Бесщеточные генераторы. Почему они не используются много?

Бесщеточные генераторы. Почему они не используются много?

Если автомобильный генератор выходит из строя, то наиболее распространенной причиной является износ щеточного узла. Однако бесщеточные генераторы были изобретены давно – почему они еще не выжали своих предположительно менее продвинутых «конкурентов»?

На сегодняшний день наиболее распространенной и массивной конструкцией автомобильного генератора является использование графитовых щеток, которые подают напряжение на обмотку ротора (так называемая «катушка возбуждения») через пару вращающихся скользящих контактов в виде медных колец на валу ротора. Подобное решение используется на большинстве автомобилей за редким исключением, поскольку оно было разработано и десятилетиями доказало свою практичность.

В этой конструкции чрезвычайно просто и эффективно поддерживать стабильное напряжение в электрической сети транспортного средства при любой частоте вращения двигателя, и, соответственно, генератор – электронный блок стабилизации напряжения (который обычно называется «реле-регулятор») контролирует Уровень выходного напряжения и уменьшает или увеличивает ток в катушке возбуждения. Как только напряжение падает, ток увеличивается. Как только он приближается к верхнему пределу в 14,2 вольт, он уменьшается. Этот процесс быстрый и непрерывный, и в результате мы имеем стабильное напряжение как на холостом ходу, так и на высокой скорости.

Щетка в сборе сухая и плохо защищена от песка и влаги. И все, что открыто и трется без смазки, постепенно изнашивается и выходит из строя. Именно щеточная сборка является наиболее распространенным источником простоев генератора. Кроме того, он обычно также неразрывно сочетается с электронным блоком стабилизации напряжения («реле-регулятор»).

Однако в последние годы слово «безщеточный» (или его аналог «безщеточный») было услышано «широкими массами» (с) – оно стало известно даже людям, относительно далеким от технологий. В различных областях повседневной жизни активно внедряются бесщеточные электродвигатели – сегодня на них летают квадрокоптеры, крутятся отвертки, косят траву с помощью триммеров и другие механизмы и гаджеты. Даже откровенные гуманисты уже успешно убедились, что «щетки плохие: они изнашиваются, выходят из строя, нагреваются и вызывают потери тока». Почему сборка щетки в автомобильном генераторе до сих пор не исчезла, а в последнее время все чаще отказываются использовать ее в моторах дешевых детских игрушек ?!

Возможно, потому что электромоторы массово переводятся на бесщеточные (или, как вам нравится, безщеточные) технологии, но мы говорим о генераторе? Нет, дело не в этом. Здесь просто нет препятствий. Электродвигатель и электрический генератор чрезвычайно похожи по своей природе на электрические машины, кроме того, они часто являются обратимыми: двигатель способен генерировать ток, если он вынужден вращаться, и генератор может действовать как двигатель, если он снова получает питание. с внешним питанием.

Вы можете использовать бесщеточный генератор в автомобиле, он давно реализован и практикуется. Однако такие генераторы выпускаются в очень ограниченном количестве и почему-то не стали массовыми … Почему?

Сделать бесщеточный автомобильный генератор в принципе не так сложно. Зачем, собственно, нужны щетки? Чтобы подать 12-вольтовую мощность через них на катушку возбуждения внутри вращающегося ротора. После этого сегментированный ротор с катушкой, на которую подается постоянный ток от аккумулятора, становится многополюсным электромагнитом и генерирует ток в стационарной обмотке – в статоре.

