Для питания бортовой сети транспортного средства предусмотрено два источника тока. И водителю очень важно разбираться в принципах работы автомобильного генератора, который наряду с аккумуляторной батареей, предназначен для обеспечения энергией электрооборудования машины.
К надёжности и стабильности устройств такого рода предъявляются жесткие требования.
В Российской Федерации производимое и используемое электрооборудование должно соответствовать ГОСТ Р 52230-2004. Документ устанавливает общие технические условия, которые распространяются и на стартерные аккумуляторы автомобилей. Упомянутый национальный стандарт полностью соответствует международным нормативам, что позволяет использовать на отечественных машинах компоненты иностранного производства.
На заре автомобилестроения и вплоть до 60-х годов прошлого века в бортовых сетях использовались генераторы постоянного тока - капризные и маломощные. С появлением полупроводниковых (селеновых и кремниевых) выпрямителей на машины стали ставить агрегаты переменного тока. Они втрое меньше по массе и при той же нагрузке обеспечивают более высокую стабильность выходного тока.
Для чего в автомобиле нужен генератор?
Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:
- Заряда аккумулятора.
- Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
- Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.
Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.
Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.
Устройство и конструкция автомобильного генератора
Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2-х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2-х видов одинаково - они состоят из следующих элементов:
- Шкива с валом и подшипниками.
- Ротора с контактными кольцами.
- Обмоток статора.
- Корпуса генератора.
- Регулятора напряжения.
- Выпрямительного устройства.
- Щеточного узла.
Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий.
Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:
- Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
- Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
- Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
- Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
- Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение - управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
- Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
- Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.
Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.
Основные параметры генератора
Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:
- Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
- Ток отдачи.
- Частота возбуждения и самовозбуждения.
Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин - 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1.
Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата - КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.
Как работает автомобильный генератор?
Устройство начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который запитывается напрямую от аккумуляторной батареи. Ключевой принцип работы генератора автомобиля состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который раскручивает через ременную передачу установленный на необслуживаемых подшипниках ротор.
Питание обмотки возбуждения, расположенной на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Для защиты батареи от саморазряда подключение производится через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Величина напряжения в этой цепи регулируется электронным или электромеханическим стабилизатором, интегрированным или выполненным в виде отдельного устройства.
Вращающийся якорь создает электромагнитные поля, которые индуцируют в обмотках статора переменный ток. Он поступает на выпрямитель, представляющий собой блок диодов. В него входят шесть вентилей: по три отрицательных и положительных. Они обеспечивают преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме «треугольника» или «звезды». В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, нежели во втором. Треугольник применяется на моделях авто повышенной мощности.
Описываемый принцип действия автомобильного генератора обеспечивает поддержание в бортовой сети напряжения в диапазоне от 13,9 до 14,5 В. Точная величина зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки. Потребители (например, аккумулятор) к электроагрегату подключаются через вывод «В+».
Для чего в генераторе регулятор напряжения?
При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.
Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.
Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.
Заключение
Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.
В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.
Автомобильный генератор, непременно входящий в состав оборудования любого транспортного средства, можно сравнить с ролью электростанции в снабжении энергией потребностей народного хозяйства.
Он является основным (при работающем двигателе) источником электроэнергии в машине и предназначен через электрические провода, опутывающие весь автомобиль изнутри, поддерживать заданное и стабилизированное напряжение электросети автомашины. Принцип работы автомобильного генератора основан на теоретическом представлении работы классического электрического генератора, трансформирующего неэлектрические виды энергии в электрическую.
В конкретном случае автомобильного генератора выработка электрической энергии происходит посредством трансформации механического вращательного движения коленчатого вала моторного агрегата.
Общий принцип работы
Теоретические предпосылки, лежащие в основе схемы функционирования электрогенераторов, базируются на широко известном случае электромагнитной индукции, трансформирующей один вид энергии (механический) в другой (электрический). Действие этого эффекта проявляется при помещении медных проводов, уложенных в виде катушки, и помещённых в магнитное поле переменной величины.
Это способствует появлению в проводах электродвижущей силы, которая приводит в движение электроны. Это движение электрических частиц порождает в , а на оконечных контактах проводов возникает электрическое напряжение, по уровню напрямую зависящее от того, с какой скоростью изменяется магнитное поле. Выработанное таким образом переменное напряжение необходимо подавать во внешнюю сеть.
В автомобильном генераторе для создания магнитного явления используются обмотки статора, в котором под воздействием поля вращается якорь ротора. На валу якоря размещены токопроводящие обмотки, подключенные к специальным контактам в виде колец. Эти кольцевые контакты также закреплены на валу и вращаются вместе с ним. С колец с помощью токопроводящих щёток и происходит съём электрического напряжения и подача выработанной энергии электропотребителям транспортного средства.
Запуск генератора осуществляется посредством приводного ремня от фрикционного колеса коленчатого вала моторного агрегата, который для начала работы запускается от аккумуляторного источника. Для обеспечения эффективной трансформации производимой энергии диаметр шкива генератора должен заметно уступать в диаметре фрикционному колесу коленвала. Это обеспечивает более высокие обороты вала генераторного агрегата. В этих условиях он функционирует с повышением своего КПД и обеспечивает повышенные токовые характеристики.
Требования
Чтобы обеспечить безопасную работу в заданном диапазоне характеристик всего комплекса электроустройств работа автомобильного генератора должна удовлетворять высоким техническим параметрам и гарантировать выработку стабильного во времени уровня напряжения.
Основным требованием к автомобильным генераторам является стабильная выработка тока с требуемыми мощностными характеристиками. Эти параметры призваны обеспечивать:
- подзарядку ;
- одновременное функционирование всего задействованного электрооборудования;
- стабильное напряжение электросети в широком диапазоне изменения частот вращения вала ротора и динамически подключаемых нагрузок;
Кроме вышеперечисленных параметров, генератор конструируется с учётом его работы в условиях критических нагрузок и должен обладать прочным корпусом, иметь при этом малую массу и приемлемые габаритные размеры, обладать невысокими и приемлемым уровнем производимых промышленных радиопомех.
Устройство и конструкция автомобильного генератора
Крепление
Генератор автомобиля можно легко обнаружить в моторном отсеке, подняв крышку капота. Там он закреплён болтами и специальными уголками к фронтальной части двигателя. На корпусе генератора размещены крепёжные лапы и натяжная проушина устройства.
Корпус
В корпусной коробке генератора установлены почти все блоки агрегата. Он производится с применением металлов лёгких сплавов на основе алюминия, который превосходно подходит для выполнения задачи по отводу тепла. Конструкция корпуса представляет собой соединение двух основных частей:
- фронтальной крышки со стороны контактных колец;
- торцевой заглушки со стороны привода;
На фронтальной крышке закреплены щётки, регулятор напряжения и выпрямительный мост. Объединение крышек в единую конструкцию корпуса происходит посредством специальных болтов.
Внутренние поверхности крышек фиксируют внешнюю поверхность статора, закрепляя его положение. Также важными конструктивными узлами корпусной конструкции являются фронтальный и тыловой подшипники, которые обеспечивают должные условия функционирования ротора и закрепляют его на крышке.
Ротор
Конструкция роторного узла состоит из схемы электромагнита с обмоткой возбуждения, смонтированной на несущем валу. Сам вал изготавливается из легированной стали дополненной свинцовыми присадками.
На вал ротора также закреплены медные контактные кольца и специальные подпружиненные щёточные контакты. Контактные кольца отвечают за подачу тока на ротор.
Статор
Статорный узел - это конструкция, состоящая из сердечника с многочисленными пазами (в большинстве используемых случаев их количество равно 36), в которые уложены витки трёх обмоток, имеющих между собой электрический контакт или по схеме «звезда», или по схеме «треугольник». Сердечник, именуемый также магнитопроводом, изготовлен в виде полой сферической окружности из металлических пластин, стянутых между собой заклёпками или заваренных в единый монолитный блок.
Для повышения на статорных обмотках уровня напряжённости магнитного поля в процессе производства этих пластин используется трансформаторное железо с усиленными магнитными параметрами.
Регулятор напряжения
Этот электронный узел разработан для компенсации нестабильности вращения роторного вала, который соединён с коленвалом силового агрегата автомобиля, функционирующего в широком интервале изменения числа оборотов. Регулятор напряжения подключен к графитовым токосъёмникам и способствует стабилизации заданного постоянного выходного напряжения, поступающего в электросеть машины. Этим он гарантирует бесперебойную эксплуатацию электрооборудования.
По своему конструкторскому решению регуляторы подразделяются на две группы:
- дискретные;
- интегральные;
К первому типу относятся электронные блоки, на конструктивной плате которых смонтированы радиоэлементы, разработанные с применением дискретной (корпусной) технологии, отличающейся неоптимальной плотностью компоновки элементов.
Ко второму типу относится большинство современных электронных блоков регулировки напряжения, разработанных с учётом интегрального способа компоновки радиоэлементов, изготовленных на основе тонкоплёночной микроэлектронной технологии.
Выпрямитель
Ввиду того что для правильного функционирования бортовых приборов требуется постоянное напряжение, выход генератора запитывает сеть автомашины через электронный узел, собранный на мощных выпрямительных диодах.
Этот 3-фазный выпрямитель, состоящий из шести полупроводниковых диодов, три из которых подключены на минусовый вывод («массу»), а три других подсоединены к плюсовому контакту генератора, предназначен для трансформации переменного напряжения в постоянное. Физически блок выпрямителя состоит из подковообразного металлического теплоотвода с размещёнными на нём выпрямительными диодами.
Щёточный узел
Этот узел имеет вид пластмассовой конструкции и сконструирован для передачи напряжения на контактные кольца. Содержит внутри корпуса несколько элементов, главные из которых - подпружиненные щёточные скользящие контакты. Они бывают двух модификаций:
- электрографитные;
- меднографитные (более износостойкие).
Конструктивно щёточный узел зачастую изготавливается в одном блоке с регулятором напряжения.
Система охлаждения
Отвод избыточного тепла, которое образуется внутри корпуса генератора, обеспечивают вентиляторы, закреплённые на его валу ротора. Генераторы, у которых щётки, регулятор напряжения и выпрямительный блок вынесены наружу, за пределы его корпуса и защищённые специальным кожухом, забирают свежий воздух через специальные охлаждающие щели в нём.
Крыльчатка внешнего охлаждения генератора
Устройство классической конструкции, с размещением вышеупомянутых узлов внутри генераторного корпуса, обеспечивают поступление свежего воздушного потока со стороны контактных колец.
Режимы работы
Для уяснения принципа работы автомобильного генератора необходимо представлять и режимы его эксплуатации.
- начальный период запуска двигателя;
- рабочий режим двигателя.
В первоначальный момент запуска двигателя основным и единственным потребителем, расходующим электрическую энергию, является стартёр. Генератор ещё не участвует в процессе выработки энергии, и поступление электроэнергии в этот момент предоставляет только аккумулятор. Ввиду того что сила потребляемого тока при этой схеме очень велика и может достигать сотен ампер, интенсивно расходовать запасённую ранее электрическую энергию.
После окончания процесса запуска двигатель выходит на рабочий режим, а генератор при этом становится полноправным поставщиком электропитания. Он вырабатывает ток, необходимый для функционирования различного электрооборудования, подключающегося в работу. Вместе с этой функцией генератор производит заряд аккумулятора при работающем двигателе.
После набора аккумулятором необходимого , необходимость в процессе подзарядки уменьшается, потребление тока заметно падает, а генератор продолжает поддерживать работу только электрооборудования. По мере подключения в работу других ресурсоёмких потребителей электроэнергии, мощности генератора в отдельные моменты времени может не хватать для обеспечения суммарной нагрузки и тогда в общую работу включается аккумулятор, работа которого в этом режиме характеризуется при этом быстрой потерей заряда.
Заключение
Автомобильный генератор сконструирован и рассчитан на электропитание штатных электроприборов и трансформацией механической энергии коленвала силового агрегата в электрическую.
Генератор располагается под капотом на фронтальной части двигателя. Конструкция генератора содержит в себе основные узлы - корпус, статор, ротор, подшипники, регулятор напряжения, выпрямительный мост, щёточный узел и вентиляторы.
Для того чтобы обеспечить нормальную работу автомобиля необходим автогенератор. Это устройство позволяет преобразовать энергию движения в электрический ток.
Как выглядит автомобильный генератор
Генератор тока необходим для электропитания светотехнической продукции, зарядки АКБ (аккумуляторной батареи), измерительных приборов, подключения бортового компьютера и др.
Генератор постоянного тока
Первыми для автомобилей были применены генераторы постоянного тока , которые обладали массой недостатков. Внедрение новых выпрямителей нового типа (кремниевых и селеновых) позволило применять для транспорта генераторы переменного тока, которые позволили повысить эффективность установки и обеспечить большую мощность при одинаковом входном токе.
Как выглядит современный генератор
На автотранспорте, производившемся до середины 60-х гг. ХХ века применяли генераторы постоянного тока.
Главным недостатком устройств являлся быстрый выход из строя оборудования, несовершенная схема подключения, малая мощность установки, необходимость постоянного контроля и обслуживания оборудования, притом, что выходная мощность была незначительна.
Электрическая схема авто включает в себя реле регулятора напряжения. В статоре расположена обмотка возбуждения, которая соединяется параллельно с силовой обмоткой (на якоре генератора) пружинными щётками.
Общий вид регулятора напряжения
Устройство и принцип работы генератора
- Статор трёхобмоточный (звезда).
- Ротор с обмоткой возбуждения. Ток на него подаётся посредством подключения контактных колец и щёток.
- Выпрямительный щит состоит из 6 полупроводниковых диодов. Преобразовывает ток в постоянный, и направляет в электрическую сеть автомобиля. Выполняет также функцию реле обратного тока.
- Стабилизатор напряжения. Позволяет контролировать значение токовых нагрузок на обмотках возбуждения, т. е. стабилизирует уровень напряжения в устройстве. Обычно выполнен в одном корпусе. Схема выполняется в трёх вариантах: бесконтактные (исключено электромагнитное реле; регулировка переменного тока осуществляется электронным ключом); контактно-транзисторные (управление осуществляется транзисторами); вибрационные (контроль осуществляется электромагнитным реле).
- Реле включения индикации работы генератора переменного тока. Работает от 2-х фаз источника либо от нуля выпрямителя.
Вид пружинной щёточки
Токовые ограничители не предусмотрены, т. к. схема включает в себя самоограничительные элементы.
Преимущества:
- уменьшение габаритов генераторов автомобилей;
- высокая надёжность и безаварийность.
- получение генераторов большей мощности в сравнении с моделями на постоянном токе.
Реле регулятора
Устройство состоит из трёх основных элементов:
- ОТ (ограничитель тока) – составная часть реле, которая контролирует ток. При превышении постоянного тока выше заданного происходит отключение устройства. Включается в схему последовательно между генератором и выходным напряжением.Принцип работы: реле срабатывает при достижении постоянного тока заданного значения. Затем происходит подключение в электроцепь дополнительного сопротивления для уменьшения токовой нагрузки.
При отключённой нагрузке ОТ поддерживает параметры АКБ на одном уровне. Выход тока за верхнее предельное значение сопровождается разрядкой АКБ.
- СН (Стабилизатор напряжения). Контролирует мощность магнитного потока на обмотке возбуждения статора. По достижении максимального значения напряжения срабатывает защита и в электроцепь включается дополнительное сопротивление, за счёт которого происходит снижение потенциала.
Стабилизатор напряжения, необходимый для контроля мощности магнитного потока
При понижении напряжения ниже рабочего реле исключает одно или несколько сопротивлений (посредством шунтов) и ток начинает повышаться.
- РОТ (реле обратного тока). Устройство необходимо для автоматического включения и отключения генератора от внешней нагрузки при понижении (превышении) напряжения внешней цепи АКБ. Отсутствие РОТ влечёт за собой перегрев обмоток и бесконтрольную разрядку аккумуляторов.
Для полного контроля работы генератора электрическая схема дополнена реле включения лампы, которое сигнализирует о низком напряжении на обмотках и малой ёмкости аккумулятора.
ОТ и регулятор напряжения не могут работать одновременно. После достижения критической величины начинает работать ограничитель переменного тока.
Автогенератор на переменном токе
Работа основана на действии электромагнитной индукции – вращении постоянного магнита в прямоугольном поле.
Виды по конструктивным особенностям:
- С вращающимися магнитными полюсами при неподвижном статоре. Нашли широкое применение за счёт отсутствия необходимости компенсировать токи большой величины на роторе.
- Модели с неподвижным магнитным полем и подвижным якорем. Менее распространены из-за малой эффективности.
По типу возбуждения:
- Возбуждение от постоянных магнитов.
- Возбуждение осуществляется выпрямленным током. В конструкции отсутствуют щётки.
- Возбуждение осуществляется от первичного маломощного генератора, установленного на одном валу с основным.
- Питание обмотки возбуждения от автономного источника электрического тока, аккумуляторных батарей и др.
По количеству фаз: одно-, двух- и трёхфазные.
Каждое устройство содержит ротор, отлитый цельно из металла. Наконечники ротора изготовляют из листовой стали. Для обеспечения нормальной работы процесса магнитной индукции необходимо выдержать зазор.
На сердечники насажены катушки возбуждения, которые работают на постоянном токе. Подача переменного тока на автогенераторах переменного тока осуществляется за счёт щёток или контактных колец.
В современных моделях применяются генераторы на переменном токе. Выпрямитель выполнен в виде встроенного полупроводника.
Устройство и принцип работы автомобильного генератора
Основным узлом, какой приводит в действие механизм автомобиля, является автогенератор. Агрегат позволяет получить электрическую энергию за счёт преобразования механической. Обязательным элементом электросистемы автомобиля является реле регулятора напряжения, какой осуществляет контроль параметров системы.
Задачи регулятора напряжения:
- Стабилизировать потенциал в сети при разбросе частоты вращения.
- Исключить бесконтрольную разрядку аккумуляторной батареи. Низкое значение потенциала вызывает недозаряд, повышенное значение провоцирует быстрый выход из строя АКБ.
Устройство генератора постоянного тока:
- Корпус. Открывается с двух сторон: со стороны контактных колец – задняя (в ней размещены подшипники и закреплён статор, находятся щётки и др. узлы, которые отвечают за выработку и контроль электрической энергии), передняя – со стороны шкива (присоединена к механической части автомобиля).
- Статор. Цилиндрическая оболочка из листовой стали, в которой расположена трёхфазная обмотка. Этот узел вырабатывает электрическую энергию.
- Ротор клювообразной формы, внутри которой расположены две втулки. В пространстве между ними находится обмотка возбуждения, напрямую присоединённая к медным контактным кольцам (цилиндрической формы).
