КПД автомобильного генератора - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

КПД автомобильного генератора

Автомобильный генератор и его особенности

В рамках данной статьи поговорим об особенностях принципиального устройства автомобильных генераторов. Для владельцев автомобилей, разбирающихся в предмете, данная статья не будет интересна. Но для тех, кому автомобильные генераторы интересны в прикладном плане, эта информация может оказаться полезной.

В современных автомобилях в качестве генераторов применяются синхронные трёхфазные электрические машины переменного тока, у которых в выпрямителе применяется схема Ларионова.

Чтобы генератор после пуска двигателя отдавал ток в нагрузку, необходимо обеспечить питание обмотке возбуждения. Это происходит при повороте ключа замка зажигания в рабочее положение.

Ток в обмотке возбуждения управляется стабилизатором напряжения, который может быть выполнен в виде отдельного узла или встроен в щёточный узел генератора. В подавляющем большинстве современных генераторов стабилизатор напряжения (СН) питается от отдельной секции выпрямителя.

Среди прочих генераторов переменного тока, генератор автомобильный выделяется несколькими особенностями. Прежде всего, автомобильный генератор хотя и выдает постоянный ток, на деле он является генератором тока переменного, который затем выпрямляется диодным мостом и превращается в постоянный ток.

Такое решение весьма популярно, тот же генератор переменного тока из асинхронного двигателя можно превратить в генератор постоянного тока, достаточно лишь добавить диодный выпрямитель.

Генераторы с выпрямлением переменного тока называются вентильными генераторами постоянного тока. К таким генераторам и относится автомобильный генератор.

Выходное напряжение автомобильного генератора постоянно

Одна из отличительных черт автомобильного генератора — напряжение на его выходных клеммах поддерживается в узком диапазоне при помощи специального стабилизатора, называемого регулятором напряжения. Но и это не является чем-то исключительным для электрических машин.

Стабилизаторы напряжения можно встретить в комплектации многих источников бесперебойного питания, в том числе среди тех, которые берут энергию для своих аккумуляторов от механических генераторов тех же домашних ГЭС или от солнечных батарей.

Главная же отличительная черта именно автомобильного генератора — то что он получает механическую энергию через ремень от коленвала двигателя внутреннего сгорания, у которого частота вращения совсем не постоянна, зависит она от режима работы транспортного средства в текущий момент, и никак не связана с нуждами потребителей постоянного тока.

Вот и получается, что задача генератора и его электроники — суметь заряжать автомобильный аккумулятор и питать потребители стабилизированным напряжением, независимо от того, каковы текущие обороты якоря — напряжение обязано оставаться в узком коридоре в районе 14 вольт.

Если напряжение по какой-то причине выйдет за пределы диапазона стабилизации, зарядный ток аккумулятора может стать чрезвычайно высоким, и электролит попросту выкипит.

Такое явление не является чем-то невиданным, многие автолюбители сталкивались с ним, когда регулятор напряжения на генераторе выходил вдруг из строя — электролит в аккумуляторе в таком случае быстро выкипает.

Если же напряжение с генератора окажется слишком низким, то аккумулятор преждевременно разрядится. С данной проблемой также сталкивались многие автомобилисты.

Итак, стабильное выходное напряжение — обязательное условие правильной работы автомобильного генератора. Но этого достичь не так уж и просто. Диапазон варьирования частоты вращения ротора генератора в автомобиле довольно широк. На холостых оборотах это порядка 800 — 1200 оборотов в минуту, а в момент хорошего разгона — до 5000 и даже до 6000 оборотов в минуту, в зависимости от того, что это за автомобиль.

Токоскоростная характеристика автомобильного генератора

Таким образом, поскольку напряжение автомобильного генератора поддерживается почти постоянным благодаря регулятору напряжения, он имеет собственную токоскоростную характеристику (ТСХ), ведь при разных скоростях вращения ротора, ток нагрузки получается разным. Напряжение постоянное, но чем выше обороты — тем выше ток, и чем ниже обороты — тем ток с силовых клемм генератора меньше.

Примечательно кстати то, что автомобильный генератор имеет предел по току, и поэтому обладает свойством самоограничения. Это значит, что когда ток достигнет определенной предельной величины, как бы ни повышались обороты дальше, ток нарастать уже больше не будет, просто не сможет.

Токоскоростаня характеристика (ТСХ) автомобильного генератора снимается по методике, принятой в качестве международного стандарта. Она (характеристика) снимается в процессе испытания работы генератора на стенде в паре с полностью заряженным аккумулятором такой номинальной емкости, которая в ампер-часах составляет половину (50%) номинального тока генератора в амперах. На характеристике находят характерные важные точки: n0, nrg, nн, nmax.

Начальная частота вращения ротора n0 – это теоретическая частота вращения ротора без нагрузки. Так как характеристику начинают снимать начиная с тока в 2 ампера, то эту точку находят путем экстраполяции характеристики до пересечения с горизонтальной осью оборотов.

Минимальную рабочую частоту генератора nrg принимают соответствующей оборотам коленвала на холостом ходу. Это примерно от 1500 до 1800 оборотов в минуту для ротора генератора. Ток при данной частоте, как правило, составляет от 40 до 50% от номинала для данного генератора. Этого тока должно хватить для питания минимального количество жизненно важных потребителей в автомобиле.

Номинальные обороты ротора генератора nн — это как раз та частота, при которой генерируется номинальный ток Iн, он не должен быть меньше номинала по паспорту.

Максимальные обороты ротора генератора nmax – это та частота вращения ротора, при которой генератором отдается максимальный ток, величина которого не сильно отличается от номинала испытываемого генератора.

Для генераторов отечественного производства раньше было принято указывать номинальный ток при 5000 оборотах в минуту. Указывалась и расчетная частота nр для расчетного тока генератора Iр, равного двум третьим от номинального тока. Этот расчетный режим соответствовал такому режиму работы генератора, когда его узлы не сильно нагревались. Все характеристики снимались при напряжении 14 или 13 вольт.

Самовозбуждение автомобильного генератора и КПД

Автомобильный генератор обязан самовозбуждаться на частоте вращения его ротора ниже частоты при оборотах коленвала на холостом ходу. Проверка проводится на стенде, где самовозбуждение должно произойти при подключении генератора к аккумулятору с контрольной лампой.

Возможности автомобильного генератора с энергетической точки зрения характеризуются величиной его КПД. Чем больше КПД — тем меньшая мощность отбирается от двигателя внутреннего сгорания для получения той же полезной отдачи в форме электрической мощности.

КПД генератора зависит главным образом от конструктивных особенностей конкретного изделия: какова толщина пластин в статоре и толщина набора, насколько качественно пластины друг от друга изолированы (насколько малы токи Фуко), каково сопротивление обмоток статора и ротора, насколько широки контактные кольца ротора, каково качество щеток и подшипников? И т. д.

Но одно сказать можно точно — чем выше номинальная мощность генератора — тем выше и КПД. Между тем, типичный КПД автомобильных генераторов, да и вообще вентильных генераторов, не превышает 60%.

Главный показатель возможностей генератора — это его токоскоростная характеристика, она показывает наглядно, чего можно ожидать от того или иного генератора, на что можно рассчитывать. По характерным точкам составляют таблицу для генератора.

Для примера приведем таблицу характеристик генераторов отечественного производства:

Диапазон выходного напряжения на разных оборотах и в зависимости от температуры и нагрузки, отражает возможности регулятора напряжения автомобильного генератора.

Как устроен и работает автомобильный генератор?
16 январь 2020, 13:37

Многие из вас знакомы с общим устройством автомобиля и знают, что некоторые устройства «жизненно» необходимы для полноценной работы всех систем транспортного средства. К таким устройствам относится и автомобильный генератор, основное назначение которого превращение механической энергии в электрическую. Электричество необходимо для вращения стартера при запуске двигателя, за что отвечает аккумуляторная батарея, зажигания топливной смеси внутри цилиндров и приведения в рабочее состояние всех систем и электроприборов автомобиля.

Немного истории

Как вы уже поняли, всего существует два источника автомобильного питания – это аккумулятор и генератор, при этом первый из них накапливает электричество, получаемое от генератора и передаёт полезную энергию на приборы в качестве постоянного тока ровно до того момента, как будет запущен мотор, и тогда в дело вступает второй источник питания.

Все знают автомобильные генераторы как компактные устройства, имеющие связь с двигателем посредством ременной передачи, но они не всегда были такими. До 1960 года обычный генератор представлял собой громоздкую конструкцию очень большого веса. При этом коэффициент полезного действия в устройствах начала второй половины прошлого столетия оставлял желать лучшего и точно никак не удовлетворял новым потребностям современных автомобилей, которые уже рвались на мировой рынок, заряженные небывалым энтузиазмом их разработчиков. Миру требовалось что-то более простое и лёгкое, что давало бы больше энергии при том же крутящем моменте, и это случилось в виде обновлённого генератора, работающего по технологии полупроводниковых выпрямителей.

Генераторы старого типа, поставляющиеся на рынок с шунтовой схемой параллельного возбуждения, обмоткой, имеющей связь с АКБ, либо со схемой стартера, последовательно подключённого к обмоткам якоря, нашли всеобщее признание у производителей гибридных и электрических автомобилей как основной силовой агрегат. Мир же полностью перешёл на генераторы переменного тока, обладающие известными преимуществами, такими, компактность, повышенный КПД, усиленная мощность и сила тока при неизменной частоте вращения ротора. Внимание читателя заслуживают оба типа генератора, и в последующих частях мы рассмотрим, как устроены генераторы постоянного и переменного тока и разберём принцип их работы.

Как устроен генератор постоянного тока?

Оба устройства призваны вырабатывать электричество, используя механическую силу двигателя. Массивность генераторов постоянного тока объясняется тем, что в качестве статора там используется сам корпус устройства, и чем он больше, тем лучше, поэтому для достижения наиболее высоких показателей мощности, например, для грузовых автомобилей, такие генераторы должны быть поистине гигантских размеров.

Как же происходит выработка электричества генератором постоянного тока?

  1. После подключения генератора независимым, параллельным или смешанным способом, становится возможна его дальнейшая работа по превращению механической энергии в электрическую;
  2. Полюсное размещение обмоток со смещёнными пазами обеспечивает выработку переменного тока, при этом работа генератора практически бесшумная;
  3. Якорь, как токосъемная часть генератора, крепится на подшипники крышек, рабочая часть находится между обмотками и при вращении отдаёт накопленный переменный ток щёткам;
  4. Коллектор преобразует переменный ток в постоянный, который и становится «конечным продуктом» деятельности генератора постоянного тока и обеспечивает весь автомобиль электричеством.
Читайте также:  Турбогенератор назначение и принцип действия

При необходимости генераторы оснащают дополнительным комплектом обмоток, который предполагает наличие ещё одной пары щёток.

Как устроен генератор переменного тока?

Стандартный или компактный трёхфазный генератор переменного тока имеет намного меньшие габариты за счёт изменения конструкции статора, в качестве которого выступает отдельный модифицированный элемент и более эффективный ротор вместо якоря. В связи с этим у производителей отпала необходимость создавать массивные и тяжёлые корпуса, а токосъёмные свойства генератора при этом увеличились в несколько раз. Несмотря на разительные перемены в конструкции устройств разных поколений генераторов, принцип их работы практически ничем не различается.

Генератор переменного тока состоит из ротора, статора, трёхфазных медных намоток в качестве магнитопровода, шкива, являющегося продолжением ротора, принимающего крутящий момент от двигателя, графитовых щёток, регулятора напряжения и силового выпрямителя. Каждый из элементов компактно размещён в лёгком корпусе, представляющем собой парные алюминиевые крышки, соединённые болтами. Корпус крепится к кронштейнам двигателя через проушины так, чтобы шкив находился со стороны привода.

Рассмотрим устройство элементов генератора переменного тока более детально:

  1. Статор изготавливается из стальных листов, каждая его часть сваривается или клепается так, чтобы получилось 36 пазов, которые изолируются плёнкой, либо эпоксидной смолой. Обмотка статора осуществляется между пазами;
  2. Ротор представляет из себя две разнополюсные части с клинообразными выступами, у каждой из которых имеется как минимум шесть полюсов, закреплённых на валу. В случае фиксации на концах вала закалённой цапфы и подшипников, его изготовление предполагает использование твёрдой стали, при этом шкив фиксируется при помощи резьбы и паза;
  3. Электрографитные или меднографитовые щётки имеют пружинный способ прижатия. Первый вариант с более долгим сроком эксплуатации, контактируя с кольцом, значительно снижает напряжение в цепи;
  4. Диодные мосты в виде таблеток, надёжно закреплённых на охлаждающих элементах пайкой, или силовых диодов, размещённых в пластинах, выполняют функцию отвода тепла;
  5. Выпрямление переменного тока осуществляется вспомогательным узлом диодов, заключённых в герметичный блок, который имеет подключение в виде шины. Узел защищён от короткого замыкания специальным составом;
  6. Система охлаждения генератора выполняет важную функцию, влияющую на регулировку напряжения, которая напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. Также регулятор справляется со скачками напряжения, которые неизбежно появляются в связи с изменением числа оборотов двигателя.

Как работает автомобильный генератор?

Работа генератора невозможна без приводной силы двигателя. Индукция электродвижущей силы, возникающая в области действия магнитного поля, создаёт напряжение на полукольцах, которое снимается напрямую и далее поступает по схеме в качестве постоянного тока до конечных потребителей.

Система зажигания двигателя: 1 – генератор;
2 – выключатель зажигания;

Особенности расположения генератора на картере в подкапотном пространстве предполагает наличие шкивов на самом генераторе и коленчатом валу, соединённых ременной передачей. Для такого типа соединения требуется система натяжения ремня, которая осуществляется при помощи опоры.

Современные генераторы переменного тока способны давать напряжение от 7 до 28 вольт и соответствующую мощность в районе 1380 ватт, хорошим показателем КПД в этом случае будет считаться отметка в 50-60%.

Пуск двигателя ознаменовывается повышенным током статора до значений в несколько сотен ампер, поэтому все приборы и сам двигатель до установления рабочих параметров генератора работают благодаря питанию аккумуляторной батареи.

Сразу после передачи вращающегося момента на шкив генератора, вращающийся якорь начинает создавать электромагнитное поле, которое в свою очередь запускает процесс движения переменного тока с обмоток на контактные кольца, щётки, и далее через выпрямитель постоянный ток поступает на аккумулятор и приборы, нуждающиеся в электричестве. Не всегда обороты двигателя могут обеспечить достаточную мощность генератора для питания особо мощных приборов, поэтому в случае недостатка электроэнергии в дело вступает аккумулятор.

Способ подключения генератора имеет решающее значения для автомобилей с разным потреблением электричества. Если на транспортном средстве установлено мощное оборудование, используется схема подключения «Треугольник». В стандартных моделях современных автомобилей генераторы подключаются по схеме «Звезда». Выходной ток в этом случае будет в 1,7 раза меньше, чем в первом случае, но со своей работой без дополнительной нагрузки он справляется отлично.

Основные неисправности

Механические, либо электрические неисправности неизбежно возникнут на определённом сроке эксплуатации генератора, ведь любое техническое устройство подвергается износу. Несмотря на надёжность и износоустойчивость в целом, в генераторе могут случаться поломки разного характера, как внешние, так и внутренние, определить которые на ранней стадии сможет только профессионал.

  1. Аккумулятор разряжается быстрее, чем заряжается, при этом может гореть лампа разряда аккумулятора;
  2. Слабый ток на приборы, который характеризуется тусклым горением ламп;
  3. Посторонние звуки в подкапотном пространстве должны служить косвенными признаками неисправности автомобильного генератора;
  4. Характерное пищание или вой, доносящиеся из генератора.

Нет необходимости говорить, что все эти признаки должны стать причиной для проведения срочной диагностики, которая может выявить неисправность:

  • Ременно-приводной системы, либо корпуса со всеми внешними составляющими;
  • Шкива, щёток, колец, или подшипников;
  • Регулятора напряжения;
  • Обмоток ротора или статора;
  • Выпрямителя;
  • Реле.