Можно удалить скользящий контакт щетки в автомобильном генераторе благодаря специальной конструкции ротора. Для этого ротор выполнен удлиненным, а катушка возбуждения выполнена в виде наружного кольца и жестко закреплена на статоре. Действительно, чтобы генератор работал, ротор должен стать магнитом, а то, как намагничивать ротор – катушку внутри или катушку снаружи – беспринципно …

Первые бесщеточные генераторы с фиксированной катушкой возбуждения были обнаружены на автомобилях полвека назад и даже раньше. Как правило, их ставили на коммерческие автомобили (дальнобойщики), а также на сельскохозяйственные и строительные машины (комбайны, тракторы, бульдозеры и т. Д.). Первой была повышенная надежность и уменьшенная вероятность отказов на дальних расстояниях, а второй – защита от абразивной пыли и постоянно сопровождающей их влаги, способных быстро убить узел щетки, проникая в генератор через вентиляционные отверстия. В принципе, в ограниченной степени они используются в подобных машинах по сей день.

Тем не менее, вы должны признать: генератор, который не боится воды и пыли, с увеличенным сроком службы из-за брака сухих трущихся деталей – это очень хорошо! И неплохо для любого генератора, а не только для грузовика или комбайна! Почему технология не распространилась на массовый пассажирский сегмент? На это есть несколько причин.

Технология производства бесщеточных генераторов является более многоступенчатой, а генераторы в конечном итоге значительно дороже. Благодаря сопоставимым технологиям производства (без дорогостоящих инноваций), бесщеточный генератор в результате становится больше и тяжелее, чем щеточный генератор с такими же характеристиками. Большинство грузовых и сельскохозяйственных «бесщеточных» машин имеют относительно узкий диапазон рабочих оборотов, при которых они эффективны, и на холостых и просто на пониженных передачах они действительно не заряжали аккумулятор. Современные «бесщеточные» системы стали намного более сложными, чтобы поддерживать компактность, и в то же время они способны доставлять большие токи от низких оборотов и не бояться высоких оборотов. В дополнение к стационарной обмотке возбуждения в конструкцию были добавлены постоянные магниты, повышающие эффективность тока на низких скоростях, специальные размагничивающие обмотки, которые нейтрализуют действие постоянных магнитов на высоких скоростях, многофазные статоры и сложные диодные мосты.

Все это и ряд других факторов ограничили и продолжают ограничивать распространение таких генераторов. А после эволюционной оптимизации генераторов щеток (которые стали более мощными, более компактными, линейными и т. Д.) Преимущества «безщеточных» стали еще менее выраженными. Несмотря на явно изнашиваемые пары трения из меди и графита, щеточные генераторы действительно работают очень долго, и они не считаются потенциально проблемной сборкой автомобиля, требующей инновационных вмешательств.

Однако в некоторых случаях бесщеточные генераторы актуальны не только для грузовых автомобилей и тракторов. Например, некоторые генераторы некоторых дизельных кроссоверов BMW и Mercedes не имеют щеточной сборки. В их двигателях используются генераторы с водяным охлаждением повышенной мощности (180–190 ампер), которые прикручиваются своей задней крышкой к крышке водяной рубашки двигателя с соответствующим отверстием, как будто «заглушают ее задней стороной», и поэтому частично моется антифризом. В конструкции мощных генераторов с водяным охлаждением щетки значительно усложняют компоновку и техническое обслуживание, поэтому их иногда оставляют. Такие генераторы также встречаются в серии в некоторых комплектациях серьезных рамных внедорожников, таких как Nissan Patrol. А уазики любят вводить бесщеточные генераторы на 110 А от автобусов ПАЗ в свои настроенные «пирожки», которые не боятся купаться в болоте. Что ж, Алтайский тракторный электроагрегат с советских времен (и, кажется, по сей день!) Выпускает бесщеточные генераторы для небольших моделей в классических моделях ВАЗ (01-07) и ранних переднеприводных (08-099) семействах.

Тем не менее, в конце концов, все решает экономика и отчасти инженерия. Сегодня в автомобильной промышленности для массового потребителя надежность простейшего генератора щеток берется в качестве примера баланса цены, живучести и ремонтопригодности. И отходить от этого канона только в относительно редких случаях, когда дизайн технически сложного, продвинутого и довольно дорогого автомобиля неизбежно требует сложных и дорогих решений …

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *