Ogni veicolo moderno è dotato di un generatore elettrico che genera corrente per il funzionamento dell'impianto elettrico di bordo e di tutti i suoi dispositivi.Una delle parti principali del generatore è lo statore fisso.Leggi cos'è uno statore del generatore, come funziona e funziona in questo articolo.
Scopo dello statore del generatore
Nelle automobili moderne e in altri veicoli vengono utilizzati alternatori trifase sincroni con autoeccitazione.Un tipico generatore è costituito da uno statore fisso fissato in un alloggiamento, un rotore con un avvolgimento di eccitazione, un gruppo spazzole (che fornisce corrente all'avvolgimento di campo) e un'unità raddrizzatore.Tutte le parti sono assemblate in un design relativamente compatto, montato sul motore e dotato di trasmissione a cinghia dall'albero motore.
Lo statore è una parte fissa dell'alternatore di un'automobile che trasporta un avvolgimento funzionante.Durante il funzionamento del generatore, è negli avvolgimenti dello statore che si forma la corrente elettrica, che viene convertita (rettifica) e immessa nella rete di bordo.
Lo statore del generatore ha diverse funzioni:
• Trasporta un avvolgimento funzionante in cui viene generata una corrente elettrica;
• Svolge la funzione di una parte del corpo per accogliere l'avvolgimento di lavoro;
• Svolge il ruolo di un circuito magnetico per aumentare l'induttanza dell'avvolgimento di lavoro e la corretta distribuzione delle linee del campo magnetico;
• Funziona come un dissipatore di calore: rimuove il calore eccessivo dagli avvolgimenti del riscaldamento.
Tutti gli statori hanno essenzialmente lo stesso design e non differiscono in una varietà di tipi.
Progettazione dello statore del generatore
Strutturalmente, lo statore è costituito da tre parti principali:
• Nucleo ad anello;
• Avvolgimento di lavoro (avvolgimenti);
• Isolamento degli avvolgimenti.
Il nucleo è assemblato da piastre ad anello in ferro con scanalature all'interno.Dalle lamiere si forma un pacco, la rigidità e solidità della struttura è data mediante saldatura o rivettatura.Nel nucleo sono realizzate scanalature per la posa degli avvolgimenti e ogni sporgenza è un giogo (nucleo) per le spire di avvolgimento.Il nucleo è assemblato da piastre con uno spessore di 0,8-1 mm, realizzate con gradi speciali di ferro o ferroleghe con una certa permeabilità magnetica.Potrebbero essere presenti alette all'esterno dello statore per migliorare la dissipazione del calore, nonché varie scanalature o rientranze per agganciarsi all'alloggiamento del generatore.
I generatori trifase utilizzano tre avvolgimenti, uno per fase.Ciascun avvolgimento è costituito da un filo isolato in rame di grande sezione trasversale (con un diametro compreso tra 0,9 e 2 mm o più), posizionato in un certo ordine nelle scanalature del nucleo.Gli avvolgimenti hanno terminali da cui viene rimossa la corrente alternata, solitamente il numero di pin è tre o quattro, ma esistono statori con sei terminali (ciascuno dei tre avvolgimenti ha i propri terminali per effettuare collegamenti di un tipo o dell'altro).
Nelle scanalature del nucleo è presente un materiale isolante che protegge l'isolamento del filo da eventuali danni.Inoltre, in alcuni tipi di statori, è possibile inserire cunei isolanti nelle scanalature, che fungono inoltre da fissatore per le spire dell'avvolgimento.Il gruppo statore può inoltre essere impregnato con resine epossidiche o vernici, che garantiscono l'integrità della struttura (impediscono lo spostamento delle spire) e ne migliorano le proprietà di isolamento elettrico.
Lo statore è montato rigidamente nell'alloggiamento del generatore e oggi il design più comunemente utilizzato prevede che il nucleo dello statore funga da parte del corpo.Questo è implementato semplicemente: lo statore è bloccato tra due coperchi dell'alloggiamento del generatore, che sono serrati con prigionieri: un tale "sandwich" consente di creare strutture compatte con raffreddamento efficiente e facilità di manutenzione.Anche il design è popolare, in cui lo statore è combinato con la copertura anteriore del generatore e la copertura posteriore è rimovibile e fornisce l'accesso al rotore, allo statore e ad altre parti.
Tipi e caratteristiche degli statori
Gli statori dei generatori differiscono per numero e forma delle scanalature, schema di posa degli avvolgimenti nelle scanalature, schema elettrico degli avvolgimenti e caratteristiche elettriche.
A seconda del numero di scanalature per le spire degli avvolgimenti, gli statori sono di due tipi:
• Con 18 slot;
• Con 36 slot.
Oggi, il design a 36 slot è quello più comunemente utilizzato, poiché fornisce prestazioni elettriche migliori.I generatori con statori con 18 scanalature oggi possono essere trovati su alcune auto domestiche delle prime versioni.
A seconda della forma delle scanalature, gli statori sono di tre tipi:
• Con scanalature aperte - scanalature di sezione rettangolare, richiedono un fissaggio aggiuntivo delle spire di avvolgimento;
• Con scanalature semichiuse (a cuneo) - le scanalature sono rastremate verso l'alto, per cui le spire di avvolgimento vengono fissate mediante l'inserimento di cunei isolanti o cambrics (tubi in PVC);
• Con scanalature semichiuse per avvolgimenti con bobine a spira singola: le scanalature hanno una sezione trasversale complessa per la posa di una o due spire di filo di grande diametro o filo sotto forma di un nastro largo.
