Każdy nowoczesny pojazd wyposażony jest w generator elektryczny, który wytwarza prąd do pracy pokładowej instalacji elektrycznej i wszystkich jej urządzeń.Jedną z głównych części generatora jest stały stojan.Przeczytaj o tym, czym jest stojan generatora, jak działa i działa w tym artykule.
Cel stojana generatora
W nowoczesnych samochodach i innych pojazdach stosuje się synchroniczne alternatory trójfazowe z samowzbudzeniem.Typowy generator składa się ze stałego stojana zamocowanego w obudowie, wirnika z uzwojeniem wzbudzenia, zespołu szczotek (dostarczającego prąd do uzwojenia wzbudzenia) i zespołu prostownika.Wszystkie części są zmontowane w stosunkowo zwartą konstrukcję, która jest zamontowana na silniku i ma napęd pasowy z wału korbowego.
Stojan jest stałą częścią alternatora samochodowego, na której znajduje się uzwojenie robocze.Podczas pracy generatora w uzwojeniach stojana powstaje prąd elektryczny, który jest przetwarzany (prostowany) i wprowadzany do sieci pokładowej.
Stojan generatora ma kilka funkcji:
• Przenosi uzwojenie robocze, w którym wytwarzany jest prąd elektryczny;
• Pełni funkcję części ciała, w której mieści się uzwojenie robocze;
• Pełni rolę obwodu magnetycznego zwiększając indukcyjność uzwojenia roboczego i prawidłowy rozkład linii pola magnetycznego;
• Pełni funkcję radiatora – usuwa nadmiar ciepła z uzwojeń grzewczych.
Wszystkie stojany mają zasadniczo tę samą konstrukcję i nie różnią się pod względem różnych typów.
Konstrukcja stojana generatora
Strukturalnie stojan składa się z trzech głównych części:
• Rdzeń pierścieniowy;
• Uzwojenie robocze (uzwojenia);
• Izolacja uzwojeń.
Rdzeń składa się z żelaznych płytek pierścieniowych z rowkami po wewnętrznej stronie.Z płyt formuje się paczkę, sztywność i solidność konstrukcji nadaje się poprzez spawanie lub nitowanie.W rdzeniu wykonane są rowki do układania uzwojeń, a każdy występ jest jarzmem (rdzeniem) dla zwojów uzwojenia.Rdzeń składa się z płyt o grubości 0,8-1 mm, wykonanych ze specjalnych gatunków żelaza lub żelazostopów o określonej przenikalności magnetycznej.Na zewnątrz stojana mogą znajdować się żebra poprawiające odprowadzanie ciepła, a także różne rowki lub wgłębienia umożliwiające połączenie z obudową generatora.
Generatory trójfazowe wykorzystują trzy uzwojenia, po jednym na fazę.Każde uzwojenie wykonane jest z izolowanego miedzianego drutu o dużym przekroju (o średnicy od 0,9 do 2 mm i więcej), który jest umieszczony w określonej kolejności w rowkach rdzenia.Uzwojenia mają zaciski, z których usuwany jest prąd przemienny, zwykle liczba pinów wynosi trzy lub cztery, ale są stojany z sześcioma zaciskami (każde z trzech uzwojeń ma własne zaciski do wykonywania połączeń tego lub innego rodzaju).
W rowkach rdzenia znajduje się materiał izolacyjny, który chroni izolację drutu przed uszkodzeniem.Ponadto w niektórych typach stojanów w rowki można włożyć kliny izolacyjne, które dodatkowo pełnią funkcję stabilizatora zwojów uzwojenia.Zespół stojana można dodatkowo zaimpregnować żywicami epoksydowymi lub lakierami, co zapewnia integralność konstrukcji (zapobiega przesuwaniu się zwojów) i poprawia jego właściwości elektroizolacyjne.
Stojan jest sztywno zamontowany w obudowie generatora, a obecnie najczęściej stosowaną konstrukcją jest ta, w której rdzeń stojana pełni rolę części ciała.Realizuje się to w prosty sposób: stojan jest zaciśnięty pomiędzy dwiema pokrywami obudowy generatora, które są dokręcone za pomocą kołków - taka „kanapka” pozwala tworzyć kompaktowe konstrukcje z wydajnym chłodzeniem i łatwością konserwacji.Popularna jest również konstrukcja, w której stojan jest połączony z przednią pokrywą generatora, a tylna pokrywa jest zdejmowana i zapewnia dostęp do wirnika, stojana i innych części.
Rodzaje i charakterystyka stojanów
Stojany generatorów różnią się liczbą i kształtem rowków, schematem ułożenia uzwojeń w rowkach, schematem połączeń uzwojeń i charakterystyką elektryczną.
W zależności od liczby rowków na zwojach uzwojeń, stojany są dwojakiego rodzaju:
• Z 18 miejscami;
• Z 36 miejscami.
Obecnie najczęściej stosowana jest konstrukcja z 36 gniazdami, ponieważ zapewnia lepszą wydajność elektryczną.Generatory ze stojanami z 18 rowkami można dziś znaleźć w niektórych wczesnych samochodach krajowych.
W zależności od kształtu rowków stojany są trzech typów:
• Z rowkami otwartymi - rowki o przekroju prostokątnym wymagają dodatkowego mocowania zwojów uzwojenia;
• Z rowkami półzamkniętymi (w kształcie klina) - rowki zwężają się ku górze, dzięki czemu cewki uzwojenia są mocowane poprzez włożenie klinów izolacyjnych lub kambryk (rur PCV);
• Z rowkami półzamkniętymi dla uzwojeń z cewkami jednozwojowymi - rowki mają złożony przekrój poprzeczny do ułożenia jednego lub dwóch zwojów drutu o dużej średnicy lub drutu w postaci szerokiej taśmy.
