератора.

Конверсии

Мотор-генераторы могут использоваться для различных преобразований, в том числе:

  • Переменный ток (AC) в постоянный ток (DC)
  • Постоянный ток в переменный ток
  • Постоянный ток при одном напряжении до постоянного тока при другом напряжении. (Также называется динамо-мотором, сокращенно от динамо-мотора)
  • Создание или балансировка трехпроводной системы постоянного тока .
  • Переменный ток одной частоты на переменный ток другой гармонически связанной частоты
  • Переменный ток при фиксированном напряжении на переменный ток переменного напряжения
  • AC однофазный к сети переменного трехфазного

Источник питания переменного напряжения

До того, как твердотельное регулирование напряжения переменного тока стало доступным или рентабельным, мотор-генераторные установки использовались для обеспечения переменного напряжения переменного тока. Напряжение постоянного тока, подаваемое на якорь генераторов, можно изменять вручную или электронным способом для управления выходным напряжением. При таком использовании набор MG эквивалентен изолированному регулируемому трансформатору.

Высокочастотные машины

Александерсон генератора переменного тока является приводом от двигателя, высокочастотный генератор , который обеспечивает радиочастотную мощность. На заре развития радиосвязи высокочастотную несущую волну приходилось генерировать механически, используя генератор с множеством полюсов, приводимых в движение на высоких скоростях. Генераторы переменного тока Alexanderson производили ВЧ до 600 кГц с большими блоками, способными выдавать выходную мощность 500 кВт. В то время как электромеханические преобразователи регулярно использовались для передачи длинных волн в первые три десятилетия 20-го века, электронные методы требовались на более высоких частотах. Генератор Alexanderson был в значительной степени заменен генератором на электронных лампах в 1920-х годах.

Мотор-генераторы, используемые для увеличения времени проезда

Мотор-генераторы использовались даже там, где входной и выходной токи практически одинаковы. В этом случае механическая инерция комплекта M – G используется для фильтрации переходных процессов во входной мощности. Электрический ток на выходе может быть очень чистым (без шума) и сможет выдерживать кратковременные отключения электроэнергии и переключать переходные процессы на входе в установку M – G. Это может обеспечить, например, безупречное переключение с сети на мощность переменного тока, обеспечиваемую дизель- генераторной установкой.

Мотор-генераторная установка может содержать большой маховик для улучшения ее проходимости; тем не менее, в этом приложении необходимо учитывать, поскольку двигатель-генератор потребует большого количества тока при повторном включении, если до момента отрыва достигается момент, приводящий к отключению. Однако пусковой ток во время повторного включения будет зависеть от многих факторов. Например, двигателю-генератору мощностью 250 кВА, работающему при токе полной нагрузки 300 ампер, потребуется 1550 ампер пускового тока во время повторного включения через 5 секунд. В этом примере использовался неподвижно установленный маховик, размер которого обеспечивал скорость нарастания 1 ⁄ 2 Гц в секунду . Мотор-генератор представлял собой двухопорную машину вертикального типа с подшипниками в масляной ванне.

Двигатели и генераторы могут быть соединены непроводящим валом на объектах, где необходимо строго контролировать электромагнитное излучение, или там, где требуется высокая изоляция от переходных импульсных перенапряжений.

Современное использование мотор-генераторов

Для некоторых целей мотор-генераторные установки были заменены полупроводниковыми приборами . В прошлом наборы MG широко использовались в лифтах . Поскольку требовалось точное регулирование скорости подъемной машины, непрактичность изменения частоты для мощного двигателя переменного тока означала, что использование комплекта MG с подъемным двигателем постоянного тока было почти стандартным отраслевым решением. Современные частотно-регулируемые приводы переменного тока и совместимые двигатели все чаще вытесняют традиционные лифтовые установки с приводом от MG, поскольку приводы переменного тока обычно более эффективны на 50% или более, чем механизмы, работающие на постоянном токе.

Еще одно применение MG было в южном районе British Rail . Они использовались для преобразования линейного напряжения питания 600 В — 850 В постоянного тока с третьей шины в 70 В постоянного тока для питания органов управления используемого запаса EMU . С тех пор они были заменены твердотельными преобразователями на новом подвижном составе.

Точно так же наборы MG использовались в трамвае PCC для выработки выхода 36 В постоянного тока от тягового источника 600 В постоянного тока. Низковольтный выход заряжает аккумуляторные батареи трамвая и подает ток на управляющее и вспомогательное оборудование (включая фары, гонгеры, двигатели дверей и электромагнитные гусеничные тормоза).

С другой стороны, в промышленных условиях, где требуется подавление гармоник, преобразование частоты или изоляция линий, наборы MG остаются популярным решением. Полезная особенность двигателей-генераторов заключается в том, что они могут выдерживать большие кратковременные перегрузки лучше, чем полупроводниковые устройства с той же средней номинальной нагрузкой. Учтите, что компоненты большого полупроводникового инвертора с ограничением теплового тока представляют собой твердотельные переключатели массой несколько граммов с тепловой постоянной времени на их радиаторах, вероятно, более 100 мс, тогда как компоненты MG с ограничением теплового тока представляют собой медные обмотки. иногда с массой в сотни килограммов, которые неразрывно связаны с их собственной большой тепловой массой. Они также обладают отличной устойчивостью к электростатическому разряду (ESD).

Современное использование термина

В принципе, любой электрогенератор также может служить электродвигателем или наоборот. В гибридных транспортных средствах и других легких силовых системах «двигатель-генератор» представляет собой отдельную электрическую машину, которая может использоваться как электродвигатель или генератор , преобразующий электрическую энергию в механическую .

С сезона 2014 года гоночные автомобили Формулы 1 будут иметь два так называемых «мотор-генераторных агрегата» (MGU). Это делает автомобили более экономичными за счет сбора энергии от турбокомпрессора и при торможении . Однако это не мотор-генераторы , как описано здесь, но больше похожи на dynamotors , отдельные единицы , которые могут выступать в качестве либо генератора или двигателя. Их можно использовать для обеспечения дополнительных 160 л.с. колесам для ускорения и обгона, или их можно использовать для раскрутки турбонагнетателя, чтобы быстрее увеличить давление наддува, тем самым уменьшая турбо-лаг .

Читать еще:  121 двигатель ваз характеристики

Щетки – слабое место генератора. Есть бесщеточные варианты, но их мало используют. Почему?

Если автомобильный генератор выходит из строя, то самой распространенной причиной является износ щеточного узла. Однако давным-давно изобретены бесщеточные генераторы – почему же они до сих пор не вытеснили своих якобы менее продвинутых «конкурентов»?

Самая распространенная и массовая на сегодня конструкция автомобильного генератора – с использованием графитовых щеток, подающих напряжение на обмотку ротора (так называемую «катушку возбуждения») через пару вращающихся скользящих контактов в виде медных колец на валу ротора. Подобное решение применяется на большинстве автомобилей за редким исключением, ибо оно отработано и за десятилетия подтвердило свою практичность.

В такой конструкции крайне просто и эффективно реализовано поддержание стабильного напряжения в бортсети автомобиля на любых оборотах двигателя и, соответственно, генератора – электронный блок стабилизации напряжения (который по старинке принято именовать «реле-регулятором») отслеживает уровень напряжения на выходе и уменьшает или увеличивает ток в катушке возбуждения. Как только напряжение проседает, ток увеличивается. Как только оно приближается к верхнему пределу 14,2 вольта – уменьшается. Этот процесс идет быстро и непрерывно, и в результате мы имеем стабильное напряжение и на холостых оборотах, и на высокой скорости.

Щеточный узел – сухой и слабо защищенный от песка и влаги. А все, что открыто и трется без смазки, постепенно изнашивается и отказывает. Именно щеточный узел является наиболее частым источником выходов генератора из строя. Тем более что он обычно еще и неразборно совмещен с электронным блоком стабилизации напряжения («реле-регулятором»).

Однако в последние годы слово «БЕСщеточный» (или его аналог «бесколлекторный») на слуху у «широких народных масс» (с) – оно стало известно даже относительно далеким от техники людям. В самых разных сферах быта активно пропагандируются бесщеточные электромоторы – сегодня на них летают квадрокоптеры, крутятся шуруповерты, косят газоны триммеры и работают прочие механизмы и гаджеты. Даже откровенным гуманитариям уже успешно внушили, что «щетки – это плохо: они изнашиваются, отказывают, греются и вызывают потери тока». Почему же в автомобильном генераторе щеточный узел до сих пор не исчез, тогда как в последнее время от него все чаще отказываются даже в моторчиках дешевых детских игрушек?!

Может быть, потому, что на бесколлекторные (или же бесщеточные – как больше нравится) технологии массово переводятся электромоторы, а мы-то ведем речь про генератор? Нет, дело не в этом. Тут как раз никаких препятствий нет. Электромотор и электрогенератор – чрезвычайно похожие по своей сути электрические машины, вдобавок зачастую обратимые: мотор способен вырабатывать ток, если его вращать принудительно, а генератор может выполнять роль мотора, если на него опять же подать ток извне.

Использовать бесщеточный генератор в автомобиле можно, это давно реализовано и практикуется. Однако выпускаются подобные генераторы весьма ограничено и массовыми почему-то не стали… Почему?

