Jedes moderne Fahrzeug ist mit einem elektrischen Generator ausgestattet, der Strom für den Betrieb des Bordnetzes und aller seiner Geräte erzeugt.Einer der Hauptbestandteile des Generators ist der feststehende Stator.Lesen Sie in diesem Artikel, was ein Generatorstator ist, wie er funktioniert und funktioniert.
Zweck des Generatorstators
In modernen Automobilen und anderen Fahrzeugen werden synchrone Drehstromgeneratoren mit Selbsterregung eingesetzt.Ein typischer Generator besteht aus einem festen Stator, der in einem Gehäuse befestigt ist, einem Rotor mit einer Erregerwicklung, einer Bürstenbaugruppe (die die Feldwicklung mit Strom versorgt) und einer Gleichrichtereinheit.Alle Teile sind in einer relativ kompakten Bauweise zusammengebaut, die am Motor montiert ist und über einen Riemenantrieb von der Kurbelwelle verfügt.
Der Stator ist ein fester Bestandteil eines Autogenerators, der eine funktionierende Wicklung trägt.Beim Betrieb des Generators entsteht in den Statorwicklungen ein elektrischer Strom, der umgewandelt (gleichgerichtet) und in das Bordnetz eingespeist wird.
Der Generatorstator hat mehrere Funktionen:
• Trägt eine Arbeitswicklung, in der ein elektrischer Strom erzeugt wird;
• Erfüllt die Funktion eines Körperteils zur Aufnahme der Arbeitswicklung;
• Spielt die Rolle eines Magnetkreises zur Erhöhung der Induktivität der Arbeitswicklung und zur korrekten Verteilung der Magnetfeldlinien;
• Fungiert als Kühlkörper – leitet überschüssige Wärme von den Heizwicklungen ab.
Alle Statoren sind im Wesentlichen gleich aufgebaut und unterscheiden sich nicht in der Typenvielfalt.
Design des Generatorstators
Strukturell besteht der Stator aus drei Hauptteilen:
• Ringkern;
• Arbeitswicklung (Wicklungen);
• Isolierung der Wicklungen.
Der Kern besteht aus Eisenringplatten mit Rillen auf der Innenseite.Aus den Platten wird ein Paket geformt, die Steifigkeit und Festigkeit der Struktur wird durch Schweißen oder Nieten erreicht.Im Kern sind Nuten zum Verlegen der Wicklungen angebracht, und jeder Vorsprung ist ein Joch (Kern) für die Wicklungswindungen.Der Kern besteht aus Platten mit einer Dicke von 0,8 bis 1 mm aus speziellen Eisensorten oder Ferrolegierungen mit einer bestimmten magnetischen Permeabilität.An der Außenseite des Stators können sich Rippen befinden, um die Wärmeableitung zu verbessern, sowie verschiedene Nuten oder Aussparungen zum Andocken an das Generatorgehäuse.
Dreiphasengeneratoren verwenden drei Wicklungen, eine pro Phase.Jede Wicklung besteht aus kupferisoliertem Draht mit großem Querschnitt (mit einem Durchmesser von 0,9 bis 2 mm oder mehr), der in einer bestimmten Reihenfolge in den Nuten des Kerns platziert wird.Die Wicklungen haben Anschlüsse, von denen Wechselstrom abgenommen wird. Normalerweise beträgt die Anzahl der Pins drei oder vier, aber es gibt Statoren mit sechs Anschlüssen (jede der drei Wicklungen hat ihre eigenen Anschlüsse, um Verbindungen der einen oder anderen Art herzustellen).
In den Rillen des Kerns befindet sich ein Isoliermaterial, das die Isolierung des Drahtes vor Beschädigungen schützt.Außerdem können bei einigen Statortypen Isolierkeile in die Nuten eingelegt werden, die zusätzlich als Fixator für die Wicklungswindungen dienen.Die Statorbaugruppe kann zusätzlich mit Epoxidharzen oder Lacken imprägniert werden, was die Integrität der Struktur gewährleistet (ein Verrutschen der Windungen verhindert) und ihre elektrischen Isoliereigenschaften verbessert.
Der Stator ist starr im Generatorgehäuse montiert. Die heute am häufigsten verwendete Bauform ist die, bei der der Statorkern als Karosserieteil fungiert.Die Umsetzung ist einfach: Der Stator wird zwischen zwei Deckeln des Generatorgehäuses eingespannt, die mit Bolzen festgezogen werden – ein solches „Sandwich“ ermöglicht kompakte Bauformen mit effizienter Kühlung und einfacher Wartung.Beliebt ist auch das Design, bei dem der Stator mit der vorderen Abdeckung des Generators kombiniert ist und die hintere Abdeckung abnehmbar ist und Zugang zu Rotor, Stator und anderen Teilen bietet.
Arten und Eigenschaften von Statoren
Die Statoren der Generatoren unterscheiden sich in der Anzahl und Form der Nuten, dem Schema der Wicklungsverlegung in den Nuten, dem Schaltplan der Wicklungen und den elektrischen Eigenschaften.
Je nach Anzahl der Nuten für die Wicklungswindungen gibt es zwei Arten von Statoren:
• Mit 18 Steckplätzen;
• Mit 36 Steckplätzen.
Heutzutage wird am häufigsten das 36-Slot-Design verwendet, da es eine bessere elektrische Leistung bietet.Generatoren mit Statoren mit 18 Rillen sind heute in einigen inländischen Autos früherer Versionen zu finden.
Je nach Form der Nuten gibt es drei Arten von Statoren:
• Bei offenen Nuten – Nuten mit rechteckigem Querschnitt – ist eine zusätzliche Fixierung der Wicklungswindungen erforderlich;
• Mit halbgeschlossenen (keilförmigen) Nuten – die Nuten verjüngen sich nach oben, so dass die Wicklungsspulen durch Einlegen von Isolierkeilen oder Cambrics (PVC-Rohren) fixiert werden;
• Mit halbgeschlossenen Nuten für Wicklungen mit Einzelwindungsspulen – die Nuten haben einen komplexen Querschnitt zum Verlegen von ein oder zwei Windungen von Draht mit großem Durchmesser oder Draht in Form eines breiten Bandes.
Gemäß dem Wicklungsverlegungsschema gibt es drei Arten von Statoren:
• Mit einer Schleifenschaltung (Schleifenverteilung) – der Draht jeder Wicklung wird in die Nuten des Kerns mit Schleifen gelegt (normalerweise wird eine Windung in Schritten von zwei Nuten verlegt, die Windungen der zweiten und dritten Wicklung werden in diese Nuten gelegt). - so erhalten die Wicklungen die nötige Verschiebung, um einen dreiphasigen Wechselstrom zu erzeugen);
• Mit einem wellenkonzentrierten Stromkreis – der Draht jeder Wicklung wird in Wellen in die Nuten gelegt und umgeht sie von einer Seite zur anderen, und in jeder Nut befinden sich zwei Windungen einer Wicklung, die in eine Richtung gerichtet sind;
• Bei einem wellenverteilten Stromkreis ist der Draht ebenfalls wellenförmig verlegt, die Windungen einer Wicklung in den Rillen sind jedoch in unterschiedliche Richtungen gerichtet.
Bei jeder Stapelung hat jede Wicklung sechs Windungen, die über den Kern verteilt sind.
Unabhängig von der Art der Drahtverlegung gibt es zwei Schemata zum Anschließen der Wicklungen:
• „Stern“ – in diesem Fall sind die Wicklungen parallel geschaltet (die Enden aller drei Wicklungen sind an einem (Null-)Punkt verbunden und ihre Anfangsklemmen sind frei);
• „Dreieck“ – in diesem Fall sind die Wicklungen in Reihe geschaltet (der Anfang einer Wicklung mit dem Ende der anderen).