Любая неисправность устраняется исключительно заменой на новую запчасть. Проверка генератора на наличие поломок происходит по стандартной схеме – предохранитель, корпус, ремень, проводка, ротор, кольца и щётки.

Из наиболее трудоёмких работ считается замена подшипников и ремня. Менять эти детали необходимо до наступления их критического состояния.

Обмотки ротора должны иметь сопротивление в пределах от 1,8 до 5 ом, в противном случае они подлежат замене, как и обмотки ротора, главным признаком неисправности которых являются нереальные цифры на мультиметре. Выпрямитель подлежит замене, если показания на приборе не меняются в зависимости от расположения щупов. Окисленные контакты так же повод для полной замены диодного моста.

Некоторые неисправности в генераторе определяются лишь на специализированных стендах профессиональными мастерами. Несмотря на кажущуюся простоту, генератор сложен и непредсказуем даже для опытных автолюбителей. Залог долгой и нормальной работы генератора – это своевременное обслуживание в проверенных автосервисах и замена деталей на оригинальные запчасти.

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

  • привод со шкивом, подшипниками и валом;
  • ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
  • статор с сердечником и обмоткой;
  • корпус, состоящий из двух крышек;
  • регулятор напряжения;
  • выпрямительный блок или диодный мост;
  • щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Читайте также:  ННО генератор своими руками

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Диодный мост

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

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

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток «выпрямляется» и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В — 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В — 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В — 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р — мощность, I — сила тока, U — напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В — 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Все про автомобильный генератор — устройство, принцип работы

Любому транспортному средству требуется электросеть для запуска мотора, воспламенения топлива, питания осветительной и звуковой системы, обеспечения комфорта в салоне. Электроэнергию поставляют аккумулятор и генератор. В первом держится постоянный ток, который сравнительно быстро потребляется. Второй во время работы мотора энергию вырабатывает, поддерживает постоянный уровень напряжения и тока. От него заряжается аккумулятор, питаются приборы.

Виды автомобильных генераторов

Для транспортных средств разработаны генераторы, выдающие постоянный и переменный ток. Первыми транспортные средства комплектовались до 1960 года. На данный момент они полностью заменены более современными, надежными, дающими постоянный ток благодаря полупроводниковым выпрямителям.

Генератор постоянного тока

Эти агрегаты соответствовали требованиям, предъявляемым к транспортным средствам до начала шестидесятых. Электромагниты в них неподвижные, ЭДС (электродвижущая сила) в роторе, напряжение на щетках одной полярности, ток снимается с заизолированных друг от друга полуколец.

Существует 3 вида этих электрогенераторов:

  • с обмоткой, соединенной с аккумуляторной батареей;
  • с параллельным возбуждением (шунтовой схемой);
  • с последовательной схемой для подключения статора, обмоток якоря.

Благодаря возможности работать как двигатель, если ток подается на якорь, современные электрогенераторы постоянного тока устанавливаются на гибридные автомобили.

Прогресс производства машин с двигателями внутреннего сгорания потребовал более высоких мощностей, оптимизации технических характеристик, уменьшения габаритов, длительного срока службы.

У оборудования постоянного тока оказалось много недостатков:

  • небольшая мощность;
  • низкий КПД;
  • неудобная схема для подключения;
  • большие габариты и вес;
  • частое техобслуживание;
  • необходимость в постоянном контроле

Дольше всего оборудование постоянного тока использовалось на железной дороге, однако со временем было заменено трехфазным переменным агрегатами.

Генератор переменного тока

Для разработки компактных, мощных, долговечных электрогенераторов для машин было потрачено немало времени. Новое оборудование сравнительно легкое, снижена стартовая частота вращений, увеличена надежность, срок эксплуатации более длительный, меньше затраты на техобслуживание.

Основные параметры и характеристики

Для любого электрогенератора важны такие характеристики как:

  1. КПД, %;
  2. напряжение, В;
  3. выдаваемый ток, А;
  4. частота и направление вращения ротора, об/мин;
  5. мощность, Вт (Ватты).

Устройство генератора

Все электрогенераторы выдают ток, но он разный, поэтому отличается конструкция.

Устройство генератора постоянного тока

У агрегата постоянного тока массивный корпус служит статором, обмотки полюсные, за счет смещенных пазов размещения обмоток магнитное поле постоянное, шумность невысокая. Якорь с токосъемной частью монтируется между обмотками, опирается на подшипники, закрепленные на крышках. Щеткодержатели крепятся к задней стенке, положительная щетка не заизолирована.

Существуют модели, укомплектованные дополнительными обмотками и второй парой щеток. Разработаны 3 схемы подключения, отличающиеся по типу возбуждения:

Устройство генератора переменного тока

Трехфазные электрогенераторы выпускаются в 2-х вариантах: стандартные и компактные, но устройство отличается мало:

Читайте также:  Тихоходный генератор на постоянных магнитах своими руками

  1. корпус (две крышки), элементы для крепления на мотор;
  2. магнитопровод, трехфазные медные намотки;
  3. шкив, через ремень передающий на ротор вращение;
  4. ротор;
  5. щетки;
  6. регулятор напряжения;
  7. выпрямитель из силовых диодных элементов.

Для производства компактных моделей электрогенераторов используются современные технологии и материалы.

Генератор располагается перед мотором, через проушины на крышках закрепляется болтами на кронштейны. Ротор с контактными кольцами у задней крышки, привод и шкив — у передней. Крышки производятся из сплавов алюминия, оснащаются окнами для вентиляции на цилиндрической или торцевой части. Щетки закреплены на задней крышке вместе с выпрямителем, регулятором напряжения. Крышки при помощи длинных винтов зажимают статор. Щетки производятся из графита, монтируются в диэлектрические держатели.

Для изготовления статоров используются листы стали. Элементы соединяются заклепками или сваркой. Для намотки создается 36 пазов, заизолированных пленкой или эпоксидкой.

Ротор состоит из системы полюсов, поделенных на две части, оснащенных «клювами» (выступами). У каждой части 6 полюсов, напрессованы на вал из нетвердой автоматной стали. Посередине монтируется втулка. Твердая сталь для изготовления вала используется, если на концах монтируются цапфа закаливания, подшипники. Для фиксации шкива имеется паз и резьба.

Щетки прижимаются пружинами, существует 2 вида этих элементов:

Первый вид служит дольше, но теряет напряжение во время контакта с кольцом, снижая параметры на выходе.

Также существует 2 вида диодных мостов:

  • диоды таблеточные, припаянные к системе охлаждения с большими ребрами;
  • диоды силовые, запрессованные в пластины, отводящие тепло.

Вспомогательный узел для выпрямления состоит из цилиндрических или шарообразных диодов или герметичного блока, подключенного при помощи шин. Все элементы выпрямителя покрываются составом, предотвращающим короткое замыкания.

Для охлаждения используется вентилятор. Регуляторы напряжения состоят из полупроводников, меняют напряжение одновременно с колебаниями температуры среды. Принцип действия не зависит от конструктивного исполнения.

Напряжение в сети «скачет», если меняется частота оборотов ротора и коленчатого вала. Это оказывает отрицательное воздействие на потребителей. Чтобы избежать скачков, требуется ограничение тока возбуждения, передаваемого через щетки. Эту функцию выполняет регулятор, меняющий время для подключения обмотки, базируясь на общую нагрузку сети.

Принцип работы автомобильного генератора

Принцип действия автомобильного генератора, вырабатывающего постоянный ток, основан на индукции ЭДС под воздействием магнитного поля. Напряжение снимается прямо с полуколец, так как выпрямление тока не требуется.

Этот тип генераторов крепится на картер или при помощи кронштейнов, в нижнеклапанных двигателях на головку блока. Такая схема установки требует привода из ремня и шкива, установленного на коленчатом вале. Натяжение ремня обеспечивается опорой. На больших двигателях монтировался привод, работающий от шестерен распределителя газа.

Короткое и подробное учебное видео конструкции и принципа работы генератора автомобильного

Генератор переменного тока характеризуется:

  • напряжением (7,14-28 вольт);
  • током, ампер (А);
  • частотой самовозбуждения, возбуждения;
  • мощностью (средне значение 1380 ватт);
  • КПД (в современных моделях 50-60%).

Ток на статоре в момент запуска двигателя достигает сотни ампер. Все оборудование работает за счет аккумулятора, который быстро разряжается. Генератор начинает работать сразу после запуска, превращаясь в главный источник питания электросети и приборов.

Важно знать, как он работает. Якорь, соединенный с аккумулятором через контактные кольца и щетки, начинает вращаться, образуется электромагнитное поле. Оно создает переменный ток на обмотках. Далее он передается на выпрямитель, на выходе ток уже постоянный.

Электроэнергия используется для дозаряда аккумулятора и работы потребителей, подключенных к сети. Если обороты двигателя не достаточно высокие, а приборы мощные, реле подключает к питанию аккумулятор.

Схема подключения автомобильного генератора

Электрическая схема генераторов для транспортных средств «звезда» или «треугольник». При втором варианте ток в 1,7 раз больше, поэтому он используется на машинах с большой мощностью.
«Плюс» генератора присоединяется к аккумулятору, через регулятор напряжения к монтажному блоку, лампе на приборной доске, показывающей уровень заряда аккумулятора, вольтметру, включателю зажигания.

Основные неисправности автомобильного генератор

Электрогенераторы для автомобилей надежные, но неисправности все же случаются. Они бывают:

К механическим относится:

  • износ ремня привода, щеток, контактных колец, шкива, подшипников;
  • разрушение корпуса, болтов крепления, пружин.

Обнаружить их просто по стукам и другим посторонним шумам. Ремонт сводится к замене неисправных деталей.

Чаще случаются электрические неисправности:

  • нарушение функциональности или выход из строя регулятора напряжения;
  • обрывы, замыкания обмоток на роторе/статоре;
  • пробой выпрямителя;
  • сбои функциональности реле.

Для определения неисправностей необходимо знать характерные признаки:

  • на панели мигает и горит непрерывно лампа разряда аккумуляторной батареи;
  • фары горят тускло, во время работы двигателя слышен дребезжащий звук;
  • из генератора слышен звук, напоминающий писк, вой.

Неисправную деталь желательно выявить сразу. Если пробит регулятор напряжения, аккумуляторная батарея постоянно перезаряжается. При неисправных кольцах или щетках аккумулятор перезаряжается или недозаряжается, быстро требуется замена.

Чтобы самостоятельно провести диагностику и ремонт, необходимо хорошо знать, из чего состоит генератор, как расположены детали, для чего каждая предназначена, как работает. Сначала проверяется предохранитель, потом расположение агрегата, целостность корпуса, ремня, проводки, вращение ротора, контактные кольца, щетки.

Из механических повреждений самым частым считается износ подшипников. Необходимо их снять, оценить состояние посадочных мест, при необходимости заменить на новые. Свист во время разгона свидетельствует о проблемах с ремнем. Заменить его тоже не совсем просто.

Проверка обмоток ротора проводится мультиметром, сопротивление должно быть 1,8-5 Ом. Если цифра меньше, на витках короткое замыкание, если больше, обмотка оборвана. Чтобы проверить обмотки статора, необходимо отсоединить их от выпрямителя. Об отсутствии у обмоток контакта с корпусом свидетельствует бесконечное значение на приборе.

Диоды выпрямителя тоже проверяются мультиметром, меняя щупы местами. Полупроводниковая деталь неисправна, если показания при проверке не зависят от расположения щупов. Диодный мост нужно менять полностью, если окислились контакты.

Современный автомобильный генератор достаточно сложный, для проверки, диагностики, ремонта лучше обратиться к опытным специалистам, обладающим необходимыми знаниями, использующим при работе специальный стенд, заменяющим неисправные детали на соответствующие оригинальные.

Автомобильный генератор

Генераторная установка включает в себя непосредственно сам автомобильный генератор и регулятор напряжения и элементы контроля работоспособности генераторной установки. Предназначение автомобильного генератора заключается в обеспечении питания аккумулятора и электроприборов.

1 – гайка;
2 – пружинная шайба;
3 – шайба;
4 – шкив;
5 – шайба;
6 – вентилятор;
7 – стяжной болт;
8 – шайба;
9 – крышка со стороны привода;

10 – передний подшипник;
11 – крышка подшипника;
12 – шпонка;
13 – ротор;
14 – задний подшипник;
15– статор;
16 – выпрямительный блок;
17 – крышка со стороны контактных колец;
18 – регулятор напряжения с щеткодержателем;
19 – болт.