Zgodnie ze schematem układania uzwojeń stojany są trzech typów:
• Z obwodem pętlowym (rozprowadzonym w pętli) - drut każdego uzwojenia jest umieszczony w rowkach rdzenia z pętlami (zwykle jeden zwój układa się w odstępach dwóch rowków, w tych rowkach umieszcza się zwoje drugiego i trzeciego uzwojenia - w ten sposób uzwojenia uzyskują przesunięcie niezbędne do wytworzenia trójfazowego prądu przemiennego);
• Z obwodem skupionym falowo - drut każdego uzwojenia jest umieszczony w rowkach falami, omijając je z jednej strony na drugą, a w każdym rowku znajdują się dwa zwoje jednego uzwojenia skierowane w jednym kierunku;
• W obwodzie z rozproszonym falą - drut jest również ułożony falowo, ale zwoje jednego uzwojenia w rowkach są skierowane w różnych kierunkach.
W przypadku dowolnego rodzaju układania w stosy każde uzwojenie ma sześć zwojów rozmieszczonych w rdzeniu.
Niezależnie od metody ułożenia drutu istnieją dwa schematy łączenia uzwojeń:
• „Gwiazda” – w tym przypadku uzwojenia są połączone równolegle (końce wszystkich trzech uzwojeń są połączone w jednym (zero) punkcie, a ich zaciski początkowe są wolne);
• „Trójkąt” – w tym przypadku uzwojenia są połączone szeregowo (początek jednego uzwojenia z końcem drugiego).
Podczas łączenia uzwojeń „gwiazdą” obserwuje się wyższy prąd, obwód ten jest stosowany w generatorach o mocy nie większej niż 1000 watów, które działają wydajnie przy niskich prędkościach.Łącząc uzwojenia „trójkątem”, prąd jest zmniejszony (1,7 razy w stosunku do „gwiazdy”), jednak generatory z takim schematem połączeń działają lepiej przy dużych mocach i można zastosować przewodnik o mniejszym przekroju wykorzystywane do ich uzwojeń.
Często zamiast „trójkąta” stosuje się obwód „podwójnej gwiazdy”, w którym to przypadku stojan powinien mieć nie trzy, ale sześć uzwojeń - trzy uzwojenia są połączone „gwiazdą”, a dwie „gwiazdy” są połączone obciążenie równolegle.
Pod względem wydajności w przypadku stojanów najważniejsze jest napięcie znamionowe, moc i prąd znamionowy w uzwojeniach.Według napięcia nominalnego stojany (i generatory) dzielą się na dwie grupy:
• Przy napięciu uzwojenia 14 V – dla pojazdów z napięciem sieci pokładowej 12 V;
• Przy napięciu na uzwojeniach 28 V – dla urządzeń z napięciem sieci pokładowej 24 V.
Generator wytwarza wyższe napięcie, ponieważ w prostowniku i stabilizatorze nieuchronnie następuje spadek napięcia, a na wejściu do pokładowej sieci energetycznej obserwuje się już normalne napięcie 12 lub 24 V.
Większość generatorów do samochodów osobowych, ciągników, autobusów i innego sprzętu ma prąd znamionowy od 20 do 60 A, dla samochodów osobowych wystarczy 30-35 A, dla samochodów ciężarowych 50-60 A, produkowane są generatory o prądzie do 150 i więcej A do ciężkiego sprzętu.
Zasada działania stojana generatora
Działanie stojana i całego generatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej - występowaniu prądu w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym lub spoczywającym w zmiennym polu magnetycznym.W generatorach samochodowych stosowana jest druga zasada - przewodnik, w którym powstaje prąd, znajduje się w spoczynku, a pole magnetyczne stale się zmienia (obraca się).
Po uruchomieniu silnika wirnik generatora zaczyna się obracać, jednocześnie napięcie z akumulatora jest dostarczane do jego uzwojenia wzbudzającego.Wirnik ma wielobiegunowy rdzeń stalowy, który po przyłożeniu prądu do uzwojenia staje się odpowiednio elektromagnesem, obracający się wirnik wytwarza zmienne pole magnetyczne.Linie pola tego pola przecinają stojan umieszczony wokół wirnika.Rdzeń stojana w określony sposób rozprowadza pole magnetyczne, jego linie siły przecinają zwoje uzwojeń roboczych - w wyniku indukcji elektromagnetycznej powstaje w nich prąd, który usuwany jest z zacisków uzwojenia i trafia do prostownika, stabilizator i sieć pokładową.
Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika część prądu z uzwojenia roboczego stojana jest doprowadzana do uzwojenia pola wirnika - dzięki czemu generator przechodzi w tryb samowzbudzenia i nie potrzebuje już zewnętrznego źródła prądu.
Podczas pracy stojan generatora podlega obciążeniom cieplnym i elektrycznym, a także jest narażony na negatywne wpływy środowiska.Z biegiem czasu może to prowadzić do pogorszenia się izolacji pomiędzy uzwojeniami i awarii elektrycznej.W takim przypadku stojan wymaga naprawy lub całkowitej wymiany.Przy regularnej konserwacji i terminowej wymianie stojana generator będzie działał niezawodnie, stabilnie dostarczając samochód energii elektrycznej.
Czas publikacji: 24 sierpnia 2023 r