Сделать автомобильный генератор бесщеточным в принципе не так сложно. Для чего, собственно, нужны щетки? Чтобы подать через них питание 12 вольт на катушку возбуждения внутри вращающегося ротора. После чего сегментный ротор с катушкой, на которую подан постоянный ток от аккумулятора, становится многополюсным электромагнитом и порождает возникновение тока в неподвижной обмотке – в статоре.

Убрать скользящий щеточный контакт в автомобильном генераторе возможно за счет особой конструкции ротора. Для этого ротор делают удлиненным, а катушку возбуждения выполняют в виде внешнего кольца и неподвижно закрепляют на статоре. Ведь для работы генератора ротор должен стать магнитом, а как намагничивать ротор – катушкой внутри, или катушкой снаружи – непринципиально…

Первые бесщеточные генераторы с неподвижной катушкой возбуждения встречались на автомобилях и полвека назад, и даже раньше. Как правило, ставили их на коммерческий транспорт (дальнобойные грузовики) и сельскохозяйственные и строительные машины (комбайны, трактора, бульдозеры и т. п.). Первым была важна увеличенная надежность и уменьшенная вероятность отказов на длинных перегонах пути, а вторым – защита от постоянно сопровождающих их при работе абразивной пыли и влаги, способных быстро убивать щеточный узел, проникая в генератор через вентиляционные щели. В принципе, в ограниченных объемах используются они в подобных машинах и по сей день.

Однако, согласитесь: генератор, не боящийся воды и пыли, с увеличенным сроком службы благодаря отказу от трущихся насухую деталей – это весьма недурственно! Причем  неплохо для любого генератора, а не только для установленного на грузовике или комбайне! Почему же технология не распространилась на массовый легковой сегмент? Причин тут несколько.

  • Технология производства бесщеточных генераторов более многоэтапна, и генераторы в конечном итоге существенно дороже.
  • При сопоставимых технологиях производства (без дорогостоящих инноваций) бесщеточный генератор в итоге получается крупнее и тяжелее щеточного с теми же характеристиками.
  • Большинство грузовых и сельскохозяйственных «бесщеточников» имели относительно узкий диапазон рабочих оборотов, на которых они эффективны, и на холостом ходу и просто на пониженных передачах толком не заряжали аккумулятор.
  • Современные «бесщеточники» существенно усложнились, дабы сохранить компактность, одновременно получив возможность выдавать большие токи с малых оборотов и не бояться оборотов высоких. Вдобавок к неподвижной обмотке возбуждения в конструкцию добавились постоянные магниты, позволяющие увеличить токоотдачу на малых оборотах, специальные размагничивающие обмотки, нейтрализующие действие постоянных магнитов на высоких оборотах, многофазные статоры, усложненные диодные мосты.

Все это и ряд других факторов ограничивали и продолжают ограничивать распространение таких генераторов. А после эволюционной оптимизации генераторов со щетками (ставших мощнее, компактнее, линейнее и т. п.) преимущества «бесщеточников» оказались еще менее выраженными. Несмотря на явно изнашивающиеся пары трения медь-графит, реально щеточные генераторы ходят весьма долго и их не принято считать потенциально проблемным узлом автомобиля, требующим инновационных вмешательств.

Впрочем, в ряде случаев бесщеточные генераторы имеют актуальность не только на фурах и тракторах. К примеру, щеточного узла нет на некоторых генераторах ряда дизельных кроссоверов BMW и Mercedes. В их моторах применяются генераторы повышенной мощности (180-190 ампер) с водяным охлаждением, которые прикручиваются своей задней крышкой к крышке водяной рубашки двигателя с соответствующим отверстием, как бы «затыкая его своим задом», и, таким образом, частично омываются антифризом. В конструкции мощных водоохлаждаемых генераторов щетки сильно затрудняют компоновку и обслуживание, поэтому от них иногда отказываются. Также серийно встречаются такие генераторы в некоторых комплектациях серьезных рамных внедорожников типа Nissan Patrol. А уазисты любят внедрять в свои тюнингованные «котлеты» не боящиеся купания в болоте 110-амперные бесщеточные генераторы от автобусов ПАЗ. Ну а алтайский завод тракторного электрооборудования еще с советских времен (и, кажется, по сей день!) производит небольшими тиражами бесщеточный генератор для моделей ВАЗ классического (01-07) и раннего переднеприводного (08-099) семейств.

Тем не менее в конечном итоге все решает экономика и отчасти инжиниринг. На сегодняшний день в массовом потребительском автопроме надежность простейшего щеточного генератора принята за образец баланса цены, живучести и ремонтопригодности. И отходят от этого канона лишь в относительно редких случаях, когда проектирование технически сложного, продвинутого и достаточно дорогого автомобиля неизбежно требует усложненных и недешевых решений…

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector