Эта группа электрических машин во многом отличается от промышленных, что объясняется различными условиями применения тех и других. Автомобильные и самолетные генераторы выполняются, как правило, параллельного возбуждения.
Напряжение автомобильных генераторов 6 и 12,5 в, самолетных — 27,5 и 28,5 в. Мощность автомобильных генераторов от 100 вт до 1 кет, самолетных — от 1 до 30 кет.
Наиболее распространен привод генераторов от основных двигателей самолетов и автомобилей, имеющих переменную скорость вращения. Отношение наибольшей скорости вращения к наименьшей достигает 3 для самолетных генераторов и 8 для автомобильных. Для поддержания постоянства напряжения в этих условиях генераторы снабжаются регуляторами напряжения.
Работа генераторов происходит при значительных вибрациях - мест крепления, поэтому для обеспечения надежного скользящего контакта приходится увеличивать давление на щетки в 3—4 раза по сравнению со стационарными машинами. Это приводит к увеличенному износу коллектора и щеток. Самолетные генераторы, кроме того работают в условиях больших изменений плотности, влажности и температуры воздуха. С увеличением высоты полета количество водяных паров в единице объема воздуха уменьшается, поэтому ухудшаются условия образования пленки окислов на коллекторе, и начиная с высоты 6 км пленка при обычных щетках не образуется. Это приводит к резкому увеличению коэффициента трения и износа щеток и коллектора и к уменьшению падения напряжения под щетками. Токи короткого замыкания в секции значительно возрастают и это вызывает сильное искренне, вплоть до кругового огня. Ухудшение коммутации вследствие разрушения пленки в свою очередь ведет к увеличению температуры коллектора и к дальнейшему нарушению скользящего контакта. Для сохранения пленки окислов на коллекторе применяются щетки марки МГС, пропитанные специальным составом.
Важным требованием к самолетным и автомобильным генераторам является возможно малый вес и размеры. Это достигается за счет более высокой рабочей температуры отдельных частей, применения интенсивного охлаждения и материалов лучшего качества. Более интенсивное использование активных материалов приводит к ограничению времени работы без ремонта до 500 ч самолетных и до 3000 ч автомобильных генераторов.
А. Особенности конструкции. Станина автомобильных генераторов выполняется из листовой стали. Из полосы вырубается заготовка, свертывается в цилиндр и сваривается. К станине 1 крепятся два главных полюса (рис. 3). Катушки полюсов наматываются из круглого обмоточного провода марки ПЭЛ. Сердечник якоря 2 собирается из дисков электротехнической стали марки ЭИ толщиной 0,5 мм. Пазы частично открытые. Обмотка якоря одноходовая петлевая, выполняется проводом марки ПЭЛБО. Коллектор 7 цилиндрический с креплением пластин двумя конусными нажимными шайбами и развальцованной втулкой. Подшипниковые щиты 4 и 6 чугунные, в щитах помещаются шарикоподшипники и ставятся уплотнения, предохраняющие подшипники от загрязнения. Щиты имеют заточки для центровки относительно станины и стягиваются двумя сквозными шпильками 5, которые проходят между катушками полюсов. К подшипниковому щиту 6 со стороны коллектора крепятся два пальца с щеткодержателями. Для осмотра и смены щеток в станине над коллектором имеются окна, закрытые гибкой стальной лентой 5.
Генератор выполняется каплезащшценным с осевой вытяжной вентиляцией. Воздух поступает через отверстия в щите со стороны коллектора и выходит через отверстия щита со стороны привода п вентилятор, который объединен со шкивом 3.
Рис. 3. Автомобильный генератор: мощность 225 вт, напряжение 12,5 в
Генератор крепится к корпусу двигателя автомобиля при помощи кронштейнов на подшипниковых щитах. Вращение осуществляется клиноременной передачей.
Станина 2 самолетного генератора объединяется с подшипниковым щитом со стороны привода. Магнитопровод станины выполняется так же, как и в автомобильных генераторах, сваркой из листовой стали; к получившемуся цилиндру приваривается подшипниковый щит (рис. 4). Число главных полюсов 4, 6 или 8, добавочных — 3 или 4. Главные полюсы 5 изготовляются из листовой стали, добавочные 4 — сплошные. Для удобства размещения катушек добавочных полюсов (если число добавочных полюсов равно половине главных) главные полюсы выполняются несимметричными, сердечник смещен относительно наконечника. Сердечник якоря 3 собирается из дисков электротехнической стали толщиной 0,5—0,2 мм в зависимости от частоты перемагничивания. Отдельные диски насаживаются на полый вал 7 или на промежуточную втулку. Обмотка якоря при мощности до 5 кет одноходовая волновая, при большей мощности — одноходовая петлевая с уравнительными соединениями. Крепление обмотки в пазах производится клиньями, лобовые части обмотки крепятся проволочными бандажами. Коллектор цилиндрический с креплением пластин двумя конусными нажимными шайбами и гайкой.
В станине над коллектором имеются окна для осмотра и смены щеток 1. К перемычкам между окнами крепятся щеткодержатели реактивного типа. В каждом щеткодержателе размещается несколько щеток.
Рис. 4. Авиационный генератор: мощность 9 кет, напряжение 28,5 в
1 — щетки; 2 — станина; 3 — якорь; 4 — добавочные полюсы; 5 — главные полюсы; 6 — гибкий валик. 7 - трубчатый вал; 8 — подшипниковый щит; 9 труба для охлаждающего воздуха
Сборные шины располагаются у края станины. Подшипниковый щит 8 со стороны коллектора выполняется литой из алюминиевого сплава; в центре щита имеется залитая стальная втулка, в которой размещается шарикоподшипник. На щите укрепляются зажимы для присоединения выводов обмоток и проводов сети.
Самолетные генераторы мощностью свыше 1,5 кет охлаждаются забортным воздухом, который по специальным трубам 9 подается к генератору и поступает в отверстия щита со стороны коллектора. При входе в машину воздух делится на две струп, одна из которых проходит в осевых каналах коллектора и сердечника якоря, попадает в вентилятор и удаляется через отверстия станины со стороны привода. Вторая струя охлаждает рабочую поверхность коллектора и щетки; часть воздуха выходит через неплотно закрытые окна станины, а остальной воздух охлаждает наружную поверхность якоря и катушки возбуждения.
Крепление генератора производится шпильками, проходящими через сквозные отверстия в щите генератора со стороны привода.
Передача вращающего момента производится через гибкий валик 6 для уменьшения влияния неравномерности вращения приводного двигателя.
Для получения напряжения, пропорционального скорости вращения якоря генератора, применяются специальные машины малой мощности — так называемые тахогенераторы. Это напряжение используется в автоматических устройствах и для измерения скорости вращения.
Рис. 7. Влияние насыщения на изменение магнитного потока
Рис. 6. Характеристики тахогенератора
Характеристики тахогенератора приведены на рис. 6 для нескольких значений гн. По мере увеличения тока /2 якоря начинает проявляться размагничивающее действие реакции якоря, величина магнитного потока уменьшается, и характеристика тахогенератора отклоняется от прямой линии. В том же направлении действует нагревание обмотки якоря. Для уменьшения этого влияния необходимо выбирать сопротивление гн возможно большим.
В начальной части характеристики заметно сказывается непостоянство сопротивления скользящего контакта, поэтому в тахогенераторах целесообразно применять щетки с малым переходным сопротивлением.
Существенное влияние на работу тахогенератора может оказать изменение тока возбуждения под влиянием нагревания обмотки или колебания напряжения источника независимого возбуждения. На рис. 7 показано изменение магнитного потока, обусловленное одинаковым приращением тока А/в в насыщенной (ДФф) и ненасыщенной (ДФ£) части характеристики намагничивания. Для уменьшения влияния изменения тока возбуждения на величину магнитного потока магнитную цепь тахогенератора следует делать насыщенной.
Если же по условиям работы требуется сохранить пропорциональность между напряжением тахогенератора и током возбуждения, магнитную цепь делают ненасыщенной.
На рис. 8 показан тахогенератор с постоянными магнитами.
В корпусе С :з алюминиевого сплава залиты полюсы 5 с постоянными магнитами 7. Подшипниковые щиты 4 закрепляются стопорными кольцами 3.
Якорь 2 вращается в шарикоподшипниках 1. На коллекторе установлены две AL.
Рис. 8. Тахогенератор с постоянными магнитами щетки 9. В случае необходимости регулирование магнитного потока может быть произведено магнитным шунтом • 8 — тонкими стальными перемычками между полюсами.
Существенным преимуществом этих тахогенераторов является отсутствие источника энергии для возбуждения. Современные материалы для постоянных магнитов — сплавы типа альнико, магнико и др. — обладают стабильными магнитными свойствами и обеспечивают надежную работу генераторов в течение продолжительного времени.
