Кожен сучасний автомобіль оснащений електрогенератором, який виробляє струм для роботи бортової електросистеми і всіх її пристроїв.Однією з основних частин генератора є нерухомий статор.Про те, що таке статор генератора, як він працює і працює, читайте в цій статті.
Призначення статора генератора
У сучасних автомобілях та інших транспортних засобах використовуються синхронні трифазні генератори змінного струму з самозбудженням.Типовий генератор складається з нерухомого статора, закріпленого в корпусі, ротора з обмоткою збудження, щіткового вузла (підводить струм до обмотки збудження) і випрямного блоку.Всі деталі зібрані в відносно компактну конструкцію, яка кріпиться на двигуні і має ремінну передачу від колінчастого вала.
Статор - це нерухома частина автомобільного генератора змінного струму, яка несе робочу обмотку.Під час роботи генератора саме в обмотках статора виникає електричний струм, який перетворюється (випрямляється) і подається в бортову мережу.
Статор генератора виконує кілька функцій:
• Несе робочу обмотку, в якій утворюється електричний струм;
• Виконує функцію корпусної частини для розміщення робочої обмотки;
• Грає роль магнітопровода для збільшення індуктивності робочої обмотки і правильного розподілу силових ліній магнітного поля;
• Діє як тепловідвід - відводить надмірне тепло від обмоток нагріву.
Всі статори мають практично однакову конструкцію і не відрізняються різноманітністю типів.
Конструкція статора генератора
Конструктивно статор складається з трьох основних частин:
• Кільцевий сердечник;
• Робоча обмотка (обмотки);
• Ізоляція обмоток.
Сердечник зібраний із залізних кільцевих пластин із пазами всередині.З плит формують пакет, жорсткість і міцність конструкції надають зварюванням або клепками.В сердечнику зроблені пази для укладання обмоток, а кожен виступ є ярмом (сердечником) для витків обмотки.Сердечник збирається з пластин товщиною 0,8-1 мм, виготовлених із спеціальних марок заліза або феросплавів з певною магнітною проникністю.На зовнішній стороні статора можуть бути ребра для поліпшення відведення тепла, а також різні канавки або виїмки для стикування з корпусом генератора.
У трифазних генераторах використовуються три обмотки, по одній на фазу.Кожна обмотка виконана з мідного ізольованого дроту великого перерізу (діаметром від 0,9 до 2 мм і більше), який укладається в певному порядку в пази сердечника.Обмотки мають висновки, з яких відводиться змінний струм, зазвичай кількість висновків три-чотири, але бувають статори з шістьма висновками (кожна з трьох обмоток має свої висновки для з'єднання того чи іншого типу).
У пазах жили знаходиться ізоляційний матеріал, який захищає ізоляцію проводу від пошкоджень.Також в деяких типах статорів в пази можуть вставлятися ізоляційні клини, які додатково виконують роль фіксатора витків обмотки.Вузол статора може бути додатково просочений епоксидними смолами або лаками, що забезпечує цілісність конструкції (запобігає зсуву витків) і покращує її електроізоляційні властивості.
Статор жорстко закріплений в корпусі генератора, і на сьогоднішній день найчастіше використовується конструкція, в якій сердечник статора виконує роль корпусної частини.Реалізується це просто: статор затискається між двома кришками корпусу генератора, які стягуються шпильками - такий «сендвіч» дозволяє створювати компактні конструкції з ефективним охолодженням і простотою обслуговування.Також популярна конструкція, в якій статор поєднаний з передньою кришкою генератора, а задня кришка знімна і забезпечує доступ до ротора, статора та інших деталей.
Типи та характеристики статорів
Статори генераторів відрізняються кількістю і формою пазів, схемою укладання обмоток в пазах, схемою підключення обмоток і електричними характеристиками.
За кількістю пазів для витків обмоток статори бувають двох типів:
• З 18 слотами;
• З 36 слотами.
Сьогодні 36-слотова конструкція є найбільш часто використовуваною, оскільки вона забезпечує кращі електричні характеристики.Генератори зі статорами з 18 пазами сьогодні можна зустріти на деяких вітчизняних автомобілях ранніх випусків.
За формою канавок статори бувають трьох видів:
• З відкритими канавками - пази прямокутного перерізу, вимагають додаткової фіксації витків намотування;
• З напівзакритими (клиноподібними) канавками - пази звужуються догори, тому котушки обмотки фіксуються вставкою ізоляційних клинів або кембриків (трубок ПВХ);
• З напівзакритими канавками для обмоток з одновитковими котушками - пази мають складний переріз для укладання одного або двох витків дроту великого діаметру або дроту у вигляді широкої стрічки.
За схемою укладання обмоток статори бувають трьох типів:
• З петлевою (шлейфово розподіленою) схемою - провід кожної обмотки укладається в пази сердечника петлями (зазвичай один виток укладають з кроком в два паза, в ці пази поміщають витки другої і третьої обмоток). - таким чином обмотки набувають зсув, необхідний для створення трифазного змінного струму);
• При хвильовому зосередженому ланцюзі - провід кожної обмотки укладається в пази хвилями, обходячи їх з одного боку в інший, причому в кожному пазу по два витки однієї обмотки, спрямованих в одну сторону;
• При хвильової розподіленої ланцюга - провід також прокладений хвилями, але витки однієї обмотки в пазах спрямовані в різні боки.
Для будь-якого типу укладання кожна обмотка має шість витків, розподілених по сердечнику.
Незалежно від способу прокладки проводу існує дві схеми з'єднання обмоток:
• «Зірка» - в цьому випадку обмотки з'єднані паралельно (кінці всіх трьох обмоток з'єднані в одній (нульовій) точці, а їх початкові висновки вільні);
• «Трикутник» - в цьому випадку обмотки з'єднані послідовно (початок однієї обмотки з кінцем іншої).
При з'єднанні обмоток «зіркою» спостерігається більший струм, така схема використовується на генераторах потужністю не більше 1000 Вт, які ефективно працюють на малих обертах.При з'єднанні обмоток «трикутником» сила струму зменшується (в 1,7 рази відносно «зірки»), однак генератори з такою схемою з'єднання краще працюють на великих потужностях, і провідник меншого перерізу може бути використовуються для їх обмоток.
Часто замість «трикутника» використовують схему «подвійна зірка», в цьому випадку статор повинен мати не три, а шість обмоток - три обмотки з'єднані «зіркою», а дві «зірки» з'єднані з навантаження паралельно.
З точки зору продуктивності, для статорів найважливіше - це номінальна напруга, потужність і номінальний струм в обмотках.За номінальною напругою статори (і генератори) діляться на дві групи:
• З напругою обмотки 14 В - для автомобілів з напругою бортової мережі 12 В;
• З напругою в обмотках 28 В - для обладнання з напругою бортової мережі 24 В.
Генератор видає більш високу напругу, так як в випрямлячі і стабілізаторі неминуче відбувається падіння напруги, а на вході в бортову електромережу вже спостерігається нормальна напруга 12 або 24 В.
Більшість генераторів для автомобілів, тракторів, автобусів та іншої техніки мають номінальний струм від 20 до 60 А, для легкових автомобілів достатньо 30-35 А, для вантажних автомобілів 50-60 А, випускаються генератори зі струмом до 150 і більше А для важкої техніки.
Принцип роботи статора генератора
Робота статора і всього генератора заснована на явищі електромагнітної індукції - виникненні струму в провіднику, який рухається в магнітному полі або покоїться в змінному магнітному полі.В автомобільних генераторах використовується другий принцип - провідник, в якому виникає струм, знаходиться в спокої, а магнітне поле постійно змінюється (обертається).
При запуску двигуна ротор генератора починає обертатися, при цьому на його збудливу обмотку подається напруга від акумулятора.Ротор має багатополюсний сталевий сердечник, який при подачі струму на обмотку стає електромагнітом, відповідно ротор, що обертається, створює змінне магнітне поле.Силові лінії цього поля перетинають статор, розташований навколо ротора.Сердечник статора певним чином розподіляє магнітне поле, його силові лінії перетинають витки робочих обмоток - за рахунок електромагнітної індукції в них утворюється струм, який знімається з висновків обмотки, надходить у випрямляч, стабілізатор і бортова мережа.
Зі збільшенням оборотів двигуна частина струму від робочої обмотки статора подається на обмотку збудження ротора - так генератор переходить в режим самозбудження і більше не потребує сторонньому джерелі струму.
Під час роботи статор генератора відчуває нагрівання та електричні навантаження, а також піддається негативному впливу зовнішнього середовища.З часом це може призвести до погіршення ізоляції між обмотками та електричного пробою.У цьому випадку потрібен ремонт або повна заміна статора.При регулярному обслуговуванні і своєчасній заміні статора генератор буде служити надійно, стабільно забезпечуючи автомобіль електроенергією.
Час публікації: 24 серпня 2023 р