Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

Обычно в автомобиле есть два источника питания — генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что аккумулятор накапливает электрическую энергию, а генератор автомобиля вырабатывает ее. Это означает, что данное устройство преобразует механическую энергию двигателя в электрическую, которая используется для дальнейшего питания всех потребителей и зарядки аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя аккумулятор подает стартерный ток на стартер. Однако сама батарея не производит энергию, а только накапливает ее, а затем высвобождает. Если для питания всех потребителей используется только аккумулятор, он быстро разрядится. Автомобильный генератор вырабатывает электроэнергию, заряжает аккумулятор и подает энергию в бортовую сеть при работающем двигателе (при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала).

фотография 1

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электроэнергию с холостого хода, но в оптимальный режим работы он выходит, когда двигатель достигает 1600-1800 об/мин и выше.

Виды генераторов

Существует два типа автомобильных генераторов переменного тока:

  • постоянный ток;
  • переменный ток.

Первый тип генераторов сегодня уже не используется. Эти устройства устанавливались в старые модели автомобилей (ГАЗ-51, «Победа» и т.д.). Они имеют много недостатков, таких как:

  • низкая мощность и эффективность;
  • Необходимость постоянного контроля и обслуживания;
  • Короткий срок службы.

В настоящее время используются генераторы переменного тока. Их основное отличие заключается в том, что независимо от режима работы двигателя, электросеть автомобиля питается постоянным током. Это стало возможным благодаря использованию твердотельного выпрямителя.

Устройство генератора переменного тока

Работу генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, т.е. не потребляет ток, а вырабатывает его. Современные генераторы переменного тока делятся на два типа в зависимости от их конструкции: компактный генератор и традиционный генератор. Они имеют общий блок, но отличаются расположением корпуса, вентилятора, выпрямительного блока и приводного шкива. Современные устройства также имеют три фазы.

фото 2

Конструкция генератора переменного тока

Генератор состоит из следующих основных компонентов:

  • Привод со шкивом, подшипниками и валом;
  • Ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
  • Статор с сердечником и обмотками;
  • Корпус, состоящий из двух крышек;
  • регулятор напряжения;
  • Выпрямительная сборка или диодный мост;
  • Щетка в сборе.

Давайте проанализируем каждый компонент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные компоненты генератора. Он состоит из двух крышек (передней и задней). Крышки соединяются болтами. Крышки изготовлены из легких алюминиевых сплавов, которые не намагничиваются и хорошо проводят тепло. Крышки имеют вентиляционные отверстия и монтажные фланцы.

Задняя крышка содержит диодный мост и щеткодержатель со щетками. В задней крышке также имеется клемма, через которую проходит ток от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Скорость вращения шкива в 2-3 раза превышает скорость вращения коленчатого вала. Крутящий момент двигателя передается с помощью ременной передачи. В зависимости от конструкции могут использоваться клиновые и клиноременные ремни. Клиновые ремни считаются самым универсальным и современным типом ремней.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая генерирует магнитное поле и фактически является простым электромагнитом. Обмотка расположена между двумя половинками полюсов (сердечниками), которые необходимы для регулирования и направления магнитного поля. Каждая половина имеет шесть треугольных выступов, называемых клювами. На валу ротора также имеются два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Обмотка возбуждения питается от аккумулятора через контактные кольца. Контакты обмотки возбуждения припаяны к кольцам.

фото 3

Ротор генератора переменного тока

Приводной шкив расположен на переднем конце вала ротора, а ротор вентилятора установлен на другом конце. Их может быть два. Они необходимы для охлаждения внутренних частей генератора. На обоих концах ротора также установлены необслуживаемые шарикоподшипники.

Статор

фото 4

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основной компонент, который генерирует переменный ток из магнитного поля ротора. Он состоит из обмотки и сердечника. Сердечник изготовлен из соединенных между собой стальных пластин, образующих 36 пазов. Три обмотки наматываются на пазы, образуя трехфазное соединение. Могут быть две схемы намотки: звезда и треугольник. В случае звезды концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. В случае треугольного соединения концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок предназначен для преобразования переменного тока генератора в постоянный ток, необходимый для питания бортовой электросистемы. Другими словами, он генерирует стабильное и одинаковое по величине напряжение.

фото 5

Диодный мост

Также называемое диодным мостом, устройство состоит из двух теплоотводящих пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично посажены в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется» и подается на направляющий штырь на задней крышке.

Диоды проводят ток только в одном направлении, а токи противоположной полярности отсекаются. Диодный мост может быть расположен в корпусе генератора или может быть перемещен за корпус. Однако обычно он устанавливается на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения поддерживает напряжение генератора в заданных пределах. В современных моделях используются твердотельные электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются на верхней части щеткодержателя.

фото 6

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на высокой скорости, напряжение на катушке статора может достигать 16 В. Это напряжение не должно подаваться в бортовую сеть. Чтобы избежать этого, регулятор напряжения уменьшает ток от батареи. Небольшой ток в катушке ротора будет создавать столь же небольшое магнитное поле. Это означает, что обмотка статора будет иметь более низкое напряжение.

Щеточный узел

В современных генераторах переменного тока щеточный узел и регулятор напряжения объединены в один блок. При этом ток возбуждения передается на медные кольца ротора. Он состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и пружин сжатия.

Принцип работы

Теперь давайте подробнее рассмотрим, как работает генератор переменного тока в автомобиле. При включении зажигания ток подается на щеточный узел от аккумулятора. Этот ток проходит через щеточные каналы к медным кольцам, а затем к обмоткам возбуждения ротора. Обратите внимание, что ротор, по сути, является электромагнитом, создающим магнитное поле. Коленчатый вал начинает вращать ротор через шкив и ременную передачу. Вокруг ротора находится статор, который начинает вырабатывать переменный ток в результате вращения. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения получает питание от самого генератора.

Переменный ток выпрямляется диодным мостом и преобразуется в постоянный ток, который затем подается в бортовую электросистему. Таким образом, генератор переменного тока автомобиля обеспечивает энергией нагрузку и заряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет действие обмотки возбуждения при увеличении скорости вращения ротора. Это позволяет поддерживать постоянную нагрузку.

На приборной панели внутри автомобиля имеется сигнальная лампа генератора переменного тока, указывающая на состояние устройства. Например, лампочка может загореться при обрыве ремня. В этом случае питание от сети будет осуществляться только от аккумулятора. Время работы в этом случае зависит от уровня заряда батареи.

Параметры генератора

Производительность генератора оценивается по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • Коэффициент мощности (КПД).

Номинальное напряжение бортовой сети автомобиля от генератора переменного тока составляет 12 или 24 В. Кривая частоты вращения генератора показывает зависимость тока от частоты вращения генератора.

фото 7

Характеристики генератора переменного тока

Напряжение генератора переменного тока можно измерить с помощью мультиметра. При выключенных потребителях и отсутствии нагрузки мультиметр должен показывать от 14,3 В до 15,5 В на холостом ходу. Если после запуска двигателя напряжение превышает 14 В, это может означать, что аккумулятор разряжен и генератор заряжает его. Когда потребители включаются по очереди (фары, отопление, кондиционер и т.д.), напряжение падает примерно на 0,2 после каждого включения. Однако в конечном итоге напряжение не должно опускаться ниже 12,8 В. Если это значение меньше, батарея начнет разряжаться. С другой стороны, если напряжение слишком высокое (14 В или более), это может привести к повреждению батареи. Выходное напряжение батареи должно быть в пределах от 12,6 В до 12,7 В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отклоняться от номинального значения 12 В. При всех включенных потребителях тока это значение должно составлять от 13,5 В до 14 В. Если он ниже, это может указывать на неисправность. Допустимый предел составляет 13 В.

На следующем рисунке показана подробная электрическая схема генератора переменного тока автомобиля.

фото 8

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если все энергопотребляющие устройства в автомобиле включены, генератор может не справиться с нагрузкой, и часть энергии перейдет в аккумулятор.

Просто используйте простую формулу из школьного курса P = I * U, где P — мощность, I — сила тока, а U — напряжение.

Мы узнали, что выходное напряжение генератора должно быть в пределах от 13,5 до 14,2 В. Сила тока может варьироваться от модели к модели. В среднем он составляет от 80А до 140А. Предположим, что среднее значение составляет 100 А.

Используя формулу, получаем 13,5В*100А = 1 350Вт или 1,35кВт. Это мощность генератора переменного тока, которая измеряется в ваттах. Также обратите внимание, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, обычно 3000 об/мин и выше. На холостом ходу выходная мощность составляет 75% от максимально возможной. Для автомобиля достаточным считается 80 А. При использовании автогенератора большей мощности бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Важно помнить об этом. Высокая мощность не всегда является преимуществом.

Основные неисправности

Устройство достаточно надежно и должно работать долго, но некоторые компоненты могут выйти из строя по разным причинам. Неисправности могут быть механического или электрического характера.

Поскольку генератор переменного тока и аккумулятор автомобиля работают неразрывно, отказ любого из этих устройств приведет к тому, что загорится индикатор разряда аккумулятора, а также может загореться лампа «Check Engine». Используйте универсальный автомобильный сканер Rokodil ScanX Pro для проверки состояния аккумулятора и диагностики неисправностей.

Фото 7

Rokodil ScanX Pro

Неисправности, связанные с генератором переменного тока или плохим электрическим соединением в цепи управления, часто указываются ошибками P0620 и P0622.

Механические неисправности

Основной возможной неисправностью может быть порванный приводной ремень. В этом случае вращение от коленчатого вала к ротору не передается. Аккумулятор будет нести нагрузку и начнет разряжаться. Об этом будет свидетельствовать индикаторная лампочка в салоне автомобиля. Состояние и натяжение ремня следует периодически проверять, чтобы предотвратить его разрыв.

Также может случиться, что графитовые щетки просто износились. В этом случае следует заменить весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Электрические проблемы в генераторе переменного тока не являются редкостью, и их бывает трудно обнаружить. Возможно короткое замыкание в обмотке возбуждения ротора или статора или обрыв обмотки. Регулятор напряжения может выйти из строя, что приведет к серьезным проблемам для всей электроники и аккумулятора. Так называемые отказы диодного моста также могут происходить по различным причинам. Не отсоединяйте генератор или аккумулятор при работающем двигателе. Также убедитесь в надежности соединений, очистите клеммы и т.д.

Каждый водитель должен быть знаком с устройством и принципом работы автомобильного генератора переменного тока. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Компоненты генератора должны регулярно проверяться. Проверьте натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другие компоненты. При правильной эксплуатации устройство прослужит много лет в хорошем рабочем состоянии.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Kia info
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector