Как работает генератор в автомобиле
Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.
- выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи;
- напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.
Принцип работы генератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы для всех автомобилей, отличаются только качеством изготовления, габаритами и расположением присоединительных узлов.
Основные части генератора:
- Шкив – служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора посредством ремня;
- Корпус генератора состоит из двух крышек: передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования;
- Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками кпювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными кольцами;
- Статор — пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора;
- Сборка с выпрямительными диодами — объединяет шесть мощных диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы;
- Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды;
- Щеточный узел – съемная пластмассовая конструкция. В ней установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора;
- Защитная крышка диодного модуля.
Рассмотрим электрическую схему соединения элементов генератора. 
Принципиальная электрическая схема генераторной установки:
1. Включатель зажигания;
2. Помехоподавляющий конденсатор;
3. Аккумуляторная батарея;
4. Лампа-индикатор исправности генератора;
5. Положительные диоды силового выпрямителя;
6. Отрицательные диоды силового выпрямителя;
7. Диоды обмотки возбуждения;
8. Обмотки трех фаз статора;
9. Обмотка возбуждения(ротор);
10. Щеточный узел;
11. Регулятор напряжения;
B+ Выход генератора «+»;
B- «Масса» генератора;
D+ Питание обмотки возбуждения, опорное напряжение для регулятора напряжения.
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется электрическое напряжение, пропорциональное скорости изменения магнитного потока. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются источник переменного магнитного поля и катушка, с которой непосредственно будет сниматься переменное напряжение.
Обмотка возбуждения с полюсной системой, валом и контактными кольцами образуют ротор, его важнейшую вращающуюся часть, которая и является источником переменного магнитного поля.
Ротор генератора 1. вал ротора;
2. полюса ротора;
3. обмотка возбуждения;
4. контактные кольца.
Полюсная система ротора имеет остаточный магнитный поток, который присутствует даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Однако его значение невелико и способно обеспечить самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому, для первоначального намагничивания ротора через его обмотку пропускают небольшой ток от аккумуляторной батареи, обычно через лампу контроля работоспособности генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, чтобы генератор мог возбудиться уже на холостых оборотах двигателя. Исходя из этих соображений, мощность контрольной лампы обычно составляет 2…3 Вт. После того, как напряжение на обмотках статора достигает рабочей величины, лампа тухнет, и питание обмотки возбуждения осуществляется от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении.
Выходное напряжение снимается с обмоток статора. При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный» и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку статора, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения зависит от частоты вращения ротора генератора и числа его пар полюсов.
Статор генератора
1. обмотка статора;
2. выводы обмоток;
3. магнитопровод.
Обмотка статора трехфазная. Она состоит из трех отдельных обмоток, называемых обмотками фаз или просто фазами, намотанных по определенной технологии на магнитопровод. Напряжение и токи в обмотках смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов, как это показано на рисунке.
Осциллограммы фазовых напряжений обмоток
U1, U2, U3 – напряжения обмоток;
Т – период сигнала (360 градусов);
F – фаза смещения (120 градусов).
Фазовые обмотки могут соединяться в «звезду» или «треугольник». 
Виды соединения обмоток
1. «звездой»;
2. «треугольником».
При соединении в «треугольник» ток в каждой из обмоток в 1,7 раза меньше тока, отдаваемого генератором. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда».
Для того, чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился непосредственно к обмотке статора и не рассеивался в пространстве, катушки помещены в пазы стальной конструкции — магнитопровода. Так как переменное магнитное поле наводится не только в катушках, но и в магнитопроводе статора, то это приводит к возникновению паразитных вихревых токов, которые ведут к потере мощности и нагревают статор. Для уменьшения проявления этого эффекта магнитопровод изготавливают из набора стальных пластин (пакета железа).
Бортовая сеть автомобиля требует подведения к ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор. Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «—» («массой»). Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод» не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.
Сборка с выпрямительными диодами
1. силовые диоды;
2. дополнительные диоды;
3. теплоотвод.
Многие производители в целях защиты электронных узлов автомобиля от всплесков напряжения заменяют диоды силового моста стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25. 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.
Как было отмечено выше, напряжения на обмотках изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы — положительно, а третьей — отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам показанным на рисунке.
Направление токов в обмотках и выпрямителе генератора
Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. Рассмотрев любые другие моменты времени, легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление — от вывода «+» генераторной установки к ее выводу «—» («массе»), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток.
У значительного количества типов генераторов обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на трех диодах. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, три из них общие с силовым выпрямителем (отрицательные диоды). Ток возбуждения значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов обмотки возбуждения применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25. 35 А).
