Реклама на портале

Характеристики, типы и принцип работы автомобильных генераторов. Автомобильный статор генератора: описание, принцип работы и схема Генератор автомобильный в разрезе

Любой генератор переменного тока представляет собой устройство электрического типа, предназначенное для преобразования механической энергии в электроэнергию с переменными токовыми величинами.

В большинстве современных генераторов используется традиционный принцип действия вращающегося магнитного поля.

Электрический генератор переменного тока

Выделяется пара основных видов электрических генераторов, имеющих конструкционные отличия, представленные:
  1. Устройствами, имеющими неподвижную часть в виде статора и вращающийся элемент, который представлен магнитными полюсами. Данный тип популярен у потребителей и очень активно эксплуатируется благодаря наличию неподвижной обмоточной части, не требующей снимать избыточную нагрузку электрической сети.
  2. Устройствами электрического типа, имеющими вращающийся якорь и магнитные неподвижные полюса.

Таким образом, в конструкцию генератора любого типа входят две наиболее важные части: подвижная и неподвижная, а также некоторые связующие элементы, представленные щетками и проводными соединениями. Электрогенераторами переменного тока производится как активная энергия, так и реактивная, передающаяся и распределяемая по электросетям.

Электрические генераторы ПТ, наряду с , рассчитаны на определенные номинальные токовые величины и достаточное количество номинального напряжения, зависящие от конструкционных особенностей такой машины, а также типоразмеры рабочих частей и связующих элементов.

Типы генераторов переменного тока

Существует несколько типов машин или установок, предназначенных для преобразования неэлектрического вида энергии в электроэнергию.

Самые популярные виды представлены:

  • компактным преобразователем Стирлинга, имеющим линейный генератор ПТ;
  • однофазным генератором ПТ;
  • двухфазным генератором ПТ;
  • трехфазным генератором ПТ;
  • генератором ПТ на 380 Вольт без наличия двигателя;
  • стандартным генератором ПТ на 220 Вольт;
  • генератором ПТ на тиристоре;
  • синхронным генератором ПТ;
  • индукционным;
  • переносными.

Генератор переменного тока ЭГВ – 32 У1

В зависимости от конструкционных особенностей выделяются устройства, имеющие:

  1. неподвижные магнитные полюса и вращающийся якорь;
  2. вращающиеся магнитные полюса и неподвижный статор.

В зависимости от способа возбуждения:

  • с обмотками возбуждения, питающимися с использованием посторонних источников электроэнергии, включая аккумуляторные батареи;
  • с обмотками возбуждения, питающимися с использованием сторонних генераторов ПТ, которые отличаются маломощными токами с одного вала;
  • с обмотками самовозбуждения, питающимися выпрямленными токовыми величинами;
  • с возбуждением, получаемым в процессе функционирования магнитных элементов постоянного типа.

В зависимости от типа соединения фазной обмотки:

  1. не обладающая практическим значением система Тесла;
  2. подсоединение типа «Звезда»;
  3. подсоединение типа «Треугольник»;
  4. подсоединение типа «Славянка».

Последний вариант сочетает в себе шесть обмоточных элементов типа «Звезда» и одну обмотку «Треугольник» на каждом статоре.

С конструктивной точки зрения могут быть выделены преобразующие энергию устройства или машины электрического типа, имеющие явно и неявно выраженные полюса.

Устройство

Конструкция и внутреннее устройство преобразователя одного вида энергии в другой может иметь существенные отличия. Самыми распространенными являются автомобильные генераторы ПТ, представленные следующими основными конструктивными элементами:

  • двухкрышечной корпусной частью со специальными вентиляционными отверстиями;
  • роторной однообмоточной электромагнитной частью, вращаемой посредством шкива в паре подшипников;
  • двумя медными кольцами и графитовыми щетками, подающими ток на роторную часть;
  • регулирующей релейной частью, отвечающей за выдачу генераторного напряжения в оптимальных пределах.

Общая схема устройства генератора переменного тока

Статорная часть имеет три медных обмотки, объединенные «треугольником» с подключением полупроводникового диодного моста, благодаря которому происходит преобразование типа напряжения.

Современные автомобильные генераторы относятся к категории высокооборотных агрегатов, поэтому частота оборотов может составлять девять тысяч в одну минуту.

Схема генератора переменного тока

Принцип действия генераторов ПТ базируется на свойствах электромагнитной индукции, что и отражается в схеме таких агрегатов:

  1. неподвижная якорная часть;
  2. вращающаяся индукторная часть;
  3. кольца контактного типа;
  4. скользящая щеточная часть.

Характерным отличием трехфазных генераторов является электрическая схема, отображающая особое соединение на фазных обмотках.

Синхронный и асинхронный

В зависимости от принципа работы, генератор может быть представлен устройством синхронного и асинхронного типа. Для любых асинхронных генераторов характерна конструктивная простота и дешевизна изготовления, а также достаточно высокая устойчивость к короткому замыканию или перегрузкам.

Асинхронные электрические генераторы прекрасно зарекомендовали себя в работе с активным уровнем нагрузки, включая лампы накаливания, электронагреватели, современную электронику и электрические конфорки.

Разница синхронного и асинхронного генераторов

Тем не менее, даже в условиях кратковременного перегруза отмечается выход устройства из строя. Именно по этой причине подключение приборов с индуктивной нагрузкой, включая электрические двигатели, не электронные сварочные аппараты и энергозависимый инструмент, потребует применения асинхронного генератора с трех- или четырехкратным запасом по .

Генераторы синхронного типа востребованы в работе любого индуктивного потребителя, имеющего высокие параметры пусковых токовых величин. Современные синхронные устройства электрического типа легко выдерживают пятикратный уровень секундной токовой перегрузки, что обусловлено линейной зависимостью числа оборотов вращения магнитного поля от количества роторных оборотов или угловой скорости генератора.

Асинхронные и синхронные генераторы отличаются своим устройством, но первый вариант принято считать конструктивно более надежным, что объясняется отсутствием в них традиционного щеточного узла.

Однофазный

В соответствии с количеством фаз, все генераторы представлены двумя большими группами:

  1. Однофазными.
  2. Трехфазными.

Первый вариант предназначается исключительно для работы с любыми однофазными потребителями электрической энергии, а трехфазные генераторы относятся к категории универсальных, но дорогостоящих машин, нуждающихся в затратном обслуживании.

Однофазный тип генератора

Простейшие конструкции представлены магнитным полем, вращающейся рамкой и обычным коллекторным щеточным узлом, отводящим ток.

Благодаря коллекторному узлу, рамочное вращение через щетки создает постоянство контакта с половинкой рамки в условиях отсутствия циклического изменения положения. Токовые величины, изменяющиеся в соответствии с законами гармоники, передаются на щетки и в схему потребителей энергии.

Трехфазный тип генератора

Однофазные генераторы в настоящее время являются самыми популярными автономными источниками тока и предназначаются для питания любых однофазных потребителей электрической энергии, к которым относятся практически все бытовые приборы.

Принцип работы

Основным являются вращательные движения токопроводящей рамки, располагаемой между парой постоянных магнитов, имеющих противоположные полюса. В большинстве случаев, конструкция стандартна и функционал таких устройств достаточно прост.

Схема работы трехфазного генератора

Например, роторы, которые установлены в промышленные индукционные генераторы, вращаются благодаря турбине, а статор бывает дополнен достаточно мощным электромагнитом. Внутри роторных обмоточных витков происходит индукция ЭДС, благодаря чему формируется суммарное напряжение, необходимое для потребителей.

Принцип работы генераторов основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому происходит индукция ЭДС в прямоугольной контурной части проволочной рамки.

Назначение

Генераторы являются основными источниками электроэнергии в системах энергоснабжения, позволяющих обеспечивать питание любых потребителей и заряжать аккумуляторную батарею в процессе функционирования двигателя.

Современные генераторы, имеющие встроенные кремневые диоды, обладают небольшими габаритами, простой конструкцией, надежностью и долгим сроком эксплуатации, что является отличным дополнением высокой удельной мощности таких устройств-преобразователей при малой вращательной частоте.

Некоторое время назад генераторы отличались довольно узкой областью применения, но благодаря усилиям разработчиков, техников и специалистов, преобразователи энергии были в значительной степени усовершенствованы. На сегодняшний день область применения данных устройств очень широка, поэтому генераторы ПТ стали незаменимыми в промышленной и бытовой сфере.

