Vsako sodobno vozilo je opremljeno z električnim generatorjem, ki ustvarja tok za delovanje vgrajenega električnega sistema in vseh njegovih naprav.Eden od glavnih delov generatorja je fiksni stator.O tem, kaj je stator generatorja, kako deluje in deluje, preberite v tem članku.
Namen statorja generatorja
V sodobnih avtomobilih in drugih vozilih se uporabljajo sinhroni trifazni alternatorji s samovzbujanjem.Tipičen generator je sestavljen iz fiksnega statorja, pritrjenega v ohišje, rotorja z vzbujalnim navitjem, sklopa ščetk (ki dovaja tok v navitje polja) in usmerniške enote.Vsi deli so sestavljeni v razmeroma kompaktno konstrukcijo, ki je nameščena na motorju in ima jermenski pogon ročične gredi.
Stator je fiksni del avtomobilskega alternatorja, ki nosi delovno navitje.Med delovanjem generatorja se v navitjih statorja pojavi električni tok, ki se pretvori (popravi) in napaja v omrežje na vozilu.
Stator generatorja ima več funkcij:
• Nosi delovno navitje, v katerem se generira električni tok;
• Opravlja funkcijo dela telesa za namestitev delovnega navitja;
• igra vlogo magnetnega vezja za povečanje induktivnosti delovnega navitja in pravilne porazdelitve silnic magnetnega polja;
• Deluje kot odvod toplote – odvaja odvečno toploto iz grelnih navitij.
Vsi statorji imajo v bistvu enako zasnovo in se ne razlikujejo po vrstah.
Zasnova statorja generatorja
Strukturno je stator sestavljen iz treh glavnih delov:
• Jedro obroča;
• Delovno navitje (navitja);
• Izolacija navitij.
Jedro je sestavljeno iz železnih obročastih plošč z utori na notranji strani.Iz plošč se oblikuje paket, togost in trdnost konstrukcije se daje z varjenjem ali kovičenjem.V jedru so narejeni utori za polaganje navitij, vsaka štrlina pa je jarem (jedro) za zavoje navitij.Jedro je sestavljeno iz plošč debeline 0,8-1 mm, izdelanih iz posebnih vrst železa ali ferozlitin z določeno magnetno prepustnostjo.Na zunanji strani statorja so lahko rebra za izboljšanje odvajanja toplote, pa tudi različni utori ali vdolbine za priključitev na ohišje generatorja.
Trifazni generatorji uporabljajo tri navitja, eno na fazo.Vsako navitje je izdelano iz bakrene izolirane žice velikega preseka (s premerom od 0,9 do 2 mm ali več), ki je nameščena v določenem vrstnem redu v utorih jedra.Navitja imajo sponke, iz katerih je odstranjen izmenični tok, običajno je število zatičev tri ali štiri, vendar obstajajo statorji s šestimi sponkami (vsak od treh navitij ima svoje sponke za povezovanje ene ali druge vrste).
V utorih jedra je izolacijski material, ki ščiti izolacijo žice pred poškodbami.Prav tako je pri nekaterih vrstah statorjev mogoče v utore vstaviti izolacijske zagozde, ki dodatno delujejo kot fiksator za zavoje navitja.Statorski sklop je lahko dodatno impregniran z epoksidnimi smolami ali laki, kar zagotavlja celovitost konstrukcije (preprečuje premik ovojev) in izboljša njegove elektroizolacijske lastnosti.
Stator je togo nameščen v ohišju generatorja, danes pa je najpogosteje uporabljena izvedba, pri kateri statorsko jedro deluje kot del telesa.To se izvaja preprosto: stator je vpet med dvema pokrovoma ohišja generatorja, ki sta zategnjena s čepi - takšen "sendvič" vam omogoča ustvarjanje kompaktnih modelov z učinkovitim hlajenjem in enostavnim vzdrževanjem.Priljubljena je tudi zasnova, pri kateri je stator kombiniran s sprednjim pokrovom generatorja, zadnji pokrov pa je odstranljiv in omogoča dostop do rotorja, statorja in drugih delov.
Vrste in značilnosti statorjev
Statorji generatorjev se razlikujejo po številu in obliki utorov, shemi polaganja navitij v utore, shemi ožičenja navitij in električnih značilnostih.
Glede na število utorov za zavoje navitij so statorji dveh vrst:
• Z 18 režami;
• S 36 režami.
Danes je najpogosteje uporabljen dizajn s 36 režami, saj zagotavlja boljše električne zmogljivosti.Generatorji s statorji z 18 utori so danes na nekaterih domačih avtomobilih zgodnjih izdaj.
Glede na obliko utorov so statorji treh vrst:
• Z odprtimi utori - utori pravokotnega prereza zahtevajo dodatno pritrditev zavojev navitja;
• s polzaprtimi (klinastimi) utori - utori so zoženi navzgor, zato se navitja fiksirajo z vstavljanjem izolacijskih klinov ali kambrikov (PVC cevi);
• S polzaprtimi utori za navitja z enovojnimi tuljavami - utori imajo zapleten prečni prerez za polaganje enega ali dveh zavojev žice velikega premera ali žice v obliki širokega traku.