Правильно правильно подобранный автомобильный генератор (учитывая выходные параметры)не приведет к разрядке аккумулятора.

Современный автомобильный генератор с встроенными выпрямителем и регулятором напряжения (вентельные) имеет сравнительно не большие габариты и более высокую мощность. В эти генераторы введены элементы защиты от аварийных режимов.

Принципиальная схема автомобильного генератора.

Uф1, Uф2, Uф3- напряжение в обмотках фаз;
Ud выпрямленное напряжение;
1. 2. 3 – обмотки трех фаз статора;
4 – диоды силового выпрямителя;
5 -аккумуляторная батарея;
6 – нагрузка;
7 – диоды выпрямителя обмотки возбуждения;
8 – обмотка возбуждения;
9 – регулятор напряжения.
VDI, VD3 и VD5 силовые полупроводниковых диоды, которые соединены с выводом “+” генератора;
VD2, VD4 и VD6 силовые полупроводниковых диоды, которые соединены с выводом “-“;
VD7, VD8 диоды дополнительного плеча выпрямителя;
VD9, VD10, VD11 диоды (собственный выпрямитель).

Ток в генераторе образуется за счет эффект электромагнитной индукции. Основными частями генератора которые принимают главное участие в этом процессе: катушка (обмотка возбуждения статора), стальная полюсная система.

Статор генератора состоит из обмотка возбуждения катушки и магнитопровода (пакета железа) статора. А вал с контактными кольцами образуют ротор – важнейшую вращающуюся часть.

Питание обмотки осуществляется как от генератора так и от аккумуляторной батареи(первоначальное возбуждение).

Когда генератор работает от самовозбуждения (при отсутствии тока в обмотке возбуждения) остающийся магнитный поток может обеспечить работу генератора только на очень больших частотах оборотов.

Если об мотки возбуждения не подсоединены с аккумулятору, то включают в цепь лампу контроля работоспособного состояния генератора.

Мощность этой лампы должна быть в пределах 2-3 Вт, так как при большой силе тока разряжается аккумулятор, а при маленькой генератор возбуждается.

При вращении ротор образует два диаметральных полюса. И при изменении векторности магнитного потока образуется переменное напряжение.

р- число пар полюсов;
f-частота напряжения;
n- частота вращения ротора.

Тахометр, который подсоединяется трехфазной обмотке статора, используется для изменения вращения коленчатого вала двигателя. Сам тахометр имеет параллельное подсоединение к диоду выпрямителя силы тока генератора, который дает пульсирующее напряжение.

Питание электроприборов происходит через выпрямитель, который встроенный в генератор.

Регулятора напряжения – полупроводниковый электронный регулятор в различных исполнениях конструктивных схемам с целью стабилизации напряжения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения

    Генераторы можно классифицировать по конструктивному исполнению :
  • традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива;
  • компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора(высокоскоростными генераторами).

    И по габаритности :
  • бесщеточные генераторы(более надежные, но габаритные);
  • генераторы имеющие щеточные узы.

    Основные характеристики генератора:
  • токоскоростная характеристика – зависимость выработанного тока от частоты вращения ротора при постоянном напряжении(13,5 – 14 В). Проверяется при полностью заряженном аккумуляторе с емкостью в А/ч(где 1/2 номинальная сила тока генератора) в двух состояниях генератора(холодном и нагретом).
  • частота самовозбуждения – с аккумулятором агрегат должен самовозбуждаться при частоте вращения двигателя меньшей, чем частота вращения его холостого хода с лампой контроля работоспособного генератора.
  • КПД (коэффициента полезного действия) – энергетическая способность, с помощь которой определяется мощность, потребляемой генератором от двигателя.

Копирование информации с сайта разрешается только с обратной ссылкой на этот сайт!

График работы: Пн-Пт. с 9:00 до 18:00
Суббота: с 09:00 до 15:00
Воскресенье: заказы, оформленные через сайт будут обработаны в понедельник.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector