Каждый современный автомобиль оснащен электрогенератором, вырабатывающим ток для работы бортовой электросистемы и всех ее устройств.Одной из основных частей генератора является неподвижный статор.О том, что такое статор генератора, как он работает и работает, читайте в этой статье.
Назначение статора генератора
В современных автомобилях и других транспортных средствах используются синхронные трехфазные генераторы переменного тока с самовозбуждением.Типовой генератор состоит из неподвижного статора, закрепленного в корпусе, ротора с обмоткой возбуждения, щеточного узла (подающего ток на обмотку возбуждения) и выпрямительного блока.Все детали собраны в сравнительно компактную конструкцию, которая крепится на двигателе и имеет ременную передачу от коленчатого вала.
Статор – это неподвижная часть автомобильного генератора, на которой находится рабочая обмотка.При работе генератора именно в обмотках статора возникает электрический ток, который преобразуется (выпрямляется) и подается в бортовую сеть.
Статор генератора выполняет несколько функций:
• Несет рабочую обмотку, в которой генерируется электрический ток;
• Выполняет функцию детали корпуса для размещения рабочей обмотки;
• Играет роль магнитопровода для увеличения индуктивности рабочей обмотки и правильного распределения силовых линий магнитного поля;
• Действует как радиатор – отводит избыточное тепло от нагревающихся обмоток.
Все статоры имеют по существу одинаковую конструкцию и не отличаются разнообразием типов.
Конструкция статора генератора
Конструктивно статор состоит из трех основных частей:
• Кольцевой сердечник;
• Рабочая обмотка (обмотки);
• Изоляция обмоток.
Сердечник собран из железных кольцевых пластин с пазами внутри.Из пластин формируют пакет, жесткость и монолитность конструкции придают сваркой или клепкой.В сердечнике выполнены пазы для укладки обмоток, а каждый выступ представляет собой ярмо (сердечник) для витков обмотки.Сердечник собирают из пластин толщиной 0,8-1 мм, изготовленных из специальных марок железа или ферросплавов с определенной магнитной проницаемостью.На внешней стороне статора могут быть ребра для улучшения теплоотвода, а также различные канавки или выемки для стыковки с корпусом генератора.
Трехфазные генераторы используют три обмотки, по одной на фазу.Каждая обмотка изготавливается из медного изолированного провода большого сечения (диаметром от 0,9 до 2 мм и более), который укладывается в определенном порядке в пазах сердечника.Обмотки имеют выводы, с которых снимается переменный ток, обычно количество выводов три или четыре, но встречаются статоры с шестью выводами (каждая из трёх обмоток имеет свои выводы для выполнения соединений того или иного типа).
В пазах жилы находится изоляционный материал, предохраняющий изоляцию провода от повреждений.Также в некоторых типах статоров в пазы могут быть вставлены изолирующие клинья, которые дополнительно выполняют функцию фиксатора витков обмотки.Статорный узел дополнительно может быть пропитан эпоксидными смолами или лаками, что обеспечивает целостность конструкции (предотвращает сдвиг витков) и улучшает ее электроизоляционные свойства.
Статор жестко закреплен в корпусе генератора, и на сегодняшний день наиболее распространена конструкция, в которой корпусной частью выступает сердечник статора.Реализуется это просто: статор зажимается между двумя крышками корпуса генератора, которые стягиваются шпильками – такой «сэндвич» позволяет создавать компактные конструкции с эффективным охлаждением и простотой обслуживания.Популярна также конструкция, в которой статор совмещен с передней крышкой генератора, а задняя крышка является съемной и обеспечивает доступ к ротору, статору и другим деталям.
Типы и характеристики статоров
Статоры генераторов различаются количеством и формой пазов, схемой укладки обмоток в пазах, схемой подключения обмоток и электрическими характеристиками.
По количеству канавок для витков обмоток статоры бывают двух типов:
• С 18 слотами;
• С 36 слотами.
Сегодня наиболее часто используется конструкция с 36 слотами, поскольку она обеспечивает лучшие электрические характеристики.Генераторы со статорами с 18 канавками сегодня можно встретить на некоторых отечественных автомобилях ранних выпусков.
По форме канавок статоры бывают трех типов:
• При открытых пазах – пазы прямоугольного сечения, требуют дополнительной фиксации витков обмотки;
• с полузакрытыми (клиновидными) пазами – пазы сужены кверху, поэтому витки обмоток фиксируются путем вставки изолирующих клиньев или кембриков (трубок ПВХ);
• С полузакрытыми пазами для обмоток с одновитковыми катушками – пазы имеют сложное сечение для укладки одного или двух витков провода большого диаметра или провода в виде широкой ленты.
По схеме укладки обмоток статоры бывают трёх типов:
• При петлевой (кольцево-распределенной) схеме – провод каждой обмотки укладывается в пазы сердечника с петлями (обычно один виток укладывается с шагом в два паза, в эти пазы помещаются витки второй и третьей обмоток). - так обмотки приобретают сдвиг, необходимый для выработки трехфазного переменного тока);
• При волновой сосредоточенной схеме - провод каждой обмотки укладывают в пазы волнами, обходя их с одной стороны на другую, причем в каждом пазу находятся два витка одной обмотки, направленные в одну сторону;
• При волновой распределенной схеме – провод также уложен волнообразно, но витки одной обмотки в пазах направлены в разные стороны.
При любом типе укладки каждая обмотка имеет шесть витков, распределенных по сердечнику.
Независимо от способа прокладки провода, существуют две схемы соединения обмоток:
• «Звезда» – в этом случае обмотки соединяются параллельно (концы всех трех обмоток соединены в одной (нулевой) точке, а их начальные выводы свободны);
• «Треугольник» — в этом случае обмотки соединяются последовательно (начало одной обмотки с концом другой).
При соединении обмоток «звездой» наблюдается больший ток, такую схему применяют на генераторах мощностью не более 1000 Вт, эффективно работающих на малых оборотах.При соединении обмоток «треугольником» ток снижается (в 1,7 раза относительно «звезды»), однако генераторы с такой схемой соединения лучше работают на больших мощностях, и можно использовать проводник меньшего сечения. используется для их обмоток.
Часто вместо «треугольника» применяют схему «двойная звезда», в этом случае статор должен иметь не три, а шесть обмоток – три обмотки соединяются «звездой», а две «звезды» соединяются с нагрузка параллельно.
С точки зрения производительности для статоров самое главное — номинальное напряжение, мощность и номинальный ток в обмотках.По номинальному напряжению статоры (и генераторы) делятся на две группы:
• При напряжении обмотки 14 В – для автомобилей с напряжением бортовой сети 12 В;
• При напряжении в обмотках 28 В – для оборудования с напряжением бортовой сети 24 В.
Генератор выдает более высокое напряжение, так как в выпрямителе и стабилизаторе неизбежно происходит падение напряжения, а на входе в бортовую сеть уже наблюдается нормальное напряжение 12 или 24 В.
Большинство генераторов для легковых автомобилей, тракторов, автобусов и другой техники имеют номинальный ток от 20 до 60 А, для легковых автомобилей достаточно 30-35 А, для грузовых автомобилей 50-60 А, выпускаются генераторы с током до 150 и более А. для тяжелой техники.
Принцип работы статора генератора
Работа статора и всего генератора основана на явлении электромагнитной индукции — возникновении тока в проводнике, который движется в магнитном поле или покоится в переменном магнитном поле.В автомобильных генераторах используется второй принцип – проводник, в котором возникает ток, покоится, а магнитное поле постоянно меняется (вращается).
При запуске двигателя ротор генератора начинает вращаться, одновременно с этим на его обмотку возбуждения подается напряжение от аккумуляторной батареи.Ротор имеет многополюсный стальной сердечник, который при подаче тока на обмотку становится электромагнитом, соответственно вращающийся ротор создает переменное магнитное поле.Силовые линии этого поля пересекают статор, расположенный вокруг ротора.Сердечник статора определенным образом распределяет магнитное поле, его силовые линии пересекают витки рабочих обмоток – за счет электромагнитной индукции в них возникает ток, который снимается с выводов обмотки, поступает в выпрямитель, стабилизатор и бортовая сеть.
С увеличением оборотов двигателя часть тока из рабочей обмотки статора подается в обмотку возбуждения ротора – таким образом, генератор переходит в режим самовозбуждения и больше не нуждается в стороннем источнике тока.
В процессе работы статор генератора испытывает нагрев и электрические нагрузки, а также подвергается негативному воздействию окружающей среды.Со временем это может привести к ухудшению изоляции между обмотками и электрическому пробою.В этом случае статор необходимо отремонтировать или полностью заменить.При регулярном обслуживании и своевременной замене статора генератор будет служить надежно, стабильно снабжая автомобиль электрической энергией.
Время публикации: 24 августа 2023 г.