Bei der Verbindung der Wicklungen mit einem „Stern“ wird ein höherer Strom beobachtet, diese Schaltung wird bei Generatoren mit einer Leistung von nicht mehr als 1000 Watt verwendet, die bei niedrigen Drehzahlen effizient arbeiten.Beim Anschluss der Wicklungen mit einem „Dreieck“ wird der Strom reduziert (1,7-fach im Vergleich zum „Stern“), Generatoren mit einem solchen Anschlussschema arbeiten jedoch bei hohen Leistungen besser und ein Leiter mit kleinerem Querschnitt kann sein für ihre Wicklungen verwendet.
Anstelle eines „Dreiecks“ wird häufig eine „Doppelstern“-Schaltung verwendet, wobei der Stator nicht drei, sondern sechs Wicklungen haben sollte – drei Wicklungen sind durch einen „Stern“ verbunden und zwei „Sterne“ sind miteinander verbunden die Last parallel.
Bezüglich der Leistung kommt es bei Statoren vor allem auf die Nennspannung, Leistung und den Nennstrom in den Wicklungen an.Entsprechend der Nennspannung werden Statoren (und Generatoren) in zwei Gruppen eingeteilt:
• Mit einer Wicklungsspannung von 14 V – für Fahrzeuge mit einer Bordnetzspannung von 12 V;
• Mit einer Spannung in den Wicklungen von 28 V – für Geräte mit einer Bordnetzspannung von 24 V.
Der Generator erzeugt eine höhere Spannung, da im Gleichrichter und Stabilisator zwangsläufig ein Spannungsabfall auftritt und am Eingang zum Bordnetz bereits eine normale Spannung von 12 oder 24 V beobachtet wird.
Die meisten Generatoren für Pkw, Traktoren, Busse und andere Geräte haben einen Nennstrom von 20 bis 60 A, für Pkw reichen 30–35 A, für Lkw 50–60 A, es werden Generatoren mit einem Strom von bis zu 150 A oder mehr produziert für schweres Gerät.
Funktionsprinzip des Generatorstators
Der Betrieb des Stators und des gesamten Generators basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion – dem Auftreten von Strom in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt oder in einem magnetischen Wechselfeld ruht.In Autogeneratoren kommt das zweite Prinzip zum Einsatz: Der Leiter, in dem der Strom entsteht, ruht und das Magnetfeld ändert sich ständig (rotiert).
Wenn der Motor startet, beginnt sich der Rotor des Generators zu drehen, gleichzeitig wird Spannung von der Batterie an seine Erregerwicklung angelegt.Der Rotor verfügt über einen mehrpoligen Stahlkern, der bei Bestromung der Wicklung zu einem Elektromagneten wird bzw. der rotierende Rotor ein magnetisches Wechselfeld erzeugt.Die Feldlinien dieses Feldes schneiden den Stator, der sich um den Rotor herum befindet.Der Statorkern verteilt das Magnetfeld auf eine bestimmte Weise, seine Kraftlinien kreuzen die Windungen der Arbeitswicklungen – durch elektromagnetische Induktion wird in ihnen ein Strom erzeugt, der von den Anschlüssen der Wicklung entfernt wird und in den Gleichrichter gelangt. Stabilisator und das Bordnetz.
Bei einer Erhöhung der Motordrehzahl wird ein Teil des Stroms von der Arbeitswicklung des Stators der Feldwicklung des Rotors zugeführt – der Generator geht also in den Selbsterregungsmodus und benötigt keine Stromquelle eines Drittanbieters mehr.
Im Betrieb erfährt der Stator des Generators Erwärmung und elektrische Belastungen, zudem ist er negativen Umwelteinflüssen ausgesetzt.Dies kann mit der Zeit zu einer Verschlechterung der Isolierung zwischen den Wicklungen und einem Stromausfall führen.In diesem Fall muss der Stator repariert oder komplett ausgetauscht werden.Bei regelmäßiger Wartung und rechtzeitigem Austausch des Stators leistet der Generator zuverlässig seinen Dienst und versorgt das Auto stabil mit elektrischer Energie.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. August 2023