При необходимости увеличения мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя.
Схема генераторной установки с дополнительными диодами
Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды». Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками — первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, главным образом, третьей, частота которой в три раза выше, чем первой.
Реальная форма фазного напряжения в виде суммы двух гармоник:
1. фазное напряжение обмотки;
2. первая гармоника;
3. третья гармоника;
Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т. е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е. одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном — нет. Следовательно, мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность, добавлены диоды, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5. 15% при частоте вращения более 3000 мин -1 .
Напряжение генератора без регулятора сильно зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки — тем меньше это напряжение. Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Ранее применялись вибрационные регуляторы, а затем контактно-транзисторные. Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью вытеснены электронными.
Внешний вид электронных регуляторов напряжения
Оформление электронных полупроводниковых регуляторов может быть различным, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.
Недостатком приведенного варианта подключения регулятора является то, что регулятор поддерживает напряжение на выводе «D+» генератора, а потребители, в том числе, аккумуляторная батарея, включены на вывод «В+». Кроме того, при таком включении регулятор не воспринимает падения напряжения в соединительных проводах между генератором и аккумуляторной батареей и не вносит корректировок в напряжение генератора, чтобы компенсировать это падение. Эти недостатки устранены в следующей схеме, где напряжение на входную цепь регулятора подается от того узла, где его следует стабилизировать, обычно, это вывод «В+» генератора.
Усовершенствованная схема стабилизации напряжения
Некоторые регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С.
Как работает генератор в автомобиле
Ваш браузер сильно устарел, пожалуйста обновите его.
- Новости
- Оплата, доставка и возврат
- Гарантия
- Скидки
- Кредит и рассрочка
- Тех.информация
- СТО
- Блог
- О компании
- Контакты
Пн-Пт: 9 00-18 00 Сб: 10 00-14 00 Вс — Выходной
Запчасти на грузовые
(098) 514-24-87,
(095) 799-85-88 Запчасти на легковые
(096) 345 28 60,
(095) 872 45 28
Товаров: 0 На сумму: 00.00
Заказать звонок
Главная / Устройство и принцип работы автомобильного генератора
Генератор ‒ агрегат, поддерживающий оптимальную работоспособность бортовой электрической системы автомобиля. Современные комфортабельные машины, оснащенные электронными системами контроля, управления, безопасности, мощными мультимедиа устройствами, потребляют значительное количество электроэнергии.
Внедрение высокопроизводительных генераторов позволяет решить проблему удовлетворения «токопрожорливости» самых «фаршированных» авто. Как небольшому, компактному изделию, удается снабжать электроэнергией многочисленных потребителей даже на холостых оборотах мотора? Попробуем раскрыть «все секреты» генератора автомобиля.
Виды автомобильных генераторов
Производителями выпускаются 2 типа токовырабатывающих механизмов для автомобилей.
Устройства постоянного тока
Ставились на автомобилях до 60-х годов прошлого века. В генераторе роль выпрямителя исполнял коллектор. Такая конструкция имела существенные изъяны. Основные недостатки установок этого типа:
- большой вес и габариты;
- высокая стоимость (за счет использования медных сплавов и сложной методики изготовления, установки реле обратного тока);
- недостаточная мощность (особенно, на низких оборотах; на высоких ‒ искрообразование);
- необходимость проведения регулярного ТО и мониторинга состояния устройства (быстрый износ токосъёмных угольных щеток).
Принцип действия таких генераторов: обмотка возбуждения ‒ неподвижна (статор). Ток возникает в катушке якоря ® преобразовывается на разнополярных полукольцах коллектора ® подается в бортовую сеть (через щетки коллектора).
Установки переменного тока
Массово устанавливаются на авто более 50 лет. Основные отличия: ток выпрямляет диодный блок, транзисторная архитектура регуляторов напряжения.
Преимущества генераторов такого вида:
- высокий КПД (50 ‒ 60%);
- конструктивная простота;
- стабильное обеспечение потребителей тока на малых оборотах ДВС;
- компактность;
- невосприимчивость к радиопомехам.
Принцип действия: обмотка возбуждения крутится внутри статора. Ток производится в катушках статора ® выпрямляется в диодном модуле ® регулятором стабилизируется напряжение ® подается на оборудование и аккумулятор.
Генераторы этого вида подразделяются на:
- Контактные (полюса ‒ клювовидные)между ними ‒ обмотка, ‒ подключена к коллектору; кольца коллектора ‒ к аккумулятору.
- Бесконтактные: якорь выполняет функцию постоянного магнита, фазы ‒ статорные обмотки.
- Индукторные: электрическая машина переменного тока, у которой изменение магнитного потока, пронизывающего обмотки статора, вызывается перемещением ферромагнитного зубчатого ротора.
Основные параметры генератора
К принципиальным показателям, характеризующим технические возможности генератора, относятся:
- токоскоростные параметры;
- базисные характеристики;
- КПД;
- мощность (максимальная);
- частота самовозбуждения.
Параметры обозначаются на корпусе. Некоторые показатели (ток, напряжение) можно проверить самостоятельно. Соответствие остальных рекомендуется поручить опытным профессионалам на специальном оборудовании.
Из чего состоит генератор
- корпус;
- статор;
- ротор;
- диодный мост;
- шкив;
- щеточный узел;
- регулятор напряжения.
Рассмотрим предназначение и функциональность комплектующих частей генератора. Каждая из них выполняет свои функции по обеспечению работоспособности системы.
Корпус
Устроен из 2-х алюминиевых крышек:
- передней с проушинами для крепежа генератора к раме машины: расположена возле шкива;
- задней с:
- выпрямительным узлом;
- щеточно-коллекторным механизмом;
- регулятором напряжения;
- электроразъемом и отверстиями для проводов.
- сердечник: состоит из комплекта металлических пластин (1 мм) с пазами;
- 3-х катушек для соединения фаз по схемам:
- «звезда»: параллельное;
- «треугольник»: последовательное;
- комбинированная: одновременное использование обеих вариантов;
- наматывание двойным проводом: применение проволоки с меньшим диаметром (используется для любой схемы).
- 2 подшипника: для обеспечения плавности вращения;
- токосъемные кольца;
- крыльчатка для охлаждения генератора;
- шкив/обгонная муфта.
- плюсовой пластины (алюминий): соединена с клеммами статора;
- минусовой пластины (алюминий): подключена к «массе»;
- пластины с 3-мя диодами (пластмасса): для подачи постоянного тока на возбуждение;
- 6-ти диодов, расположенных на пластинах, и подключенных попарно: 3 плюсовых + 3 минусовых;
- шина с разъемами: на регулятор напряжения и контрольную лампу заряда аккумулятора.
- щеткодержателя;
- 2-х токосъемных медных колец (коллектора).
- обособленный механизм, удерживающий щетки в контакте с коллектором;
- в блоке с регулятором напряжения.
- в едином узле со щеткодержателями,
- отдельной детали (находится на задней крышке генератора).
- транзисторов (2);
- стабилитрона;
- диодов (3);
- дросселя;
- резисторов.
- Запуск мотора (движение тока (постоянных значений)):
- от АКБ на:
- зажигание;
- тестирование ЭБУ;
- стартер;
- щетки ® коллектор ® возбуждение (создание поля).
- статор ® выпрямительный узел (преобразование в постоянный) ® бортовым потребителям + аккумулятор.
Надежная и простая конструкция обеспечивает оптимальную функциональность генератора.
Привод и крепление
Привод осуществляется с помощью передачи оборотов силового агрегата на шкив (или обгонную муфту) генератора поликлиновым ремнем. Натяжка привода регулируется (в зависимости от автомобиля):
- роликом;
- регулировочными болтами (меняется положение генератора);
- планкой в форме дуги (на старых авто).
Нельзя допускать ослабления/перенатяжки привода, ‒ такие режимы могут привести к поломкам механических (подшипники) и электрических компонентов оборудования (ЭБУ, батарея). Нормальное натяжение (в среднем) ‒ 10 мм при нажатии рукой на ремень.
Автомобильные генераторы крепятся к кронштейнам на раме машины. Для этого предусмотрены проушины и лапы крепления.
Генератор автомобиля: как работает и какие функции выполняет?
- 1. Для чего в автомобиле нужен генератор?
- 2. Устройство и конструкция автомобильного генератора
- 3.
- 4. Основные параметры генератора
- 5.
- 6. Как работает автомобильный генератор?
- 7. Для чего в генераторе регулятор напряжения?
- 8. Заключение
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.
Популярные марки:
Показать все марки Скрыть маркиК 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: устройство и принцип действия
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой — подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) – ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там, где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2. 3 Вт.
Шкив — служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора посредством ремня;
Корпус генератора состоит из двух крышек: передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются диодный мост, щеточный узел, регулятор напряжения и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования;
Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками кпювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными кольцами;
Статорная обмотка — пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная медная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора;
Диодный мост — объединяет несколько мощных диодов, запрессованных в положительную и отрицательную пластины;
Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды;
Щеточный узел — съемная пластмассовая конструкция, в которой установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора.
