Každé moderní vozidlo je vybaveno elektrickým generátorem, který vyrábí proud pro provoz palubní elektrické soustavy a všech jejích zařízení.Jednou z hlavních částí generátoru je pevný stator.Přečtěte si o tom, co je stator generátoru, jak funguje a funguje v tomto článku.
Účel statoru generátoru
V moderních automobilech a jiných vozidlech se používají synchronní třífázové alternátory s vlastním buzením.Typický generátor se skládá z pevného statoru upevněného ve skříni, rotoru s budicím vinutím, sestavy kartáče (dodávajícího proud do budícího vinutí) a usměrňovací jednotky.Všechny díly jsou sestaveny do poměrně kompaktního provedení, které je namontováno na motoru a má řemenový pohon od klikové hřídele.
Stator je pevnou součástí automobilového alternátoru, který nese pracovní vinutí.Při provozu generátoru vzniká ve vinutí statoru elektrický proud, který se přeměňuje (usměrňuje) a přivádí do palubní sítě.
Stator generátoru má několik funkcí:
• Nese pracovní vinutí, ve kterém je generován elektrický proud;
• Plní funkci části těla pro uložení pracovního vinutí;
• Hraje roli magnetického obvodu pro zvýšení indukčnosti pracovního vinutí a správné rozložení siločar magnetického pole;
• Funguje jako chladič – odvádí přebytečné teplo z topných vinutí.
Všechny statory mají v podstatě stejnou konstrukci a neliší se v různých typech.
Konstrukce statoru generátoru
Konstrukčně se stator skládá ze tří hlavních částí:
• Kruhové jádro;
• Pracovní vinutí (vinutí);
• Izolace vinutí.
Jádro je sestaveno ze železných prstencových plátů s drážkami na vnitřní straně.Z desek se vytvoří obal, tuhost a pevnost konstrukce je dána svařováním nebo nýtováním.V jádru jsou vytvořeny drážky pro uložení vinutí a každý výstupek je jho (jádro) pro závity vinutí.Jádro je sestaveno z desek o tloušťce 0,8-1 mm, vyrobených ze speciálních druhů železa nebo feroslitin s určitou magnetickou permeabilitou.Na vnější straně statoru mohou být žebra pro zlepšení odvodu tepla, stejně jako různé drážky nebo vybrání pro připojení ke skříni generátoru.
Třífázové generátory používají tři vinutí, jedno na fázi.Každé vinutí je vyrobeno z měděného izolovaného drátu velkého průřezu (o průměru 0,9 až 2 mm nebo více), který je umístěn v určitém pořadí v drážkách jádra.Vinutí mají vývody, ze kterých se odebírá střídavý proud, obvykle je počet vývodů tři nebo čtyři, ale existují statory se šesti vývody (každé ze tří vinutí má vlastní vývody pro provedení spojů toho či onoho typu).
V drážkách jádra je izolační materiál, který chrání izolaci drátu před poškozením.U některých typů statorů lze také do drážek vložit izolační klíny, které navíc působí jako fixátor závitů vinutí.Sestava statoru může být dodatečně impregnována epoxidovými pryskyřicemi nebo laky, což zajišťuje celistvost konstrukce (zabraňuje posunu závitů) a zlepšuje její elektroizolační vlastnosti.
Stator je pevně uložen ve skříni generátoru a dnes se nejčastěji používá provedení, ve kterém jádro statoru funguje jako část těla.To se provádí jednoduše: stator je sevřen mezi dvěma kryty skříně generátoru, které jsou utaženy kolíky - takový "sendvič" umožňuje vytvářet kompaktní konstrukce s účinným chlazením a snadnou údržbou.Oblíbené je také provedení, kdy je stator kombinován s předním krytem generátoru a zadní kryt je odnímatelný a poskytuje přístup k rotoru, statoru a dalším dílům.
Typy a charakteristiky statorů
Statory generátorů se liší počtem a tvarem drážek, schématem uložení vinutí do drážek, schématem zapojení vinutí a elektrickými charakteristikami.
Podle počtu drážek pro závity vinutí jsou statory dvou typů:
• S 18 sloty;
• S 36 sloty.
Dnes se nejčastěji používá provedení s 36 sloty, protože poskytuje lepší elektrický výkon.Generátory se statory s 18 drážkami dnes lze nalézt na některých domácích vozech dřívějších verzí.
Podle tvaru drážek jsou statory tří typů:
• S otevřenými drážkami - drážky obdélníkového průřezu vyžadují dodatečné upevnění závitů vinutí;
• S polouzavřenými (klínovitými) drážkami - drážky se zužují nahoru, takže cívky vinutí jsou fixovány vložením izolačních klínů nebo cambric (PVC trubek);
• S polouzavřenými drážkami pro vinutí s jednozávitovými cívkami - drážky mají složitý průřez pro položení jednoho nebo dvou závitů drátu velkého průměru nebo drátu ve formě široké pásky.
Podle schématu pokládání vinutí jsou statory tří typů:
• Se smyčkovým (loop distribuovaným) obvodem - drát každého vinutí je umístěn v drážkách jádra se smyčkami (obvykle je jeden závit položen v přírůstcích dvou drážek, v těchto drážkách jsou umístěny závity druhého a třetího vinutí - aby vinutí získalo posun nezbytný pro generování třífázového střídavého proudu);
• S vlnově koncentrovaným obvodem - drát každého vinutí je umístěn do drážek ve vlnách, obchází je z jedné strany na druhou a v každé drážce jsou dva závity jednoho vinutí směřující jedním směrem;
• S vlnově distribuovaným obvodem - drát je také položen ve vlnách, ale závity jednoho vinutí v drážkách směřují různými směry.
Pro jakýkoli typ stohování má každé vinutí šest závitů rozmístěných po jádru.
Bez ohledu na způsob pokládání drátu existují dvě schémata pro připojení vinutí:
• "Hvězda" - v tomto případě jsou vinutí zapojena paralelně (konce všech tří vinutí jsou spojeny v jednom (nulovém) bodě a jejich počáteční svorky jsou volné);
• "Trojúhelník" - v tomto případě jsou vinutí zapojena do série (začátek jednoho vinutí s koncem druhého).
Při připojení vinutí s "hvězdou" je pozorován vyšší proud, tento obvod se používá na generátorech s výkonem nejvýše 1000 wattů, které efektivně pracují při nízkých rychlostech.Při spojení vinutí s "trojúhelníkem" se proud sníží (1,7krát ve srovnání s "hvězdou"), ale generátory s takovým schématem připojení pracují lépe při vysokých výkonech a může být použit vodič menšího průřezu používané pro jejich vinutí.
Často se místo "trojúhelníku" používá obvod "dvojitá hvězda", v tomto případě by stator neměl mít tři, ale šest vinutí - tři vinutí jsou spojena "hvězdou" a dvě "hvězdy" jsou připojeny k zátěž paralelně.
Z hlediska výkonu je u statorů nejdůležitější jmenovité napětí, výkon a jmenovitý proud ve vinutích.Podle jmenovitého napětí se statory (a generátory) dělí do dvou skupin:
• S napětím vinutí 14 V - pro vozidla s napětím palubní sítě 12 V;
• S napětím ve vinutí 28 V - pro zařízení s napětím palubní sítě 24 V.
Generátor produkuje vyšší napětí, protože v usměrňovači a stabilizátoru nevyhnutelně dochází k poklesu napětí a na vstupu do palubní elektrické sítě je již pozorováno normální napětí 12 nebo 24 V.
Většina generátorů pro automobily, traktory, autobusy a další zařízení má jmenovitý proud 20 až 60 A, pro osobní automobily stačí 30-35 A, pro nákladní automobily 50-60 A, vyrábí se generátory s proudem do 150 a více A pro těžkou techniku.
Princip činnosti statoru generátoru
Činnost statoru a celého generátoru je založena na jevu elektromagnetické indukce - výskytu proudu ve vodiči, který se pohybuje v magnetickém poli nebo spočívá ve střídavém magnetickém poli.V automobilových generátorech se používá druhý princip - vodič, ve kterém proud vzniká, je v klidu a magnetické pole se neustále mění (rotuje).
Když motor nastartuje, rotor generátoru se začne otáčet, současně je do jeho budícího vinutí přiváděno napětí z baterie.Rotor má vícepólové ocelové jádro, které se po přivedení proudu do vinutí stává elektromagnetem, respektive rotující rotor vytváří střídavé magnetické pole.Siločáry tohoto pole protínají stator umístěný kolem rotoru.Jádro statoru určitým způsobem rozděluje magnetické pole, jeho siločáry křižují závity pracovních vinutí - v důsledku elektromagnetické indukce v nich vzniká proud, který je odstraněn ze svorek vinutí, vstupuje do usměrňovače, stabilizátor a palubní síť.
Se zvýšením otáček motoru je část proudu z pracovního vinutí statoru přiváděna do budícího vinutí rotoru - generátor tak přejde do režimu samobuzení a již nepotřebuje zdroj proudu třetí strany.
Během provozu je stator generátoru vystaven ohřevu a elektrickému zatížení a je také vystaven negativním vlivům prostředí.Časem to může vést ke zhoršení izolace mezi vinutími a elektrickému průrazu.V tomto případě je třeba stator opravit nebo zcela vyměnit.Při pravidelné údržbě a včasné výměně statoru bude generátor spolehlivě sloužit a stabilně zásobovat vůz elektrickou energií.
Čas odeslání: 24. srpna 2023