Glede na shemo polaganja navitij so statorji treh vrst:
• Z zanko (porazdeljeno zanko) vezje - žica vsakega navitja je nameščena v utore jedra z zankami (običajno je en zavoj položen v korakih dveh utorov, zavoji drugega in tretjega navitja so nameščeni v teh utorih - tako navitja pridobijo premik, potreben za ustvarjanje trifaznega izmeničnega toka);
• Z valovno koncentriranim vezjem - žica vsakega navitja je nameščena v utore v valovih, jih obide z ene strani na drugo, v vsakem utoru pa sta dva zavoja enega navitja, usmerjena v eno smer;
• Z valovno porazdeljenim vezjem - žica je položena tudi v valovih, vendar so zavoji enega navitja v utorih usmerjeni v različnih smereh.
Za katero koli vrsto zlaganja ima vsako navitje šest ovojev, porazdeljenih po jedru.
Ne glede na način polaganja žice obstajata dve shemi za povezovanje navitij:
• "Zvezda" - v tem primeru so navitja povezana vzporedno (konci vseh treh navitij so povezani v eni (ničelni) točki, njihovi začetni priključki pa so prosti);
• "Trikotnik" - v tem primeru so navitja povezana zaporedno (začetek enega navitja s koncem drugega).
Pri povezovanju navitij z "zvezdo" opazimo večji tok, to vezje se uporablja na generatorjih z močjo največ 1000 vatov, ki učinkovito delujejo pri nizkih vrtljajih.Pri povezovanju navitij s "trikotnikom" se tok zmanjša (1,7-krat glede na "zvezdo"), vendar generatorji s takšno povezovalno shemo bolje delujejo pri velikih močeh, vodnik manjšega prereza pa je lahko uporabljajo za njihova navitja.
Pogosto se namesto "trikotnika" uporablja vezje "dvojna zvezda", v tem primeru pa stator ne sme imeti treh, ampak šest navitij - tri navitja so povezana z "zvezdo", dve "zvezdi" pa sta povezani z obremenitev vzporedno.
Z vidika zmogljivosti je za statorje najpomembnejša nazivna napetost, moč in nazivni tok v navitjih.Glede na nazivno napetost delimo statorje (in generatorje) v dve skupini:
• Z napetostjo navitja 14 V - za vozila z napetostjo vgrajenega omrežja 12 V;
• Z napetostjo v navitjih 28 V - za opremo z omrežno napetostjo 24 V.
Generator proizvaja višjo napetost, saj v usmerniku in stabilizatorju neizogibno pride do padca napetosti, na vhodu v električno omrežje na vozilu pa že opazimo normalno napetost 12 ali 24 V.
Večina generatorjev za avtomobile, traktorje, avtobuse in drugo opremo ima nazivni tok od 20 do 60 A, za avtomobile zadostuje 30-35 A, za tovorna vozila 50-60 A, proizvajajo se generatorji s tokom do 150 A ali več za težko opremo.
Načelo delovanja statorja generatorja
Delovanje statorja in celotnega generatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije – pojavu toka v vodniku, ki se giblje v magnetnem polju ali miruje v izmeničnem magnetnem polju.V avtomobilskih generatorjih se uporablja drugo načelo - prevodnik, v katerem nastane tok, miruje, magnetno polje pa se nenehno spreminja (vrti).
Ko se motor zažene, se rotor generatorja začne vrteti, hkrati pa se napetost iz akumulatorja napaja v njegovo vznemirljivo navitje.Rotor ima večpolno jekleno jedro, ki ob dovajanju toka na navitje postane elektromagnet, oziroma vrtljivi rotor ustvarja izmenično magnetno polje.Polne črte tega polja sekajo stator, ki se nahaja okoli rotorja.Statorsko jedro na določen način porazdeli magnetno polje, njegove silnice prečkajo zavoje delovnih navitij - zaradi elektromagnetne indukcije se v njih ustvari tok, ki se odstrani iz sponk navitja, vstopi v usmernik, stabilizator in omrežje na vozilu.
S povečanjem števila vrtljajev motorja se del toka iz delovnega navitja statorja napaja v navitje polja rotorja - tako generator preide v način samovzbujanja in ne potrebuje več tokovnega vira drugega proizvajalca.
Stator generatorja med delovanjem doživlja toplotne in električne obremenitve, izpostavljen pa je tudi negativnim vplivom okolja.Sčasoma lahko to privede do poslabšanja izolacije med navitji in električne okvare.V tem primeru je treba stator popraviti ali popolnoma zamenjati.Z rednim vzdrževanjem in pravočasno zamenjavo statorja bo generator deloval zanesljivo in stabilno oskrboval avto z električno energijo.
Čas objave: 24. avgusta 2023