Генератор предназначен в основном для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и заряда аккумуляторной батареи при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть такими, чтобы при любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд батареи.
Функции генератора, однако, могут быть существенно расширены. Он может быть использован как источник частотозависимого сигнала для системы защиты двигателя от опасно высоких частот вращения, питания тахометра и тому подобных систем, связанных с частотой вращения коленчатого вала двигателя. Сигнал о повышенной нагрузке генератора, поступающий в систему управления двигателем непосредственно или через бортовой компьютер, позволяет увеличить частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу для улучшения зарядного баланса. Наконец, отключение значительно нагруженного генератора при разгоне автомобиля способствует разгрузке двигателя и, следовательно, сокращает время разгона (используется на генераторах современных автомобилей, где установлен реле регулятор с компьютерным выходом «COM», который обеспечивает постоянную связь с бортовым компьютером автомобиля и блоком управления двигателя).
Наша компания предлагает качественный и быстрый ремонт и замену генераторов, стартеров для различных легковых автомобилей иномарок:
Крышки совмещаются и фиксируются шпильками и гайками.
Корпус предназначен для компактного размещения устройств, вырабатывающих ток, и надежного крепления генератора.
Статор
По форме представляет собой цилиндрическое изделие с составными частями:
Статор играет ключевую роль в выработке энергии для бортового электрооборудования и восполнения емкости аккумулятора. В его катушках вырабатывается переменный ток, после чего он выпрямляется диодами и отправляется потребителям.
Ротор
Создает ЭДС на обмотках статора. Эффект достигается прокручиванием обмотки возбуждения. Она располагается между разнополярными вкладышами. Все элементы жестко зафиксированы на валу, а также:
Круговое движение ротора содействует производству в статорных обмотках электрической энергии. Параметры зависят от изменения оборотов мотора.
Устройство выпрямительного блока генератора
Функция модуля ‒ создание тока для электрооборудования автомобиля.
Выпрямительный блок состоит из:
Переменный ток обмоток статора выпрямляется в постоянный для бортовой электросети, благодаря свойству диодов пропускать электроэнергию только в одном направлении.
Шкив
Шкив предназначен для передачи генератору крутящего момента ДВС. Осуществляется задача при помощи поликлинового ремня. Шкив жестко фиксируется на валу резьбовым соединением, и контргайкой.
Основным недостатком шкива является скачкообразная передача вращения коленвала, что негативно влияет на ресурс ремня. В генераторах автомобиля вместо шкива устанавливаются обгонные муфты.
Обгонная муфта ‒ устройство, предназначенное для обеспечения плавности вращения генератора в различных режимах работы автомобиля. Достигается равномерность хода внедрением механизма с внешней и внутренней обоймами, и подшипником со стопорными роликами.
Основными достоинствами обгонной муфты является увеличение (в 3 ‒ 4 раза) износостойкости приводных ремней, уменьшение нагрузки на подшипники генератора, снижение шумности.
Щеточный узел
Коллекторно-щеточная часть генератора создает магнитное поле во время запуска мотора. Состоит из:
В каналы держателей устанавливаются токопроводящие щетки из медного порошка и графита. Прочность контакта обеспечивают прижимные пружины.
Конструктивно держатели щеток выполняются в 2-х вариантах:
Замену щеток необходимо производить при износе до 4,5 мм. При наличии инструмента и элементарных навыков процедуру может выполнить автовладелец.
Замену токосъемных колец генератора лучше доверить специалистам.
Регулятор напряжения
Создает оптимальное напряжение на выходе. Генераторы оснащаются 2-мя типами блоков:
Регулирование осуществляется изменением тока возбуждения. Регулятор состоит из:
Исполнительные устройства (транзисторы и стабилитрон) выполняют функции закрытия/открытия прохода тока на обмотку возбуждения. Контролирующие ‒ диоды, резисторы, дроссель ‒ оптимизируют параметры тока.
Приборы реагируют на изменения климатических условий, повышая напряжение зарядки аккумулятора при низких температурах окружающего воздуха. Регуляторы на полупроводниках ‒ надежные, долговечные детали, не требующие регулярного обслуживания.
Как работает генератор авто
Функциональность генератора автомобиля базируется на преобразовании механической энергии оборотов коленвала в переменную электроэнергию. Кругообороты якоря (с магнитным полем) в статоре вызывает индуцирование магнитного поля в переменный ток. Он образовывается на статорных обмотках.
Упрощенно, генератор функционирует следующим образом: