Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
04.09.2014

Экспериментальные исследования синхронного генератора с независимыми фазами

Иванов Дмитрий Викторович
магистрант 1-го курса Тольяттинский государственный университет, Тольятти, Российская Федерация
Аннотация: В статье представлены результаты проведенных экспериментальных исследований синхронного генератора с независимыми фазами. Представлены токоскоростные характеристики, характеристики холостого хода и мощностные характеристики при различных сопротивлениях электрической нагрузки и частотах вращения.
Ключевые слова: синхронный генератор, электротехника, автомобильные генераторы
Электронная версия
Скачать (870.6 Kb)

Тольяттинском государственном университете был разработан синхронный автомобильный генератор, который отвечает высоким требованиям отказоустойчивости и энергоэффективности. За основу разработки был взят серийно выпускающийся синхронный автомобильный генератор марки 9402.3701-06 производства завода КЗАТЭ. Генератор имеет схему соединения фазных обмоток по типу «треугольник» с выпрямительным полумостом Ларионова, что сказывается на его низкой энергоэффективности и неприемлемой надежности.

Повысить энергоэффективность в данном генераторе можно, если внести существенные изменения в магнитную систему генератора, а именно уходя от схемы соединения фазных обмоток по схеме «треугольника».

Проведя исследование различных компоновок и схем соединения фазных обмоток, решили использовать независимую схему включения фазных обмоток генератора и применения полномостовой выпрямительной схемы (рис.1).

Рис.1. Схема соединения фазных обмоток в полномостовой схеме

Рис.1. Схема соединения фазных обмоток в полномостовой схеме 

В результате изменения в выпрямительном блоке каждая фазная обмотка получает двухполупериодный выпрямительный блок, тем самым вдвое снижая ток, проходящий через каждый диод, что существенно повышает надежность данного выпрямительного блока и генератора в целом.

В настоящий момент проводятся полномасштабные исследования опытной модели генератора, с использования методов планирования экспериментальных исследований. Для проведения экспериментальных исследований используется лабораторный стенд для исследования генераторов. Представленный на рис.2.

Рис.2. Лабораторный стенд для исследования генераторов

Рис.2. Лабораторный стенд для исследования генераторов 

Для повышения точности исследований и снижения ошибок при получении результатов, в стенд были внесены некоторые изменения, в частности, был доработан блок нагрузки, изменены приборы контроля токовой нагрузки и напряжения на выходе генератора, изменен прибор контроля сопротивления нагрузки и внесен блок индуктивности в нагрузку. От средств контроля и управления стендом были оставлены блоки управления и контроля частоты вращения генератора, блок питания. Установлен осциллограф, для контроля фазных токов генератора и вида выходного сигнала, оценке пульсаций выходного напряжения генератора и возможных искажений.

Доработка блока нагрузки была сведена к переработке нагрузочного сопротивления, внесения индуктивности в нагрузку в виде тарированных дросселей, установке системы охлаждения. Блок нагрузки представляет собой двойной реостат на асбеста-керамической основе, в качестве нагрузочного провода используется константановая проволока диаметром 5 мм, намотка осуществляется последовательно в одном направлении по двум ветвям. Ввиду высокой энергетической мощности генератора были решены вопросы сохранения стабильности сопротивления реостата, при увеличении выходного тока. Первичным образом установлены параллельно ветви реостата, для снижения нагрузки на каждый провод, установлен блок проточного охлаждения вентиляторного типа, с питанием от постоянного тока. Для снятия характеристик генератора с реактивной нагрузкой, в стенд был установлен блок-магазин индуктивностей, состоящий из электромагнитных дросселей для ртутных ламп с тлеющим разрядом разных мощностей. Установлены приборы для точных и прецизионных измерений, проведена поверка оборудования в государственной метрологической службе.

Характеристика холостого хода при различных сопротивлениях нагрузки представлена на рис.3.

Рис.3. Характеристика холостого тока синхронного генератора с независимыми фазами

Рис.3. Характеристика холостого тока синхронного генератора с независимыми фазами 

Данная характеристика позволяет оценить, насколько высока энергетическая мощность генератора, заложенная в магнитную систему генератора и не используемая на практике.

Токоскоростная характеристика при различных сопротивлениях нагрузки представлена на рис.4.

Рис.4. Токоскоростная характеристика синхронного генератора с независимыми фазами

 Рис.4. Токоскоростная характеристика синхронного генератора с независимыми фазами

Отличительной особенностью токоскоростной характеристики является то, что снята она на малых частотах вращения. Магнитная система генератора предназначена для работы на частотах вращения от 2100 об/мин на холостом ходу работы двигателя внутреннего сгорания автомобиля до 6000 об/мин выход на номинальный режим токоотдачи при 2500 об/мин двигателя внутреннего сгорания. В нашем же случае выход на рабочий режим токоотдачи происходит на холостом ходу двигателя внутреннего сгорания.

Мощностная характеристика синхронного генератора с независимыми фазами представлена на рис.5.

Рис.5. Мощностная характеристика синхронного генератора с независимыми фазами

Рис.5. Мощностная характеристика синхронного генератора с независимыми фазами 

Таким образом, анализируя выходную мощность генератора, можно заметить, что на частотах вращения в 2100-2300 об/мин генератор уже выходит на заявленную производителем номинальную мощность по магнитной системе генератора. В случае повышения оборотов до номинальных, то мощность, которую можно снять с магнитной системы генератора увеличится как минимум в три-четыре раза.

Следует отметить, что пульсации фазного тока и выходного напряжения находятся в нормальных значениях, осциллограммы представлены на рис.6.

Рис.6. Осциллограммы фазного тока и пульсации выходного напряжения синхронного генератора с независимыми фазами

Рис.6. Осциллограммы фазного тока и пульсации выходного напряжения синхронного генератора с независимыми фазами 

Таким образом, полученные при экспериментальном исследовании синхронного генератора данные позволяют считать возможным получение полезной мощности от генератора без изменения магнитной системы в 3-4 раза больше при той же массе генератора, без изменения его габаритных характеристик. Отказ от классических схем соединения фаз позволяет задействовать одновременный съем тока с трех фазных обмоток, что существенно повышает энергоэффективность. Увеличение количества выпрямительных диодов позволяет кардинальным способом увеличить надежность генератора.

Список литературы:

  1. Акимов С.В., Боровских Ю.И., Чижков Ю.П. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. - М. : Машиностроение, 1988.-276 с.
  2. Чижков Ю.П., Акимов С.В.Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов.- М.:Издательство «За рулем», 2003.-384 с., ил.
  3. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. – М.: Транспорт, 2001.- 287 с., ил.