Работа автомобильного генератора: Генератор автомобиля: устройство и принцип работы

Устройство генератора автомобиля

Наиболее важным звеном в электрической системе любого автомобиля является генератор.

Данный агрегат предназначен для выработки электричества, без которого невозможна работа двигателя и всего оборудования.

К слову сказать, без генератора мотор работать сможет, но не долго – до разрядки аккумуляторной батареи. Независимо от марки и модели автомобиля, будь то ВАЗ-2110, ВАЗ-2107 или Шевроле Камаро, устройство генератора практически одно и то же.

На современные автомобили производители устанавливают трехфазные генераторы переменного тока. Основными частями данного агрегата являются:

1. корпус, изготовленный из легкосплавного материала;
2. статор – неподвижная внешняя обмотка, закрепленная внутри корпуса;
3. ротор – подвижная обмотка, вращающаяся внутри статора;
4. реле-регулятор напряжения;
5. выпрямитель напряжения.

Содержание

1. «Анатомия» генератора
2. Корпус
3. Обмотка
4. Ротор
5. Реле-регулятор
6. Выпрямитель
7. Работа автомобильного генератора
8. Как продлить жизнь генератору
9. Замена генератора на более мощный

«Анатомия» генератора

Корпус

Корпус автомобильного генератора изготавливается из сплавов легких металлов (как правило, применяется дюралюминий) для уменьшения веса устройства. Для обеспечения эффективного теплоотвода в корпусе имеется большое количество вентиляционных отверстий. Устройство системы охлаждения у разных моделей генераторов различно и зависит от величины рабочих оборотов генератора и от того, насколько тяжелы температурные условия в подкапотном пространстве автомобиля.

Например, у ВАЗ-2106 имеется одна крыльчатка, выгоняющая горячий воздух из корпуса, тогда как у ВАЗ-2109, а также у моделей 2110 и 2112 два вентилятора гонят воздушные потоки навстречу друг другу. В передней и задней стенках размещены подшипники, на которых вращается ротор.

Обмотка

Обмотка статора выполняется из медного провода, уложенного в пазы сердечника. Сам сердечник изготавливается из трансформаторного железа, обладающего улучшенными магнитными свойствами. Поскольку генератор трехфазный, у статора имеются три обмотки, соединенные друг с другом треугольником.

Из-за того, что устройство во время работы подвержено сильному нагреву, провод обмоток покрыт двумя слоями теплоизоляционного материала. Обычно для этого используется специальный лак.

Ротор

Ротор – это электромагнит с одной обмоткой, расположенной на валу. Поверх обмотки закреплен ферро-магнитный сердечник диаметром немного меньше внутреннего диаметра статора (на 1,5 – 2 мм). На валу ротора также размещаются медные кольца, соединяющиеся с его обмоткой посредством графитовых щеток. Кольца предназначены для подачи управляющего напряжения с реле-регулятора на обмотку ротора.

Реле-регулятор

Реле-регулятор – это электронная схема, которая контролирует и регулирует напряжение на выходе генератора. Данное реле служит для защиты агрегата от перегрузок и поддерживает напряжение в бортовой сети автомобиля порядка 13,5 В.

Более совершенные реле-регуляторы имеют датчик температуры для того, чтобы в зимнее время устройство выдавало более высокое напряжение (до 14,7 В). Устанавливается либо внутри генератора в одном корпусе с графитовыми щетками, либо (чаще всего) вне корпуса, в этом случае щетки крепятся на специальном щеткодержателе.

Выпрямитель

Выпрямитель, или диодный мост, состоит из шести диодов, расположенных на печатной плате и соединенных между собой попарно по схеме Ларионова. Задача выпрямителя – преобразование трехфазного переменного тока в постоянный. Автомастера нередко называют его «подковой» за внешний вид.

Работа автомобильного генератора

Основополагающий принцип работы автомобильного генератора – возникновение переменного электрического тока в обмотках статора под действием постоянного магнитного поля, образующегося вокруг сердечника ротора. После запуска двигателя ротор приводится в действие приводным ремнем.

На моделях ВАЗ-2106 и ВАЗ-2107 он зубчатый, на автомобилях ВАЗ-2109, ВАЗ-2110, ВАЗ-2112 – ручейчатый, или поликлиновый. Применение поликлинового ремня позволяет обеспечить большее передаточное отношение, а следовательно более высокие рабочие обороты агрегата и большую эффективность.

Обычный клиновый ремень невозможно применять для высокооборотистых генераторов, подобных 94. 3701, устанавливаемых на автомобили ВАЗ-2110 и ВАЗ-2112, поскольку он будет усиленно изнашиваться из-за слишком маленького шкива.

На обмотку ротора подается напряжение, и возникает магнитный поток. Во время вращения ротора в обмотках статора возникает ЭДС. Реле-регулятор изменяет силу тока в зависимости от нагрузки, снимаемой с положительной клеммы генератора таким образом, чтобы обеспечить зарядку аккумулятора или поддержание уровня его заряда, а также обеспечить электричеством каждое устройство, подключенное к бортовой сети автомобиля.

Как продлить жизнь генератору

Первое, за чем нужно тщательно следить, натяжение приводного ремня. При недостаточном натяжении ремень будет постоянно пробуксовывать, в результате чего быстро износится, а генератор не сможет выдать требуемое напряжение. Сильно натянутый ремень излишне перегружает подшипники агрегата, что ведет к быстрому их износу и замене.

О неполадках в работе автомобильного генератора сигнализирует контрольная лампа на панели приборов. Если она загорается, значит, устройство не справляется со своей задачей, а именно выдает недостаточное напряжение. Признаками неполадок являются:

• периодический недозаряд или перезаряд аккумулятора;
• более тусклый свет фар автомобиля при работе мотора на холостых оборотах;
• изменение интенсивности светового потока в зависимости от частоты вращения коленчатого вала;
• посторонние звуки (писк, стуки), исходящие от генератора.

Если своевременно выявить неисправность, цена ремонта будет невысокой. В противном случае невнимательность или простая халатность приведет к замене всего устройства.

Замена генератора на более мощный

Многие владельцы ВАЗ-2106 и ВАЗ-2107 недовольны работой штатного генератора, который способен выдать силу тока всего 42 Ампера. В качестве альтернативы идеально подходит агрегат от автомобиля ВАЗ-2109 мощностью 55 Ампер. Его крепления в точности совпадают с «родными».

Разница лишь в том, что у автомобиля ВАЗ-2109 в генератор втыкается один провод вместо двух у «шестерочного», поэтому лишний провод, идущий от реле напряжения нужно изолировать от остальных. Также потребуется заменить зарядное реле РС-702, установленное штатно на генератор ВАЗ-2106 (2107), на более современное РС-527 или его аналог. Если этого не сделать, то на панели приборов автомобиля постоянно будет гореть лампочка разряда, гаснуть же она будет, наоборот, когда аккумулятор разряжается.

Автомобильный генератор: устройство и принцип работы

Опубликовано:

21.01.2016

Введение

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 проводах ток, 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 аккумуляторной батареи;
• 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 шумовыми параметрами 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, АКБ приходится 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 резервного заряда, 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 подзарядку аккумулятора 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.

Как работают автомобильные генераторы?

Пол Фаворс

Динамо

Автомобильный генератор — это динамо. Он способен производить электричество за счет вращения плотно намотанных тонких проводов в магнитном поле. Это магнитное поле поддерживается фиксированным расположением магнитов или электромагнитов, окружающих вращающиеся обмотки проволоки. Ток и напряжение зависят от скорости вращения проводов и силы магнитного поля.

Якорь

Скручивание и намотка проводов в автомобильном генераторе называется якорем. Этот компонент вращается с помощью ремней и шкивов, соединенных с двигателем автомобиля. Таким образом, скорость вращения регулируется скоростью двигателя. Автомобильный генератор может выдать максимальную мощность только при минимальной частоте вращения двигателя или выше ее.

Коммутатор

Коллектор присоединен к якорю, и основная цель этого устройства заключается в преобразовании переменного тока (AC), генерируемого вращающимся якорем, в постоянный ток (DC). Этот шаг необходим, потому что другие электрические устройства автомобиля, такие как фары и звуковой сигнал, работают только от постоянного тока. В собранной конструкции коллектора и якоря находятся две подпружиненные щетки, которые скользят по поверхности коллектора. Когда сборка вращается, эти щетки касаются различных точек контакта на коммутаторе, и именно благодаря этому механическому действию происходит преобразование тока.

Соединения

Автомобильный генератор имеет три соединения: возбуждение, якорь и землю. Как и во всех электрических системах, заземление предназначено для защиты всей системы от чрезмерного напряжения. В электрической системе автомобиля, и особенно в автомобильном генераторе, это само собой разумеющееся, так как большинство компонентов сделаны из металла. Соединение якоря, обозначенное буквой «А», является основным звеном и несет электрический выход генератора. Полевое соединение, помеченное буквой «F», представляет собой звено меньшего размера, и оно подает питание на электромагниты, окружающие якорь, и регулирует силу магнитного поля. Все три соединения подключаются к регулятору автомобиля.

Регулятор

Регулятор обычно располагается во внутреннем крыле автомобиля, и его функция заключается в регулировании электрической мощности генератора, чтобы постоянно поддерживать надлежащее напряжение. Он делает это, контролируя силу магнитного поля в генераторе. Старые устройства функционируют механически, быстро замыкая и размыкая ряд реле до тех пор, пока не будет достигнуто правильное напряжение.

Генератор переменного тока

Генератор переменного тока является усовершенствованием автомобильного генератора. Современные модели автомобилей больше не используют генераторы. В генераторе переменного тока структура обратная. Вместо того, чтобы вращать намотанные провода в фиксированном магнитном поле, магниты вращаются внутри обмотки. В этой конструкции больше не нужен коммутатор, а используются диоды. Это твердотельные устройства, которые позволяют электричеству двигаться только в одном направлении, успешно добиваясь преобразования переменного тока в постоянный. Генераторы более эффективны, потому что они могут выдавать больше мощности даже при низких оборотах двигателя, а это означает, что они могут заряжать автомобильный аккумулятор, даже когда автомобиль работает на холостом ходу, а автомобильный генератор не способен выполнять эту функцию.

Писатель Биография

Пол Фейворс (Paul Favors) работает штатным SEO-консультантом и внештатным писателем, который управляет частной веб-консалтинговой фирмой. Пол имеет степень бакалавра гуманитарных наук. получил степень доктора коммуникационных исследований в Университете Алабамы в Бирмингеме и был профессиональным писателем в течение 3 лет, два из которых были постоянными участниками Demand Studios.

Еще статьи

Что такое генератор? — crankSHIFT

Генератор — это компонент, который преобразует механическую энергию в электрическую. Хотя это может быть достигнуто с помощью множества различных средств, генераторы в автомобильных приложениях приводятся в действие двигателем, как правило, с помощью вспомогательного ремня. Двигатель крутит ремень, который вращает генератор, вырабатывающий электричество. Генераторы были впервые представлены в 1912, и они были стандартным оборудованием до 1960-х годов, когда их начали постепенно заменять генераторы переменного тока. Хотя генераторы тяжелее и менее эффективны, чем генераторы переменного тока, для их работы не требуется входное напряжение.

Этот грузовик Chevy 1954 года оснащен генератором.

Содержание

• 1 История автомобильного генератора
• 2 Как работает генератор?
• 3 Ограничения автомобильных генераторов
• 4 Современные генераторы

История автомобильного генератора

Хотя генераторы, аккумуляторы и электрические компоненты, такие как фары и клаксоны (рожки), уже существовали, когда были изобретены первые автомобили, ни один из этих первых автомобилей вообще не имел какой-либо электрической системы. Они запускались с помощью рукоятки и использовали магнето для обеспечения искры. Освещение обеспечивалось газовыми фарами, а основные функции звукового сигнала обычно обеспечивались криком на пешеходов и других автомобилистов.

Когда производители начали экспериментировать с электрическим освещением и звуковыми сигналами, они питали эти устройства от сухих батарей, которые нужно было периодически заменять. Другие производители играли с динамо-машинами, которые, по сути, были ранними автомобильными генераторами. Некоторые из этих систем питали оборудование напрямую, не включая в систему какие-либо батареи из-за проблем с перезарядкой.

Этот Cadillac Tourer 1912 года был оснащен первой современной электрической системой, включающей автостартер, аккумулятор, генератор и регулятор.

Первая настоящая автомобильная электрическая система, которую мы узнаем сегодня, появилась на Cadillac 1912 года. В нем использовалось устройство, разработанное DELCO, которое регулировало напряжение механически , что предотвращало большие колебания напряжения во время работы на разных скоростях. В том же модельном году Cadillac также представил функцию, которую мы сегодня считаем само собой разумеющейся, — автозапуск. Другие OEM-производители изо всех сил пытались внедрить свои собственные системы автоматического запуска, что привело к повсеместному внедрению электрических систем, включающих аккумулятор, генератор и регулятор.

Несмотря на то, что генератор постоянного тока и механический регулятор будут использоваться в течение большей части полувека, совершенство этой проверенной временем системы возникло в темные дни Второй мировой войны. Военным Соединенных Штатов требовался метод выработки электроэнергии, который вырабатывал бы большее количество тока, чем могли обеспечить генераторы того времени, что привело к разработке генератора переменного тока. В 1960-х генераторы стали появляться на гражданских автомобилях, и дни генераторов были сочтены.

Это схема коммутатора в разрезе.

Как работает генератор?

Основной принцип, по которому работают генераторы, относительно прост: пропускание провода через магнитное поле может вызвать электрический ток, протекающий по проводу. Это известно как электромагнитная индукция. В автомобильных генераторах это включает вращение якоря в стационарном магнитном поле. Для получения постоянного тока коммутатор эффективно периодически меняет направление тока через катушку якоря. Магнитное поле и щетки неподвижны, а внутри них вращается коллектор и якорь.

Генератор и двигатель механически связаны вспомогательным ремнем, который позволяет вращению коленчатого вала в двигателе также вращать генератор. Затем эта механическая энергия превращается в электрическую под действием катушки якоря, вращающейся внутри статического магнитного поля. Поскольку коммутатор позволяет генератору вырабатывать постоянный ток, выходная электрическая мощность может использоваться для питания аксессуаров, таких как фары, или может храниться в батарее для последующего использования. Чтобы предотвратить перезарядку и помочь уменьшить склонность выходного напряжения генератора к изменению при разных оборотах, в течение многих лет использовались механические регуляторы напряжения.

Ограничения автомобильных генераторов

Хотя генераторы используются уже более полувека, у них есть ряд досадных недостатков. Одна из проблем заключается в том, что и щетки, и медные сегменты коммутаторов изнашиваются при нормальном использовании, а это означает, что щетки необходимо регулярно заменять. Если коллектор изнашивается слишком сильно, его также необходимо шлифовать.

Другие проблемы связаны с величиной тока, который они могут производить, и уровнем изменения выходного напряжения при различных оборотах двигателя. Текущие ограничения генерации не были проблемой на протяжении большей части срока службы этого оборудования, хотя все большее количество электрических систем после 1960-е в конечном итоге довели бы генератор до предела. Механические регуляторы также прекрасно справляются с регулированием выходного напряжения, но генераторы переменного тока не страдают от тех же проблем, поскольку они генерируют переменный ток, который немедленно выпрямляется внутренним компонентом, а не генерируют постоянный ток.

Генераторы сегодня

На дорогах все еще есть много классических автомобилей, в которых используются генераторы и механические регуляторы, но в новых автомобилях вместо них используются генераторы переменного тока. Однако генератор постоянного тока обрел новую жизнь в виде электрических и гибридных электромобилей.