- Реле регулятора напряжения, необходимо для регулировки токовой нагрузки на автогенератор.
- Шкив – устройство передачи механической энергии к генератору ременной передачи.
- Выпрямители шестидиодные, которые распределены в двух группах, соединённых по три в положительный и отрицательный теплоотводы.
- Подпружиненные щётки.
- Защитная крышка.
Как выглядит шкив авто
Автогенератор переменного тока отличается габаритами, местом установки основных узлов и качеством. Схема и принцип работы генератор и составные части для всех моделей идентичны.
Автогенератор в сельской технике:
- В тракторах не предусмотрена установка АКБ, поэтому на них устанавливают генераторы переменного тока с возбуждением на постоянных магнитах. На первых моделях применялись автогенераторы постоянного тока, которые запускались вручную. Реле регулятора напряжения был установлен на всех моделях.
При продольном устройстве двигателя автогенератор тока находится с наружной стороны картера, при поперечном – ротор закреплён на лицевой части коленчатого вала, а генератор в закрытом отсеке между коробкой передачи и картере ДВС.
- На мототехнике схема производителя тока идентична автомобильным с АКБ. Для остальных моделей предусматривались конструкции на неодимовых магнитах.
Прикуривание должно проводиться с соблюдением правил безопасности, т. к. ток стартера на автомобиле-доноре значительно превышает допустимые токовые нагрузки на подключаемом генераторе. Наиболее частыми поломками данной ситуации является выход из строя регулятора напряжения.
Чтобы избежать выход из строя оборудования необходимо отключать ДВС и высвобождать клемму «-» на АКБ.
Для нормального движения ротора без нагрузки необходимо приложить 5% номинальной мощности устройства.
Вал генератора начинает оказывать сопротивление лишь при появлении магнитного поля статора, т. к. нагрузки (включение ламп, музыкальных устройств и др.)
Необходимая величина мощности, которая обеспечит питание обмотки возбуждения генератора, составляет 5% от общей выходной нагрузки.
Электрическая машина, служащая для преобразования механической энергии в электрический ток, называется автомобильным генератором. Функция генератора, которую он выполняет в автомобиле – это зарядка батареи аккумулятора и питание электрического оборудования при двигателе, находящемся в рабочем состоянии. В качестве автомобильного генератора служит генератор переменного тока.
Располагается генератор в двигателе чаще всего в его передней части, приводится от коленного вала. На гибридных автомобилях генератор выполняет работу стартер-генератора, подобная же схема используется и в некоторых других конструкциях системы стоп-старт. В настоящее время фирмы Denso, Delphe и Bosch занимают первые места в мире по выпуску генераторов.
Существует два вида конструкций автомобильных генераторов: ком-пактная и традиционная. Отличия, характеризующие эти виды, состоят из разницы в компоновке вентилятора, разнятся устройством корпуса, выпрямительным узлом и приводным шкивом, геометрическими размерами. Общие параметры, имеющиеся в обоих видах автомобильных генераторов, это:
- Ротор;
- Статор;
- Корпус;
- Регулятор напряжения;
- Выпрямительный блок;
- Щёточный узел.
| 1 – поджимная втулка | 14 – вывод «67» |
| 2 – втулка | 15 – штекер нулевого провода |
| 3 – буферная втулка | 16 – шпилька крепления генератора |
| 4 – задняя крышка | 17 – крыльчатка вентилятора |
| 5 – винт крепления выпрямительного блока | 18 – шкив |
| 6 – выпрямительный блок | 19 – пластины |
| 7 – вентиль (диод) | 20 – кольцо |
| 8 – задний подшипник | 21 – передний подшипник |
| 9 – контактные кольца | 22 – обмотка ротора |
| 10 – вал ротора | 23 – ротор |
| 11 – щетки | 24 – обмотка статора |
| 12 – вывод «30» | 25 – статор |
| 13 – щеткодержатель | 26 – передняя крышка |
| 1 – кожух | 17 – шкив |
| 2 – вывод «В+» для подключения потребителей | 18 – гайка |
| 3 – помехоподавляющий конденсатор 2,2 мкФ | 19 – вал ротора |
| 4 – общий вывод дополнительных диодов (присоединяется к выводу «D+» регулятора напряжения) | 20 – передний подшипник вала ротора |
| 5 – держатель положительных диодов выпрямительного блока | 21 – клювообразные полюсные наконечники ротора |
| 6 – держатель отрицательных диодов выпрямительного блока | 22 – обмотка ротора |
| 7 – выводы обмотки статора | 23 – втулка |
| 8 – регулятор напряжения | 24 – стяжной винт |
| 9 – щеткодержатель | 25 – задний подшипник ротора |
| 10 – задняя крышка | 26 – втулка подшипника |
| 11 – передняя крышка | 27 – контактные кольца |
| 12 – сердечник статора | 28 – отрицательный диод |
| 13 – обмотка статора | 29 – положительный диод |
| 14 – дистанционное кольцо | 30 – дополнительный диод |
| 15 – шайба | 31 – вывод «D» (общий вывод дополнительных диодов) |
| 16 – конусная шайба |
1 - генератор; 2 - отрицательный диод; 3 - дополнительный диод; 4 - положительный диод; 5 - контрольная лампа разряда аккумуляторной батареи; 6 - комбинация приборов; 7 - вольтметр; 8 - монтажный блок; 9 - дополнительные резисторы по 100 Ом, 2 Вт; 10 - реле зажигания; 11 - выключатель зажигания; 12 - аккумуляторная батарея; 13 - конденсатор; 14 - обмотка ротора; 15 - регулятор напряжения
Главная задача ротора – создать вращающееся магнитное поле, для этой цели на валу ротора и расположена обмотка возбуждения. Она помещается в две половины полюса, в каждой полюсной половине имеется шесть выступов – они называются клювами. Ещё на валу имеются контактные кольца, их два, и именно через них идёт питание обмотки возбуждения. Кольца, чаще всего, изготавливаются из меди, достаточно редко встречаются стальные кольца или латунные. Непосредственно к кольцам припаяны выводы обмотки возбуждения.
На валу ротора размещается одна либо две крыльчатки вентилятора (их количество зависит от конструкции) и закреплён ведомый приводной шкив. Два шариковых необслуживаемых подшипника составляют подшипниковый узел ротора. Со стороны контактных колец на валу также может быть расположен роликовый подшипник.
Статор необходим для создания переменного электрического тока, объединяет металлический сердечник и обмотки, сердечник набран из пластин, они изготовлены из стали. Имеет 36 пазов для навивки обмоток, в этих пазах укладываются обмотки, количество их три штуки, они образуют трёхфазное соединение. Есть два способа укладки обмоток в пазы – волновой способ и петлевой. Между собой обмотки соединяются по схемам «звезда» и «треугольник».
Что представляют собой эти схемы?
- «Звезда» – одни концы обмоток соединяются в одной точке, а другие концы – это выводы;
- «Треугольник» – кольцевое соединение концов обмоток в последовательности, выводы исходят из точек соединения.
Щёточный узел служит для обеспечения передачи тока возбуждения на кольца контакта. Он состоит из двух графитных щёток, пружин, которые их прижимают, и щёткодержателя. В генераторах современных машин щёткодержатель находится с регулятором напряжения в едином неразборном узле.
Выпрямительный блок выполняет функцию преобразования синусоидального напряжения, который вырабатывает генератор, в напряжение постоянного тока бортовой сети автомобиля. Это пластины, которые выполняют роль теплоотводов, со смонтированными диодами. В блоке – шесть силовых полупроводниковых диодов, на каждую фазу – по два диода, один на «положительный», а другой на «отрицательный» вывод генератора.
На многих генераторах обмотка возбуждения подключается через отдельную группу, которая состоит из двух диодов. Эти выпрямители препятствуют прохождению тока разряда аккумуляторной батареи через обмотку при неработающем двигателе. Когда обмотки соединены по принципу «звезда», на нулевом выводе устанавливается два силовых диода дополнительно, позволяя увеличивать мощность генератора до 15 процентов. Выпрямительный блок выключается в схему генератора на специальных монтажных площадках посредством пайки, сварки, или соединения болтами.
Регулятор напряжения – его предназначение поддерживать напряжение генератора в определённых пределах. В настоящее время генераторы оснащены полупроводниковыми электронными (или интегральными) регуляторами напряжения.
Конструкции регуляторов напряжения:
- гибридное исполнение – использование радиоэлементов и электронных приборов в электронной схеме вместе;
- интегральное исполнение – все компоненты регулятора (не считая выходного каскада) исполнены с помощью тонкоплёночной микроэлектронной технологии.
Регулятор напряжения производит изменение напряжения, подводимого для заряжания аккумуляторной батареи термокомпенсацией напряжения (зависимостью от t воздуха). Чем выше температура воздуха, тем меньшее напряжение идёт к аккумуляторной батарее.
Привод генератора происходит с помощью ременной передачи, обеспечивает вращение ротора со скоростью, превышающей частоту вращения коленчатого вала в два-три раза. В разных конструкциях генератора может использоваться поликлиновый или же клиновый ремень:
- Клиновый ремень имеет предпосылки для быстрого изнашивания, (это зависит от определённого диаметра шкива) так как область применения клинового ремня ограничивается размерами ведомого шкива.
- Поликлиновый ремень считается более универсальным, применим при небольших диаметрах ведомого шкива, с его помощью реализуется большее передаточное число. Современные модели генераторов имеют в своих конструкциях поликлиновый ремень.
Когда в замке зажигания поворачивается ключ, на обмотку возбуждения поступает ток через щёточный узел и контактные кольца. В обмотке наводится магнитное поле. Ротор генератора начинает двигаться с вращением коленчатого вала. Обмотки статора пронизываются магнитным полем ротора. На выводах обмоток статора возникает переменное напряжение. С достижением определённой частоты вращения, обмотка возбуждения запитывается непосредственно от генератора, то есть, генератор переходит в режим самовозбуждения.
Переменное напряжение преобразуется выпрямительным блоком в постоянное. В этом состоянии генератор занимается обеспечением требуемого тока для зарядки питания потребителей и аккумуляторной батареи.
Регулятор напряжения включается в работу при изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Он занимается регулировкой времени включения обмотки возбуждения. Время включения обмотки возбуждения уменьшается при уменьшении внешней нагрузки и возрастании частоты вращения генератора. Время увеличивается при увеличении нагрузки и уменьшении частоты вращения. Когда же потребляемый ток превышает возможности генератора, включается в работу аккумуляторная батарея. На панели приборов имеется контрольная лампа, контролирующая работоспособное состояние генератора.
Основные параметры генератора:
- номинальное напряжение;
- номинальная частота возбуждения;
- номинальный ток;
- частота самовозбуждения;
- КПД (коэффициент полезного действия).
Токоскоростная характеристика – это зависимость силы тока от частоты вращения генератора.
Кроме номинальных значений, токоскоростная характеристика имеет и другие точки:
- минимальный ток и минимальную рабочую частоту вращения (40-50% от номинального тока составляет минимальный ток);
- максимальный ток и максимальную частоту вращения (не более чем на 10% максимальный ток превышает номинальный).
Видео
Автомобильный генератор нужен для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую. Без него невозможна работа электро схемы автомобиля. Генератор обеспечивает нужным зарядом аккумулятор, без этого устройства АКБ будет разряжен меньше, чем за час. Находится это устройство поблизости к двигателю, и принцип работы заключается в приведении в движение благодаря коленчатому валу.
Принцип работы устройства
- Ротор – это вал, имеющий специальную обмотку возбуждения. Он разделен на две половинки, каждая из них находится в противоположном полюсе.
- Токосъемные кольца – элемент, который нужен для питания обмотки генератора. В движение устройство приводит ротор, который двигают специальные ремни.
- Статор должен иметь сердечник и обмотку. Это устройство подает переменный ток, который через кольца направляется по цепи дальше. Для перемещения заряда с рамки и направления его в нужное место применяют щеточный узел.
Схема генератора включает и такое устройство, как выпрямительный узел. Без него принцип получения постоянного тока станет невозможным, и схема работать не будет.
Внешне выпрямительный блок выглядит как пластины с диодами. Обычно их 6. В редких случаях схема может включать еще две пластины. Если используется такое подключение, то ток не поступает в аккумулятор, если мотор не заведен.
Мощность устройства возможно увеличить на 15%, если использовать дополнительные диоды и обмотку «звезда». Для того чтобы напряжение было одинаковым, используется регулятор. Это устройство может менять продолжительность электрических импульсов и влиять на их частоту.
Принцип этого звена системы основан на работе исполнительных элементов и датчиков. Благодаря им регулятор понимает продолжительность возбуждения обмотки и необходимость включения ее в сеть. Если регулятор выйдет из строя, напряжение перестанет быть стабильным.
Большая часть важных конструктивно элементов находится в корпусе генератора, они имеют сравнительно небольшой размер и позволяют разместить элементы компактно. Корпус выполняют из сплава алюминия. Этот металл позволяет прибору не намагничиваться, а также эффективно рассеивает тепло, не позволяя генератору перегреться.
Характеристики, типы генераторов
Автомобильные генераторы делятся на различные типы, от которых зависят и характеристики устройства. Основная классификация – это разделение устройств на дающие постоянный или переменный ток. Генераторы постоянного тока применялись до 60-х годов повсеместно. Сейчас их можно встретить в основном на грузовых автомобилях. Такой генератор отличается тем, что имеет неподвижные щитки, которые снимают напряжение с обмотки якоря. Схема предусматривает параллельную установку элементов.
Генераторы переменного тока появились в 1946 году. Принцип работы устройства был проиллюстрирован выше. Основным достоинством такого генератора является небольшая масса и уменьшенные габариты. Работа генератора стала более надежной, увеличился срок его жизни.
Такие типы генераторов имеют токосъемные кольца. Если в генераторе постоянного тока напряжение снимается при помощи двух полуколец, то генератор переменного тока отличает несколько иная схема. Здесь кольца полноценные, установлены на оба конца рамки. Они не определяют работу устройства полностью, но существенно изменяют ее принцип. Машине для стабильной работы необходима большая мощность генератора. Дать ее в большей степени способен генератор переменного тока.