Secondo lo schema di posa degli avvolgimenti, gli statori sono di tre tipi:
• Con un circuito ad anello (distribuito ad anello) - il filo di ciascun avvolgimento è posizionato nelle scanalature del nucleo con anelli (di solito una spira viene posata con incrementi di due scanalature, le spire del secondo e del terzo avvolgimento sono posizionate in queste scanalature - così gli avvolgimenti acquisiscono lo spostamento necessario per generare una corrente alternata trifase);
• Con un circuito concentrato d'onda: il filo di ciascun avvolgimento viene posizionato nelle scanalature in onde, aggirandole da un lato all'altro, e in ciascuna scanalatura ci sono due spire di un avvolgimento dirette in una direzione;
• Con un circuito distribuito a onde: anche il filo è posato in onde, ma le spire di un avvolgimento nelle scanalature sono dirette in direzioni diverse.
Per qualsiasi tipo di impilamento, ogni avvolgimento ha sei spire distribuite sul nucleo.
Indipendentemente dal metodo di posa del filo, esistono due schemi per il collegamento degli avvolgimenti:
• "Stella" - in questo caso gli avvolgimenti sono collegati in parallelo (le estremità di tutti e tre gli avvolgimenti sono collegate in un punto (zero) e i loro terminali iniziali sono liberi);
• "Triangolo" - in questo caso gli avvolgimenti sono collegati in serie (l'inizio di un avvolgimento con la fine dell'altro).
Quando si collegano gli avvolgimenti con una "stella", si osserva una corrente più elevata, questo circuito viene utilizzato su generatori con una potenza non superiore a 1000 watt, che funzionano in modo efficiente a basse velocità.Quando si collegano gli avvolgimenti con un "triangolo", la corrente viene ridotta (1,7 volte rispetto alla "stella"), tuttavia, i generatori con tale schema di connessione funzionano meglio a potenze elevate e un conduttore di sezione trasversale più piccola può essere utilizzati per i loro avvolgimenti.
Spesso, invece di un "triangolo", viene utilizzato un circuito a "doppia stella", nel qual caso lo statore non dovrebbe avere tre, ma sei avvolgimenti: tre avvolgimenti sono collegati da una "stella" e due "stelle" sono collegate a il carico in parallelo.
In termini di prestazioni, per gli statori, la cosa più importante è la tensione nominale, la potenza e la corrente nominale negli avvolgimenti.In base alla tensione nominale, gli statori (e i generatori) si dividono in due gruppi:
• Con tensione di avvolgimento di 14 V - per veicoli con tensione di rete di bordo di 12 V;
• Con una tensione negli avvolgimenti di 28 V - per apparecchiature con una tensione di rete di bordo di 24 V.
Il generatore produce una tensione più elevata, poiché inevitabilmente si verifica una caduta di tensione nel raddrizzatore e nello stabilizzatore e all'ingresso della rete elettrica di bordo si osserva già una tensione normale di 12 o 24 V.
La maggior parte dei generatori per automobili, trattori, autobus e altre attrezzature hanno una corrente nominale da 20 a 60 A, per le automobili sono sufficienti 30-35 A, per i camion 50-60 A, vengono prodotti generatori con una corrente fino a 150 o più A per attrezzature pesanti.
Principio di funzionamento dello statore del generatore
Il funzionamento dello statore e dell'intero generatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica: la presenza di corrente in un conduttore che si muove in un campo magnetico o riposa in un campo magnetico alternato.Nei generatori di automobili viene utilizzato il secondo principio: il conduttore in cui si forma la corrente è a riposo e il campo magnetico cambia costantemente (rotante).
Quando il motore si avvia, il rotore del generatore inizia a ruotare, allo stesso tempo la tensione viene fornita dalla batteria al suo avvolgimento eccitante.Il rotore ha un nucleo multipolare in acciaio che, quando viene applicata corrente all'avvolgimento, diventa un elettromagnete, rispettivamente, il rotore rotante crea un campo magnetico alternato.Le linee di campo di questo campo intersecano lo statore situato attorno al rotore.Il nucleo dello statore distribuisce il campo magnetico in un certo modo, le sue linee di forza attraversano le spire degli avvolgimenti di lavoro - a causa dell'induzione elettromagnetica, in essi viene generata una corrente, che viene rimossa dai terminali dell'avvolgimento, entra nel raddrizzatore, stabilizzatore e la rete di bordo.
Con un aumento della velocità del motore, parte della corrente proveniente dall'avvolgimento di lavoro dello statore viene alimentata all'avvolgimento di campo del rotore, quindi il generatore entra in modalità di autoeccitazione e non necessita più di una fonte di corrente di terze parti.
Durante il funzionamento, lo statore del generatore è sottoposto a riscaldamento e carichi elettrici ed è anche esposto a influssi ambientali negativi.Con il passare del tempo ciò può portare al deterioramento dell'isolamento tra gli avvolgimenti e al guasto elettrico.In questo caso, lo statore deve essere riparato o completamente sostituito.Con una manutenzione regolare e una sostituzione tempestiva dello statore, il generatore funzionerà in modo affidabile, fornendo stabilmente energia elettrica all'auto.
Orario di pubblicazione: 24 agosto 2023