Каждый автомобиль оснащается бортовой электрической сетью, которая выполняет многие функции – запуск силовой установки при помощи электростартера, создание искрового разряда для воспламенения горючей смеси (), обеспечение светозвуковой сигнализацией и освещением, повышение комфортабельности в салоне и еще ряд других. Но тот же , лампы и приводные двигатели являются потребителями электричества и для того, чтобы их обеспечить электроэнергией в авто имеется два источника электрического тока – аккумулятор и генератор.

АКБ обеспечивает бортовую сеть авто энергией до того момента, пока силовая установка не запуститься. Особенностью аккумуляторной батареи является то, что она электрический ток не вырабатывает, а всего лишь удерживает его в себе и при надобности отдает. Поэтому использовать только аккумулятор невозможно, поскольку он попросту со временем разрядится, то есть отдаст всю накопленную энергию. И произойдет это быстро, если часто запускать мотор, поскольку стартер является одним из самых сильных потребителей в бортовой сети.

Назначение

Чтобы после запуска силовой установки , а также обеспечить энергией все остальные электроприборы, используется генератор. Этот электрический элемент, в отличие от аккумулятора вырабатывает электричество, при этом делать он это может постоянно. Но для выработки электротока необходима механическая работа – вращение одной из составляющих частей генератора – ротора.

Поэтому пока мотор не запущен, генератор не способен выработать энергию, и бортовая сеть запитывается только от аккумулятора.

Генератор – этот тот же электродвигатель, но работа его выполняется с точностью до наоборот. Если в эл. двигатель подается энергия, чтобы получить механическое действие – вращение ротора, то у генератора – вращение обеспечивает выработку электрической энергии.

Если по-простому, то принцип действия генератора таков: при вращении ротора он образует магнитное поле, воздействующее на обмотку статора, из-за чего в ней появляется электрический ток, который и используется для питания бортовой сети.

Но имеются и определенные нюансы в работе данного элемента бортовой сети. Современный автомобильный генератор является трехфазным и обеспечивает на выходе переменный ток, который не подходит для электрообеспечения бортовой сети авто, поскольку в ней используется постоянный ток. К тому же, генератор должен вырабатывать электроэнергию с определенными показателями, чтобы не нанести вред потребителям. Поэтому в данный прибор включен ряд элементов дополнительного оснащения.

Устройство генератора для автомобиля

Генератор в разрезе

Итак, основными элементами генератора являются:

  1. ротор – подвижная составляющая
  2. статор – неподвижная.

Ротор – это вал, на котором располагается обмотка возбуждения, две полюсные половины, образующие полюсную систему и контактные кольца. Основная задача обмотки возбуждения – создание магнитного поля. Но для достижения данного эффекта на нее нужна подача электрического тока небольшого значения. Пока двигатель не запущен ток для возбуждения поля берется от аккумулятора. После запуска и достижения определенных оборотов, на обмотку начинает уже подаваться ток, выработанный генератором, то есть прибор переходит в режим самостоятельного возбуждения.

Обмотка возбуждения помещена между двух полюсных половинок. Эти половинки изготовлены методом штамповки, что позволило сформировать на них по 6 клювообразных выступов, которые размещены поверх обмотки.

Контактные кольца нужны для подачи электрического тока на обмотку. К этим кольцам подходят выводы обмотки возбуждения.

Дополнительно на роторе располагаются шкив привода, вентилятор охлаждения и подшипники качения.

Статор предназначен для получения переменного тока, который образуется из-за воздействия магнитного поля ротора. Состоит он из двух частей – сердечника и обмоток. Сердечник представляет собой пакет, собранный из листовой стали. В нем сделаны пазы, в которые укладываются обмотки — три штуки (три фазы). Укладка их производится петлевым или волновым методом. При этом они объединены между собой по одной из таких схем – «звезда» или «треугольник».

Схема «звезда» сводится к тому, что одни концы каждой из обмоток соединены в одной точке, а другие концы являются выводами. В «треугольнике» же соединение обмоток выполнено по кольцу – первая обмотка подсоединена ко второй, вторая – к третьей, третья – к первой. Точки соединения обмоток и являются выводами.

Ротор помещается внутрь статора, а тот в свою очередь зажимается между двумя крышками корпуса. В этих же крышках имеются и посадочные места под подшипники ротора. В передней крышке (та, что со стороны шкива) проделаны вентиляционные отверстия.

В задней же крышке размещены остальные необходимые элементы:

  • блок щеток;
  • диодный мост, он же выпрямительный блок;
  • регулятор напряжения.

Блок щеток предназначен для передачи электрического тока на обмотку возбуждения. Для этого данный блок включает в свою конструкцию две подпружиненные графитные щетки, размещенные в корпусе. Пружины поджимают эти щетки к контактным кольцам, но жесткого соединения между ними нет.

Диодный мост обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный. Конструкция его включает шесть диодов, установленных в теплоотводящие пластины. На каждую из обмоток статора приходится по два диода – «плюс» и «минус».

Регулятор напряжения – элемент, обеспечивающий поддержание выходного напряжения в строго заданном диапазоне. Дело в том, что от оборотов мотора зависит количество и параметры вырабатываемой энергии. АКБ же очень «чувствительна» к подаваемому на нее напряжению. Если оно будет недостаточным, то у аккумулятора будет недозаряд, а при избытке его – перезаряд. И то, и другое приводит к значительному снижению ресурса АКБ. На современных авто используются полупроводниковые электронные регуляторы, которые зачастую выполнены заодно с блоком щеток.

Как работает автомобильный генератор

Теперь о том, как все функционирует. При включении зажигания на обмотку возбуждения подается напряжения через блок щеток и контактные кольца, из-за чего вокруг нее появляется магнитное поле. Поскольку ротор после запуска мотора постоянно вращается, и магнитное поле его обмотки вместе с ним. Это поле воздействует на обмотки статора, из-за чего на их выводах появляется электрический переменный ток, который подается на выпрямительный блок. На выходе из него идет уже постоянный ток, который поступает на регулятор напряжения. Часть его подается на щетки для обеспечения режима самовозбуждения, остальное же идет на подзарядку АКБ и запитку потребителей.

Регулировка выходного напряжения регулятором организована достаточно просто. Поскольку он связан с блоком щеток, то он просто меняет напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, что в свою очередь сказывается на магнитном поле и на количестве вырабатываемой энергии. Еще одна особенность работы регулятора – термокомпенсация. Она сводится к тому, напряжение, подаваемое на аккумулятор, меняется от температуры. При низкой температуре напряжение – повышенное, но по мере возрастания температурного показателя напряжение будет снижаться.

Видео: Быстрая проверка ГЕНЕРАТОРА не устанавливая на авто

Основные неисправности

Генератор имеет вполне надежную конструкцию, но и у него бывают неисправности. Их можно поделить на механические и электрические.

Экспертный обзор почему генератор не дает зарядку в этой статье https://topmekhanik.ru/generator-ne-daet-zaryadku/

  1. Механические неисправности обычно появляются из-за износа, которому подвержены подшипники, щетки, приводной ремень и шкив. Обычно эти поломки выявить несложно, поскольку все они сопровождаются появлением сторонних шумов или писка со стороны генератора. Устраняются эти неисправности обычно заменой изношенного элемента.
  2. Электрических неисправностей больше – обрыв или замыкание обмоток ротора или статора, пробой диодов, выход из строя регулятора. Эти неисправности как выявить, так и устранить более сложно. При этом электрические неисправности до момента выявления могут негативно повлиять на АКБ. К примеру, неисправный регулятор обеспечивает постоянный перезаряд батареи. Признаков при этом никаких особенных не будет, а выявить неисправность можно только путем замера выходного напряжения из генератора. Но до момента выявления поломки регулятора он может уже нанести непоправимый вред аккумулятору.

Все электрические неисправности, помимо обрыва и замыкания, обычно устраняются заменой неисправного элемента. Что же касается проблем с обмотками, то они исправляются перемоткой.

Чтобы избежать проблем с генератором, необходимо периодически оценивать состояние его привода, подшипников, щеток, а также проводить замеры выходного напряжения.

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.

Генератор - основной источник электроэнергии машины. Расскажем как он работает, из чего состоит и его устройство.

Как он работает?

При пуске двигателя основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения аккумулятора. В этом режиме потребители питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается. Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения.

Генератор является источником постоянной подзарядки аккумуляторной батареи во время работы двигателя. Если он не будет работать, аккумулятор быстро разрядиться. Он обеспечивает требуемый ток для заряда АКБ и работы электроприборов. После подзарядки аккумулятора, генератор снижает зарядный ток и работает в штатном режиме.

При включении мощных потребителей (например, обогревателя заднего стекла, фар) и малых оборотов двигателя суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае нагрузка ляжет на аккумулятор и он начнет разряжаться.

Привод и крепление

Привод осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива, тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток.

На современных машинах привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра и, следовательно, получать высокие передаточные отношения. Натяжение поликлинового ремня осуществляется натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Устройство и из чего состоит?

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками - передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы и натяжная проушина находятся на крышках.

Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором. Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, а "компактной" конструкции - еще на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора.

На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности.

Статор генератора: 1 - сердечник, 2 - обмотка, 3 - пазовый клин, 4 - паз, 5 - вывод для соединения с выпрямителем

Статор набирается из стальных листов толщиной 0.8...1 мм, но чаще выполняется навивкой "на ребро". При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой наружной поверхности.

Необходимость экономии металла привела к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Ротор автомобильного генератора: а - в сборе; б - полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 - обмотка возбуждения; 4 - контактные кольца; 5 - вал

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами - полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Валы роторов выполняются из мягкой автоматной стали. Но при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива.

Во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от поворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке генератора , когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел - это конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов - меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными. Они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин.

Выпрямительные узлы применяются двух типов. Это либо пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются диоды силового выпрямителя, либо конструкции с сильно развитым оребрением и диоды припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками.

Наиболее опасным является замыкание пластин теплоотводов, соединенных с "массой" и выводом "+" генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.


Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец - обычно плотная, со стороны привода - скользящая, в посадочное место крышки наоборот - со стороны контактных колец - скользящая, со стороны привода - плотная.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места - к выпрямителю и регулятору напряжения.


Система охлаждения: а - устройства обычной конструкции; б - для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в - устройства компактной конструкции. Стрелками показано направление воздушных потоков
На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства применяют генераторы со специальным кожухом, через который в него поступает холодный забортный воздух. У генераторов "компактной" конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Для чего нужен регулятор напряжения?

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, встроенными внутрь корпуса. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут различаться, но принцип работы одинаков.

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. Некоторые модели выносных регуляторов имеют ручные переключатели уровня напряжения (зима/лето).

Так как для работы любого двигателя внутреннего сгорания нужна электрическая энергия, а возможности аккумулятора не безграничны, и хватает батареи только на запуск, то выработкой электричества занимается автомобильный генератор. Кроме того что это устройство обеспечивает всех потребителей электроэнергией, часть выработанного тока растрачивается на заряд АКБ и на самовозбуждение ротора. Давайте посмотрим, как работает генератор и как он устроен.

Назначение

Кроме того что автомобильный генератор питает электричеством бортовую сеть, он также необходим для восстановления запаса электроэнергии, которую аккумуляторная батарея потеряла во время запуска двигателя. Изначально обмотка возбуждается от постоянного тока на АКБ. Далее генератор уже самостоятельно вырабатывает электричество. Вращение генератору передается от коленчатого вала через шкив и ременную передачу.

Без исправно работающего генератора автомобиль сможет запуститься. Но проедет он недалеко. Завести авто в следующий раз может и не получиться - аккумулятор не подзарядился, и у него попросту не хватит возможностей для следующего запуска двигателя.

Принцип действия

Работа автомобильного генератора полностью основана на физических законах электромагнитной индукции. С помощью этого явления можно трансформировать механическую энергию в электрическую. Подобный эффект проявится, если катушку медных проводов положить в область воздействия переменного магнитного поля.

Это будет способствовать образованию в катушке и проводах электрической силы, которая заставит двигаться электроны. Затем посредством этого движения на выводах катушки появится ток. На контактах проводов возникнет напряжение. А вот уровень его зависит от того, как быстро изменяется магнитное поле. Полученное напряжение в результате работы генератора - переменное, и оно будет подано к внешним потребителям.

Технические характеристики

За процесс обеспечения всех потребителей электрической энергией в генераторе отвечают токоскоростные характеристики автомобильных генераторов. Это зависимость максимального тока от частоты вращения якоря. При этом нужно знать, сколько тока в амперах способна выдать установка. Возможности находятся в пределах 55-120 ампер. Если при рабочем режиме прибор не выдает достаточное количество тока, то он неисправен.

Также имеются внешние, регулировочные, нагрузочные характеристики и показатели холостого хода.

Устройство

Устройство автомобильного генератора на самом деле несложное. Для создания магнитного поля в нем применяется специальный элемент - статор. Этот элемент представляет собой обмотку. В магнитом поле, создаваемым статором, вращается ротор или якорь генератора. Ротор представляет собой вал особой конструкции. Он также оснащен обмотками. Последние подключены к кольцам - они необходимы для подачи к ротору напряжения.

Крепление

Автомобильный генератор легко найдет в подкапотном пространстве даже новичок. Он закреплен на двигателе при помощи болтовых соединений. На корпусе предусмотрены монтажные лапы и специальная натяжная проушина, служащая для подтяжки приводного ремня.

Корпус

В корпусе находятся практически все блоки и узлы подобного устройства. Корпуса для генераторов изготавливаются из сплавов, одно из свойств которых - низкая масса. Зачастую основной компонент таких сплавов - алюминий. Он отлично подходит для этих задач - алюминий хорошо и эффективно справляется с отдачей в атмосферу тепла. Корпус состоит из двух частей. Это крышка и торцевая заглушка.

На передней части закреплен щеточный узел и диодный мост, служащий выпрямителем. Каждая из крышек образует друг с другом цельную конструкцию при помощи болтового соединения со специальными болтами. Обе крышки изнутри надежно удерживают внешнюю часть вала ротора.

В корпусе также есть еще две важные детали - это подшипники. В большинстве генераторов используется два подшипника: один - тыловой, второй - фронтальный. Оба подшипника обеспечивают валу ротора возможность вращаться.

Как устроен ротор?

Роторный узел представляет собой конструкцию из электромагнитов и катушки возбуждения. Два этих элемента смонтированы на одном валу. Последний изготавливается преимущественно из легированных сталей с небольшим содержанием присадок в виде свинца.

На валу ротора также находятся кольца и токосъемные щетки с подпружиненными контактами. Контактные кольца необходимы, чтобы ток подавался на ротор.

Статор

Продолжаем изучать устройство автомобильного генератора. Статор - это узел, представляющий собой сердечник с большим количеством пазов. В большинстве моделей таких пазов 36. В них вложены проволочные витки из трех обмоток. Обмотки соединены между собой по схеме «звезда» или «треугольник». Сердечник или магнитопровод изготавливается в виде окружности. Он набран металлическими пластинами. Пластины соединяются между собой при помощи заклепок или сваркой. Сердечник представляет собой монолитный узел.

Чтобы повысить уровень напряженности, на статорных обмотках при производстве пластин применяют специальное трансформаторное железо. Оно обладает усиленными магнитными характеристиками, в отличие от обыкновенного.

Регулятор напряжения

Регуляторы напряжения автомобильных генераторов служат для компенсации нестабильности при вращении ротора, который соединен с коленчатым валом двигателя посредством приводного ремня. Коленчатый вал работает в широком диапазоне оборотов. Регулятор соединен с графитовыми щетками и призван стабилизировать постоянное выходное напряжение, которое поступает в электрическую сеть авто.

Без регулятора невозможно будет запустить в работу генератор. Кроме того, даже если запуск удастся, невозможно будет осуществлять контроль подачи тока. Регуляторы могут удерживать ток в определенных интервалах.

Принцип работы реле-регулятора

Если к источнику электричества подключить обмотку без реле-регулятора, то уровень постоянного тока будет высоким. При помощи реле в схеме этот параметр выравнивается, чтобы не вышло из строя электрооборудование в автомобиле. По сути, реле-регулятор автомобильного генератора - это что-то вроде выключателя. Если напряжение вырастает до 13-14 вольт, то прибор автоматически отключает обмотку и включит ее, когда ток будет более низким. В результате регулярные подключения/отключения проводки позволяют генератору вырабатывать более высокое напряжение.

Сколько подобный прибор должен вырабатывать - это неважно. Когда энергия уже сгенерирована, ее нужно выпрямить. Для этих целей генератор оснащен диодным мостом. Так как напряжения большие, в работу включается регулятор, элемент моментально реагирует на изменения силы тока. Затем эта информация отправляется к сравнивающему устройству. Оно нужно для анализа показаний и сравнения с теми, которые только-только поступили. Если напряжение автомобильного генератора низкое, то регулятор будет увеличивать постоянный ток в схеме, тем самым повышая его до необходимого уровня.

Виды регуляторов

В различных генераторах используются разные типы реле-регуляторов. Это двухуровневые устройства, электронные приборы, трехуровневые, многоуровневые.

Первые двухуровневые реле сегодня считаются устаревшими. Но автолюбители, несмотря на это, продолжают их активно использовать в схемах подключения автомобильного генератора. В основе такого двухуровневого регулятора лежит электрический магнит, подключенный к датчику на обмотке. В качестве задающего элемента выступают пружины - их несколько. В качестве сравнивающего компонента выступает подвижный рычаг - он же и коммутирует проводку. Главный недостаток регуляторов такого типа - это небольшой ресурс.

Электронные модели регуляторов с предельным током автомобильного генератора до 40 А - полупроводниковые. Они имеют большой ресурс. Что касается их неисправностей, то, по сравнению с двухуровневыми аналогами, поломки здесь бывают реже.

Трехуровневые решения практически не отличаются от вышерассмотренных регуляторов. Разница здесь лишь в том, что данные приборы имеют также добавочное сопротивление.

Многоуровневые решения - это еще один вид реле-регуляторов. Они обладают тремя или даже пятью сопротивлениями. Кроме того, в продаже имеются модели со следящим режимом работы.

Диодный мост или выпрямитель генератора

Так как для нормальной работы электрооборудования автомобилей нужен постоянный ток, то выход автомобильного генератора питает электросеть через специальный узел, собранный на выпрямительных диодах.

Конструкция представляет собой трехфазный выпрямитель. В нем имеется шесть диодов - три подключаются на массу, а еще три - к плюсовому контакту агрегата. Именно они предназначены для превращения переменного напряжения в постоянное.

Щеточный узел генератора

Этот элемент представляет собой пластиковую конструкцию. Он необходим для передачи напряжения к контактным кольцам на роторе. Внутри находится несколько деталей. Однако главные среди них - это подпружиненные щетки. Они могут быть электрографитовыми или же более стойкими к износу - меднографитовыми.

Конструктивно в современных генераторах щеточный узел представляет собой единый блок с реле-регулятором.

Охлаждение

В процессе работы генератор может существенно нагреваться. Отвод лишнего тепла обеспечивается вентилятором, который закреплен на роторном валу. Генераторы со щетками, регулятором и выпрямителем вынесены за корпус с защитным кожухом. Устройства берут холодный воздух через щели.

Режимы работы

Чтобы понять, как работает автогенератор, нужно немного представлять, в каких режимах он эксплуатируется. Таких режимов всего два - это начальный этап в момент запуска мотора и рабочий режим.

В момент запуска силового агрегата главным прибором, потребляющим электричество, является стартер. Генератор еще не запущен и не вырабатывает электричество. Ввиду того что стартер потребляет ток, аккумулятору приходится интенсивно тратить энергию.

После того как мотор выйдет в свой основной рабочий режим, генератор начнет обеспечивать всех потребителей электричеством. Он будет генерировать ток, который нужен для работы основных потребителей. Вместе с этим мощности автомобильного генератора хватает и на подзарядку АКБ. По мере того как в работу включаются более мощные потребители, генератора может не хватать. Тогда энергия поступает также и от аккумулятора. При этом заряд батареи расходуется очень быстро.

Ремонт генераторов

Поломки генератора могут быть самыми разными. В одном случае для ремонта достаточно заменить диодный мост, в другом - выполнить замену более значимых деталей.

Итак, среди основных неисправностей - выход из строя цепи. Это могут быть обрывы, замыкания, любые другие нарушения. В данном случае ремонт автомобильного генератора заключается в том, чтобы проверить, какой ток и какое напряжение выдает генератор. Затем выбирают решение. Также одна из поломок - износ графитовых щеток или диодов в выпрямительном мосте. Все эти неисправности легко устраняются своими руками.

Шум при работе генератора говорит о дефектах подшипниковых узлов, а также о недостаточном количестве смазки. Также возможен износ сепараторов, проворачивание колец. При воющих звуках можно заметить такие поломки, как межвитковое замыкание статорных обмоток. В таких случаях лучше доверить ремонт агрегата профессионалам.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет генератор. Как видите, это довольно значимый и необходимый элемент в любом автомобиле.