Технические характеристики
От этих параметров зависит, подходит устройство автомобилю или нет. Основная характеристика – это токоскоростная. Она зависит от того, сколько оборотов вращения ротора происходит при постоянном напряжении. Она же показывает, сколько ампер выдает генератор. Нормальное значение может колебаться от 55 до 120 ампер, в зависимости от того, какое напряжение требуется конкретной марке автомобиля. Если количество ампер низкое, это свидетельствует о поломке генератора. При покупке учитывают характеристики напряжения, трения, возбуждения.
Схема установки данного устройства такова
Схема установки
Как проверить, исправен ли прибор?
Иногда генератор выходит из строя. Это может произойти с любым устройством вне зависимости от его марки и режима эксплуатации. Чаще всего со временем стираются щеточки и требуют замены, могут требовать замены диоды, однако это не полный перечень возможный неприятностей. Иногда требуется более серьезный ремонт.
Из строя может выходить цепь. Обычно это происходит из-за ее обрыва или иных нарушений работы генератора, для проверки чего замеряют напряжение, выдаваемое прибором. Если оно слишком маленькое, то он неисправен. Причиной неисправности могут быть графитовые щетки. Они находятся в регуляторе и мосте диодов. Если щетки стерлись, их нужно заменить. Этот процесс несложен и вполне под силу любому автомобилисту.
Следует тщательно проверять регулятор на исправность. Именно этот узел отвечает за зарядку аккумулятора и ее интенсивность. Регулятор реагирует на внешнюю температуру под капотом автомобиля. Благодаря термокомпенсации регулятор решает, сколько вольт необходимо аккумулятору для стабильной работы. Иногда автомобили оснащены регулятором ручного типа. Это значит, что вам самостоятельно придется переключать устройство с наступлением летнего или зимнего периода. Устройства этого типа хороши для использования в тех точках страны, где минусовая температура может достигать критических отметок.
Стоит обращать внимание на шумность работы генератора. Повышение громкости работы говорит о неисправности подшипниковых узлов, возможных дефектах в них. Шум может вызывать отсутствие или малое количество смазки в подшипниках. При износе сепараторов отмечается повышенная шумность работы генератора. Влиять на это могут поврежденные дорожки качения, проворачивание колец, находящихся снаружи. Генератор может начать выть. В этом случае основные действия – это проверка всей системы в целом. Может произойти замыкание в статорной обмотке прибора, также из строя может выйти тяговое реле. Проверить следует и контакты: если они ненадежны, могут проявляться посторонние шумы. Такая проверка обычно не занимает много времени.
Исправный прибор имеет нормальное температурное значение, не превышающее 90 °С. При перегреве или поломке диодного моста необходимо проверить, сколько приборов подключено к устройству. Иногда на автомобиль вешают дополнительное оборудование, для чего мощности штатного генератора не хватает. Действия в этом случае достаточно предсказуемы: отключить оборудование либо заменить генератор на более мощный.
Заметить перегрев можно и визуально. Фазная обмотка статора имеет изоляцию. При перегреве изоляция становится темного цвета, в отдельных случаях закипает. О перегреве может свидетельствовать и разряжение аккумулятора, отсутствие зарядки. Индикация оборудования в электросхеме может происходить неправильно. При высокой температуре генератора падает его способность давать хорошее напряжение, чего допускать нежелательно.
Уход за генератором для автомобиля
Устанавливая на автомобиль аккумулятор, в первую очередь необходимо проверить, правильно ли подключена полярность батареи. Если плюс и минус будут поменяны местами, то при запуске двигателя произойдет выход из строя выпрямителя генератора. Это может вызвать возгорание. Эта же проблема может произойти при прикуривании другого автомобиля от вашего аккумулятора.
Правильная эксплуатация устройства – залог его долгой службы. Пользуясь автомобилем, не забывайте проверять состояние электропроводки, чистоту контактов и соединений, особенно тех, которые идут к регулятору напряжения и генератору. Можно использовать специальный спрей для очистки контактов, его продают в автомагазинах. Плохие контакты могут привести к тому, что напряжение окажется чересчур высоким, а это может сказаться плачевно на оборудовании автомобиля.
Если вы проводите сварку кузова автомобиля, то все электрические приборы необходимо отсоединить от генератора, рекомендуется снять аккумулятор. Надо контролировать напряжение ремня генератора. Если он плохо натянут, работа прибора будет неэффективна, напряжение будет слабым. Если ремень натянут чрезмерно, это приводит к быстрому разрушению подшипников.
При правильном уходе генератор прослужит больше положенного срока, не доставит никаких проблем в эксплуатации.