8.3.2. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

8.3.2. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Тип системы электроснабжения в значительной мере зависит от наличия на подвижном объекте аккумуляторной батареи, т.е. в конечном итоге от наличия электростартерного пуска.

Если электропуск отсутствует, то используется система электроснабжения потребителей переменным током. Такая система длительное время была характерна для тракторов и до настоящего времени сохраняется на мопедах и легких мотоциклах. В системе переменного тока генератор представляет собой синхронную электрическую машину с возбуждением от постоянных магнитов. Эти магниты могут располагаться на маховике двигателя (трактор «Фордзон», мотогенераторы), однако генератор может иметь и традиционную конструкцию с ротором в виде звездочки из постоянных магнитов или конструкцию с полюсными наконечниками, между которыми зажат магнит. Регулятор напряжения в такой системе отсутствует и поддержание стабильности напряжения достигается параметрическим способом. Попытки повысить эту стабильность введением противополярного регулирования центробежным автоматом (генератор ГТ1-А) не увенчались успехом.

Система электропитания с генератором постоянного тока начала усиленно развиваться на автомобилях после 1912 г., когда она впервые была применена на автомобилях «Кадиллак».

Первоначально возникли две системы электроснабжения: генераторы с регулированием напряжения с помощью третьей щетки и генераторы с регулированием напряжения вибрационным регулятором напряжения. До 1920 г. преимущественное распространение получил трехщеточный генератор, особенно в США, Англии и Франции. Производители автомобилей Германии и Австрии ориентировались на вибрационный регулятор. В период с 1920 по 1930 г. трехщеточный генератор благодаря проникновению американских машин на европейский рынок практически вытеснил систему с вибрационным регулятором. Однако с 1930 г. начался обратный процесс, так как преимущества трехщеточного генератора (простота и дешевизна) не компенсировались его недостатками, которые начали сказываться при повышении количества и мощности электропотребителей. Дискретный принцип регулирования напряжения, заложенный в вибрационном регуляторе, дожил до наших дней.

Первые отечественные трехщеточные генераторы повторяли по конструкции генераторы «Авто Лайт» (США) и устанавливались на автомобилях ГАЗ-А, ГАЗ-АА, ЗИС-5 (серия ГБФ). В 1937–1938 гг. заводом АТЭ была проведена модернизация генераторов легковых автомобилей с выпуском новых серий — ГМ (ГАЗ-MI) и ГЛ (ЗИС-101). На первые автомобили «Москвич», выпуск которых начался в 1947 г., устанавливался трехщеточный генератор Г28. Особенностью этих генераторов, как и всех генераторов выпускавшихся до середины 50-х годов, было соединение с корпусом автомобиля положительного вывода. В 1957 г. стандартом предписывалось соединение с корпусом отрицательного вывода, и в

дальнейшем все генераторы выпускались только с таким соединением.

Генератор Г28 был последним трехщеточным генератором, выпущенным отечественной промышленностью, после него был осуществлен переход на систему с вибрационным регулятором напряжения (реле-регулятором). Аналогичный переход был закончен в США в 1937–1938 гг.

На отечественные тракторы генераторы постоянного тока устанавливались только с реле-регулятором. Сначала генераторы приобретались у фирмы «Бош» (трактор «Интернационал» — СТЗ-30), затем было освоено собственное производство генераторов серий ГБТ, ГАУ с пристроенным реле-регулятором.

Рост требуемой от генератора мощности, а также развитие электроники привели к коренным изменениям в конструкции генераторной установки.

Во-первых, изменение коснулось номинального напряжения бортовой сети и соответственно генераторной установки. Из-за чрезмерного возрастания тока номинальное напряжение бортовой сети 6 В, распространенное в США, Англии и СССР, начиная с 1945 г. уступает место системе номинальным напряжением 12 В. В настоящее время генераторные установки автомобилей выпускаются на номинальное напряжение 14 В, а дизелей — на 28 В.

Во-вторых, развитие электроники позволило заменить генераторы постоянного тока вентильными генераторами и электронными регуляторами напряжения.

Вентильный автомобильный генератор представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину с вращающейся системой возбуждения и неподвижным якорем (статором), обмотка которого питает потребителей через выпрямитель. В России генератор такого типа впервые появился на автобусе ЗИС-155 в 1954 г., причем селеновый выпрямитель располагался вне генератора. В США генераторы аналогичного устройства устанавливались на армейских автомобилях во время второй мировой войны.

С 1960 г., когда на автомобилях «Крайслер» появились генераторы со встроенным выпрямителем на кремниевых диодах, применение вентильных генераторов начало расширяться, и в настоящее время на автомобили устанавливаются только генераторы такого типа. Производство отечественного генератора Г250 со встроенным кремниевым выпрямителем, заменившего на автомобилях генераторы постоянного тока, было освоено на Куйбышевском заводе автотракторного электрооборудования в 1967 г.

Современные генераторные установки имеют дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения и дополнительное плечо силового выпрямителя, соединенное с нулевой точкой обмотки статора, позволяющее увеличить мощность генератора за счет мощности высших гармонических составляющих, содержащихся в фазном напряжении.

Принцип работы электронного регулятора напряжения аналогичен вибрационному. Переход от вибрационного к чисто электронному регулятору на отечественных автомобилях и тракторах осуществлялся через промежуточную конструкцию контактно-транзисторного регулятора (РР362, 1967 г.), в котором управление транзистором осуществлялось вибрационным реле и был сохранен дополнительный резистор. Большинство зарубежных фирм миновало этот этап, а электронные регуляторы в основном развивались в сторону удешевления технологии их изготовления: сначала они выполнялись на навесных элементах, затем по гибридной технологии (впервые такой генератор использовала фирма «Дженерал моторc» в 1966 г., в России регуляторы такого типа Я112, Я120 широко распространены), и наконец вся схема выполнялась на монокристалле кремния. При выполнении регулятора на монокристалле или полевых транзисторах силовые диоды выпрямителя заменяются стабилитронами для защиты схемы от перенапряжений. В регуляторах стала применяться широкоимпульсная модуляция.

Со второй половины 90-х годов на отечественных автомобилях стали устанавливаться генераторы компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости. Последние оснащаются приводом на повышенное передаточное отношение и имеют высокие коэффициенты использования.

Для тяжелых условий эксплуатации предназначены бесщеточные генераторы. На автомобилях довольно широко применяются генераторы с клювообразным ротором, у которых одна полюсная половина несет на себе другую, приваренную к ней по клювам немагнитным материалом (фирма США «Делько Реми» и германская «Бош»).

В России на тракторах используются исключительно индукторные генераторы. Впервые индукторный генератор был применен в 1966 г. для двигателей воздушного охлаждения (генератор Г302), массовый генератор Г304 начал выпускаться с 1968 г. С 1985 г. тракторные генераторы переведены на смешанное магнитоэлектромагнитное возбуждение (генератор 46.3701).

На некоторых типах автомобилей находят применение двухуровневые системы напряжения (ЗИЛ-4331, ЗИЛ-133ГЛ, ЗИЛ-5310). Второй уровень напряжения достигается трансформацией и выпрямлением переменного напряжения обмотки статора.