Всеки модерен автомобил е оборудван с електрически генератор, който генерира ток за работата на бордовата електрическа система и всички нейни устройства.Една от основните части на генератора е неподвижният статор.Прочетете какво представлява статорът на генератора, как работи и работи в тази статия.
Предназначение на статора на генератора
В съвременните автомобили и други превозни средства се използват синхронни трифазни алтернатори със самовъзбуждане.Типичният генератор се състои от неподвижен статор, фиксиран в корпус, ротор с възбудителна намотка, четка (подаваща ток към възбуждащата намотка) и токоизправител.Всички части са сглобени в сравнително компактна конструкция, която е монтирана на двигателя и има ремъчно задвижване от коляновия вал.
Статорът е неподвижна част от автомобилен алтернатор, който носи работеща намотка.По време на работа на генератора в намотките на статора възниква електрически ток, който се преобразува (коригира) и се подава в бордовата мрежа.
Статорът на генератора има няколко функции:
• Носи работна намотка, в която се генерира електрически ток;
• Изпълнява функцията на корпусна част за поместване на работната намотка;
• Играе ролята на магнитна верига за увеличаване на индуктивността на работната намотка и правилното разпределение на силовите линии на магнитното поле;
• Действа като радиатор - премахва прекомерната топлина от нагревателните намотки.
Всички статори имат по същество еднакъв дизайн и не се различават по различни видове.
Конструкция на статора на генератора
Структурно статорът се състои от три основни части:
• Ядро за пръстен;
• Работна намотка (намотки);
• Изолация на намотките.
Ядрото е сглобено от железни пръстеновидни пластини с жлебове от вътрешната страна.От плочите се оформя пакет, твърдостта и здравината на конструкцията се придават чрез заваряване или занитване.В сърцевината са направени жлебове за полагане на намотките, а всяка издатина е ярем (ядро) за навивките на намотката.Ядрото е сглобено от плочи с дебелина 0,8-1 mm, изработени от специални марки желязо или феросплави с определена магнитна проницаемост.Може да има ребра от външната страна на статора за подобряване на разсейването на топлината, както и различни жлебове или вдлъбнатини за свързване с корпуса на генератора.
Трифазните генератори използват три намотки, по една на фаза.Всяка намотка е направена от медна изолирана жица с голямо напречно сечение (с диаметър от 0,9 до 2 mm или повече), която се поставя в определен ред в жлебовете на сърцевината.Намотките имат клеми, от които се отстранява променлив ток, обикновено броят на щифтовете е три или четири, но има статори с шест клеми (всяка от трите намотки има свои собствени клеми за свързване от един или друг тип).
В жлебовете на сърцевината има изолационен материал, който предпазва изолацията на проводника от повреда.Също така при някои видове статори в жлебовете могат да се вмъкнат изолационни клинове, които допълнително действат като фиксатор за намотките.Статорният възел може допълнително да бъде импрегниран с епоксидни смоли или лакове, което осигурява целостта на конструкцията (предотвратява изместването на завоите) и подобрява нейните електроизолационни свойства.
Статорът е твърдо монтиран в корпуса на генератора и днес най-често използваната конструкция е, при която сърцевината на статора действа като част от тялото.Това се изпълнява просто: статорът е захванат между два капака на корпуса на генератора, които са затегнати с шпилки - такъв "сандвич" ви позволява да създавате компактни конструкции с ефективно охлаждане и лесна поддръжка.Популярен е и дизайнът, при който статорът е комбиниран с предния капак на генератора, а задният капак е подвижен и осигурява достъп до ротора, статора и други части.
Видове и характеристики на статори
Статорите на генераторите се различават по броя и формата на жлебовете, схемата на полагане на намотките в жлебовете, електрическата схема на намотките и електрическите характеристики.
Според броя на жлебовете за завои на намотките, статорите са два вида:
• С 18 гнезда;
• С 36 гнезда.
Днес 36-слотовият дизайн е най-често използваният, тъй като осигурява по-добри електрически характеристики.Генератори със статори с 18 канала днес могат да бъдат намерени на някои домашни автомобили от ранни версии.
Според формата на жлебовете статорите са три вида:
• С отворени жлебове - жлебове с правоъгълно напречно сечение, те изискват допълнително фиксиране на навивките;
• С полузатворени (клиновидни) жлебове - жлебовете са заострени нагоре, така че намотките се фиксират чрез поставяне на изолационни клинове или камбрици (PVC тръби);
• С полузатворени жлебове за намотки с едновиткови намотки - жлебовете имат сложно напречно сечение за полагане на една или две навивки тел с голям диаметър или тел под формата на широка лента.
Според схемата за полагане на намотките статорите са три вида:
• С верига (разпределена верига) - проводникът на всяка намотка се поставя в жлебовете на сърцевината с бримки (обикновено един завой се полага на стъпки от два канала, завоите на втората и третата намотка се поставят в тези жлебове - така че намотките придобиват необходимото изместване за генериране на трифазен променлив ток);
• С вълнообразна концентрирана верига - проводникът на всяка намотка се поставя в жлебовете на вълни, като ги заобикаля от едната страна към другата, като във всеки жлеб има две навивки на една намотка, насочени в една посока;
• С вълнообразна разпределена верига - проводникът също се полага на вълни, но завоите на една намотка в жлебовете са насочени в различни посоки.
За всеки тип подреждане всяка намотка има шест навивки, разпределени по сърцевината.
Независимо от метода на полагане на проводника, има две схеми за свързване на намотките:
• "Звезда" - в този случай намотките са свързани паралелно (краищата и на трите намотки са свързани в една (нулева) точка, а началните им клеми са свободни);
• "Триъгълник" - в този случай намотките са свързани последователно (началото на едната намотка с края на другата).
При свързване на намотките със "звезда" се наблюдава по-висок ток, тази схема се използва на генератори с мощност не повече от 1000 вата, които работят ефективно при ниски скорости.При свързване на намотките с "триъгълник" токът се намалява (1,7 пъти спрямо "звездата"), но генераторите с такава схема на свързване работят по-добре при високи мощности и може да се използва проводник с по-малко напречно сечение използвани за техните намотки.
Често вместо "триъгълник" се използва схема "двойна звезда", като в този случай статорът трябва да има не три, а шест намотки - три намотки са свързани със "звезда", а две "звезди" са свързани към натоварването паралелно.
По отношение на производителността, за статорите най-важното е номиналното напрежение, мощност и номинален ток в намотките.Според номиналното напрежение статорите (и генераторите) се разделят на две групи:
• С напрежение на намотката 14 V - за автомобили с напрежение на бордовата мрежа 12 V;
• С напрежение в намотките 28 V - за оборудване с напрежение на бордовата мрежа 24 V.
Генераторът произвежда по-високо напрежение, тъй като в токоизправителя и стабилизатора неизбежно възниква спад на напрежението, а на входа на бордовата електрическа мрежа вече се наблюдава нормално напрежение от 12 или 24 V.
Повечето генератори за автомобили, трактори, автобуси и друго оборудване имат номинален ток от 20 до 60 A, 30-35 A е достатъчно за автомобили, 50-60 A за камиони, произвеждат се генератори с ток до 150 или повече A за тежко оборудване.
Принцип на работа на статора на генератора
Работата на статора и целия генератор се основава на явлението електромагнитна индукция - възникването на ток в проводник, който се движи в магнитно поле или почива в променливо магнитно поле.В автомобилните генератори се използва вторият принцип - проводникът, в който възниква ток, е в покой, а магнитното поле постоянно се променя (върти).
Когато двигателят стартира, роторът на генератора започва да се върти, като в същото време напрежението от батерията се подава към неговата вълнуваща намотка.Роторът има многополюсна стоманена сърцевина, която при подаване на ток към намотката се превръща в електромагнит, съответно въртящият се ротор създава променливо магнитно поле.Силовите линии на това поле пресичат статора, разположен около ротора.Ядрото на статора разпределя магнитното поле по определен начин, неговите силови линии пресичат завоите на работните намотки - поради електромагнитна индукция в тях се генерира ток, който се отстранява от клемите на намотката, влиза в токоизправителя, стабилизатор и бордовата мрежа.
С увеличаване на скоростта на двигателя част от тока от работната намотка на статора се подава към намотката на роторното поле - така че генераторът преминава в режим на самовъзбуждане и вече не се нуждае от източник на ток от трета страна.
По време на работа статорът на генератора изпитва топлинни и електрически натоварвания, а също така е изложен на отрицателни влияния на околната среда.С течение на времето това може да доведе до влошаване на изолацията между намотките и електрическа повреда.В този случай статорът трябва да бъде ремонтиран или напълно заменен.При редовна поддръжка и навременна подмяна на статора, генераторът ще служи надеждно, стабилно захранвайки автомобила с електрическа енергия.
Време на публикуване: 24 август 2023 г