АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Как работает автомобильный генератор?

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.

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.

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.

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 генератора автомобиля
Крыльчатка внешнего охлаждения генератора

Устройство классической конструкции, с размещением вышеупомянутых узлов внутри генераторного корпуса, обеспечивают поступление свежего воздушного потока со стороны контактных колец.

Автогенератор включает в себя несколько составляющих:

  • Ротор.
  • Статор.
  • Блок щеток.
  • Регулятор напряжения.
  • Выпрямительный блок (диодный мост).

1 — задний подшипник; 2 — выпрямительный блок; 3 — контактные кольца; 4 — щетка; 5 — щеткодержатель; 6 — кожух; 7 — диод; 8 — втулка подшипника; 9 — винт; 10 — задняя крышка; 11 — крыльчатка; 12 — винт; 13 — ротор; 14 — обмотка ротора; 15 — передняя крышка; 16 — вал ротора; 17 — шайба; 18 — гайка; 19 — шкив; 20 — передний подшипник; 21 — обмотка ротора; 22 — статор.

Ротором (от англ. rotation — вращение) называется подвижная часть автогенератора. Она представляет собой вал с расположенной на ней обмоткой возбуждения, находящейся между двумя полюсными половинками. Последние изготавливаются штамповкой, на каждой из них имеется шесть выступов в форме клюва, расположенных сверху обмотки. Эти половинки образуют систему полюсов и контактные кольца. Задача колец заключается в подаче электротока на обмотку через ее выводы.

Обмотка возбуждения предназначена для создания магнитного поля. Для решения этой задачи на нее должен быть подан слабый электроток. До запуска силового агрегата подачу тока для образования магнитного поля осуществляет АКБ. Когда ДВС заработает, и число оборотов достигнет нужной величины, подача тока на обмотку возбуждения будет производиться генератором

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

На роторе, кроме того, размещены:

  • Приводной шкив.
  • Подшипники качения.
  • Охлаждающее устройство (вентилятор).

Ротор располагается внутри статора, зажатого между крышками корпусной части. Крышки снабжены посадочными местами, в которых помещаются роторные подшипники. Кроме того, в крышке, расположенной со стороны приводного шкива, имеются отверстия для вентиляции.

Схема вентиляции генераторов

Статор

Этот элемент, в отличие от вышеописанного, неподвижен (статичен), из-за чего и получил свое название. Его задача заключается в получении электротока переменной величины, возникающего под влиянием магнитного поля ротора. Статор состоит из обмоток и сердечника. Последний изготавливается из листовой стали и имеет пазы для укладки трех обмоток (по количеству фаз).

1 — сердечник; 2 — обмотка; 3 — пазовый клин; 4 — паз; 5 — вывод для соединения с выпрямителем.

При подключении по схеме «звезда» все обмотки соединяются вместе одним из концов в общей точке. Их вторые концы выполняют роль выводов. Схема «треугольник» предусматривает соединение обмоток по другому принципу: 1-я со 2-й, 2-я – с 3-ей, а 3-я, в свою очередь – с 1-й. В этом случае функцию выводов выполняют точки соединения. Наглядно обе схемы показаны на рисунке.

Схема «звезда» и «треугольник»

Блок щеток

Задача этой составляющей генератора заключается в передаче электричества на обмотку возбуждения. Конструктивно блок представляет собой корпус с расположенной в нем парой подпружиненных графитных щеток. Последние прижимаются с помощью пружин к контактным кольцам, но жестко с ними не скреплены.

Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2-х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2-х видов одинаково – они состоят из следующих элементов:

  • Шкива с валом и подшипниками.
  • Ротора с контактными кольцами.
  • Обмоток статора.
  • Корпуса генератора.
  • Регулятора напряжения.
  • Выпрямительного устройства.
  • Щеточного узла.

Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий

Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:

  • Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
  • Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
  • Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
  • Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
  • Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение — управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
  • Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
  • Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.

Блок щеток

Устройство автомобильного генератора

При включенном замке зажигания ток с аккумулятора через щетки идет на обмотки возбуждения, создавая там магнитное поле. Ротор начинает одновременное вращение с коленвалом двигателя, и его магнитное поле пронизывает обмотки статора, создавая переменное напряжение. Выпрямительный блок преобразует ток в постоянный, который питает аккумуляторную батарею и бортовую сеть.

При изменении нагрузки в сети и частоты вращения двигателя начинает работать регулятор напряжения, контролируя время включения обмотки возбуждения. Если в автомобиле потребляемый ток превышает значение, вырабатываемое генератором, недостаток электричества компенсирует аккумуляторная батарея, о чем свидетельствует загоревшаяся на контрольной панели лампа заряда.

Силу тока, которую может выдать генератор автомобиля зависит о модели генератора, обычно стандартный генератор способен выдавать 80-100 Ампер выпрямленного тока.

Ну а если вам нужны точные данные, какой ток выдает генератор автомобиля именно у вас, тогда найдите спецификацию вашего генератора или автомобиля и посмотрите в справочнике.

Читать далее:  Тормозная система автомобиля назначение устройство и принцип работы

Блок щеток

Зарядка аккумулятора автомобиля от генератора происходит автоматически при работе двигателя автомобиля, генератор постоянно вырабатывает ток, которым питается ваш аккумулятор и все бортовые системы автомобиля.

Надеемся мы прояснили немного тему этой стать – как устроен генератор и каковы его принципы работы, и теперь у вас в голове сложилась более полная картина что такое и как работает это важнейшее устройство в автомобиле, а также какими выходными параметрами и характеристиками оно должно обладать.

Блок щеток

Прежде всего, остановимся подробнее на функциях автомобильного генератора. Все современные машины оснащаются обширным перечнем электрооборудования, для которого требуется источник питания. Нужен он и для моделей, не имеющих никакой дополнительной периферии, электричество требуется, как минимум, для запуска двигателя стартером, создания искры на свечах для воспламенения топливовоздушной смеси и т.д. Чтобы обеспечить все эти потребители в автомобиле используются 2 источника – аккумуляторная батарея и генератор.

Аккумулятор накапливает энергию и может ее отдавать потребляющим устройствам, когда это необходимо. В то время как генератор, производит энергию, питает устройства и подзаряжает аккумулятор. Таким образом, если убрать из конструкции автомобиля генератор, то он сможет завестись и даже проехать некоторое время, однако после того, как заряд АКБ исчерпается, автомобиль заглохнет. Повторно завести его без «прикуривания» от другого автомобиля не удастся.

Таким образом, основными функциями автомобильного генератора являются:

  • подзарядка аккумулятора;
  • питание электрооборудования, установленного в автомобиле.
  1. Замеряем прибором напряжение на клеммах АКБ при выключенном двигателе – должно быть примерно 12.7В;
  2. Заводим двигатель, не поддавая газу, отключаем все электроприборы (кондиционер, аудиосистему и т.д.);
  3. Повторно меряем напряжение аккумулятора – при работающем двигателе оно должно составлять от 13.8 до 14.5 В (на отдельных двигателях до 14.8 В);
  4. Даем нагрузку – фары, кондиционер, аудиосистема, противотуманные фары и т.д.;
  5. Опять замеряем напряжение – оно должно опуститься до 13.7-14 В. Если показания мультиметра ниже, то это свидетельствует о неработающем генераторе.

Можно проверить и «дедовским» методом. Для этого запускаем двигатель, включаем небольшую нагрузку (например, фары) – и, не выключая зажигания, снимаем минусовую клемму с аккумулятора. Если мотор не заглохнет, фары не погаснут, то это значит, что генератор обеспечивает двигатель достаточным количеством энергии. Если же машина после съема клеммы глохнет, то это свидетельствует о нерабочем генераторе.

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:

  • Заряда аккумулятора.
  • Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
  • Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи. Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.

  • вырабатывающих постоянный ток, подобная конструкция была распространена до начала 60-х годов прошлого столетия;
  • генерирующих переменное напряжение, устройство используется на современной технике.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Особенностью генераторов постоянного напряжения является отсутствие устройства выпрямления тока. На механизмах переменного тока имеется выпрямитель, построенный на полупроводниковых элементах.

На генераторах имеется заводская маркировочная табличка, указывающая предельный ток, который может выдать устройство. Для замера реального тока используется мультиметр и специальные клещи, надеваемые на проводку генератора. Клещи позволяют с высокой точностью определить силу тока в проводнике без разрушения изоляционного слоя.

После установки измерителя двигатель запускается и выводится на высокие обороты, обеспечивающие максимальную отдачу генератора. Затем требуется включать потребители и отслеживать изменение тока в проводке. Эти же потребители включаются одновременно, при этом отмечается изменение параметров тока в цепи. Результат не может быть меньше суммы, полученной при раздельном подключении устройств.

Замер тока, необходимого для работы обмоток самовозбуждения, производится на проводе, идущем к этим обмоткам. Измерение ведется при высоких оборотах коленчатого вала. Нормой считается ток в пределах 3-7 А.

Статор

Месторасположение и схема подсоединения агрегата

Вал ротора генератора приводится в движение ременной передачей, соединяющей его со шкивом коленвала. Поэтому агрегат всегда расположен поблизости от переднего торца двигателя, где находится привод газораспределительного механизма. В переднеприводных автомобилях мотор повернут на 90°, а электрогенератор находится с правой стороны (если смотреть по ходу движения).

Статорная обмотка аппарата является трехфазной, поскольку состоит из 3 отдельных секций, повернутых друг относительно друга на 120°. Поэтому обмотки подключаются «звездой», а к выводу каждой фазы подсоединена пара диодов, преобразующих переменный ток в постоянный. Всего выпрямительный мост включает 3 пары элементов (6 диодов).

Схема подключения автомобильного генератора состоит из таких элементов:

  • встроенный диодный выпрямитель, описанный выше;
  • реле – автоматический регулятор выходного напряжения;
  • группа дополнительных диодов (3 шт.), выпрямляющих ток для регулятора;
  • лампа – индикатор зарядки аккумуляторной батареи;
  • замок зажигания;
  • аккумулятор.

генератор

К реле-регулятору подсоединены вывода обмоток ротора и статора (через выпрямительный мост). Задача данного блока – регулировать мощность на выходе генераторного узла, удерживая величину напряжения в диапазоне 13,8–14,7 вольт.

В цепь электрогенератора и реле включены контакты замка зажигания и аккумуляторная батарея, получающая заряд в процессе работы двигателя. От линии, ведущей к блоку регулятора, запитана лампочка на приборной панели, сигнализирующая о питании бортовой сети от аккумулятора. Когда мотор заводится и начинается генерация тока, индикатор гаснет.

Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

  • Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
  • Ток отдачи.
  • Частота возбуждения и самовозбуждения.

Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1. Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.

Что собой представляет генератор в машине?

Генератор является устройством восполнения заряда аккумуляторной батареи, без которой невозможен запуск двигателя.

Мощность генератора должна обеспечивать возможность заряда аккумулятора при одновременной работе других потребителей. При недостаточной мощности или повреждениях начинается недозаряд батареи или неполноценная работа электрических узлов автомобиля. Из-за этого возможна некорректная работа систем, повреждение и выход деталей из строя.

Реле регулятора напряжения

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Интегральный регулятор напряжения необходим, чтобы в бортовую сеть подавалось напряжение, соответствующее ее номинальным параметрам. Устройство простейшего генератора таково, что при увеличении частоты вращения скорость изменения магнитного потока ротора пропорционально увеличивается, как и выходное напряжение. Если этим процессом не управлять, то напряжение достигнет той величины, при которой все бортовые системы выйдут из строя.

Принцип работы реле регулятора генератора состоит в том, что при увеличении частоты вращения статора, оно через специальный датчик, присоединенный к цепи статора, отслеживает опасное увеличение напряжения. При помощи механической или электронной системы управления контактами, реле уменьшает ток, подаваемый на обмотку ротора, в результате чего увеличение частоты компенсируется снижением силы магнитного поля, и значение напряжения остается в норме.

Рождение электричества: элементарная физика

Как мы уже сказали, генератор – это один из двух источников тока наших четырёхколёсных друзей. Нужно отметить, что питание бортовых систем во время работающего двигателя не единственная его функция.

Параллельно этому занятию он ещё и подзаряжает аккумуляторную батарею, чтобы обеспечить бесперебойную работу всех электросистем авто в любой ситуации.

По сути, генератор это тот же электродвигатель, только выполняет он обратную работу. Если обычный двигатель превращает электрическую энергию в энергию вращения, то герой нашего сегодняшнего рассказа всё делает с точностью наоборот. По этой причине он и не вырабатывает ток, пока двигатель автомобиля отдыхает – его нужно раскрутить.

Для понимания процессов преобразования одной энергии в другую нам нужно открыть учебник физики.

Там написано, что в основе работы генератора лежит явление электромагнитной индукции. Простыми словами его можно объяснить следующим образом: в любом проводнике, который находится рядом с движущимся магнитом (изменяющимся магнитным полем), будет образовываться переменный электрический ток.

«Но ведь электросистема машины питается постоянным!», — возразите Вы. Так и есть, и чтобы разобраться с секретами этих метаморфоз, надо изучить конструкцию генератора. Об этом далее.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

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.

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле. В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора.

Читать далее:  Замена ремня ГРМ на Лада Гранта 8 клапанная: видео инструкция (на 87 л.с)

Электрическая машина, служащая для преобразования механической энергии в электрический ток, называется автомобильным генератором. Функция генератора, которую он выполняет в автомобиле – это зарядка батареи аккумулятора и питание электрического оборудования при двигателе, находящемся в рабочем состоянии. В качестве автомобильного генератора служит генератор переменного тока.

Располагается генератор в двигателе чаще всего в его передней части, приводится от коленного вала. На гибридных автомобилях генератор выполняет работу стартер-генератора, подобная же схема используется и в некоторых других конструкциях системы стоп-старт. В настоящее время фирмы Denso, Delphe и Bosch занимают первые места в мире по выпуску генераторов.

Генератор для автомобиля

Существует два вида конструкций автомобильных генераторов: ком-пактная и традиционная. Отличия, характеризующие эти виды, состоят из разницы в компоновке вентилятора, разнятся устройством корпуса, выпрямительным узлом и приводным шкивом, геометрическими размерами. Общие параметры, имеющиеся в обоих видах автомобильных генераторов, это:

  • Ротор;
  • Статор;
  • Корпус;
  • Регулятор напряжения;
  • Выпрямительный блок;
  • Щёточный узел.
1 – поджимная втулка 14 – вывод «67»
2 – втулка 15 – штекер нулевого провода
3 – буферная втулка 16 – шпилька крепления генератора
4 – задняя крышка 17 – крыльчатка вентилятора
5 – винт крепления выпрямительного блока 18 – шкив
6 – выпрямительный блок 19 – пластины
7 – вентиль (диод) 20 – кольцо
8 – задний подшипник 21 – передний подшипник
9 – контактные кольца 22 – обмотка ротора
10 – вал ротора 23 – ротор
11 – щетки 24 – обмотка статора
12 – вывод «30» 25 – статор
13 – щеткодержатель 26 – передняя крышка
1 – кожух 17 – шкив
2 – вывод «В » для подключения потребителей 18 – гайка
3 – помехоподавляющий конденсатор 2,2 мкФ 19 – вал ротора
4 – общий вывод дополнительных диодов (присоединяется к выводу «D » регулятора напряжения) 20 – передний подшипник вала ротора
5 – держатель положительных диодов выпрямительного блока 21 – клювообразные полюсные наконечники ротора
6 – держатель отрицательных диодов выпрямительного блока 22 – обмотка ротора
7 – выводы обмотки статора 23 – втулка
8 – регулятор напряжения 24 – стяжной винт
9 – щеткодержатель 25 – задний подшипник ротора
10 – задняя крышка 26 – втулка подшипника
11 – передняя крышка 27 – контактные кольца
12 – сердечник статора 28 – отрицательный диод
13 – обмотка статора 29 – положительный диод
14 – дистанционное кольцо 30 – дополнительный диод
15 – шайба 31 – вывод «D» (общий вывод дополнительных диодов)
16 – конусная шайба

1 – генератор; 2 – отрицательный диод; 3 – дополнительный диод; 4 – положительный диод; 5 – контрольная лампа разряда аккумуляторной батареи; 6 – комбинация приборов; 7 – вольтметр; 8 – монтажный блок; 9 – дополнительные резисторы по 100 Ом, 2 Вт; 10 – реле зажигания; 11 – выключатель зажигания; 12 – аккумуляторная батарея; 13 – конденсатор; 14 – обмотка ротора; 15 – регулятор напряженияГлавная задача ротора

– создать вращающееся магнитное поле, для этой цели на валу ротора и расположена обмотка возбуждения. Она помещается в две половины полюса, в каждой полюсной половине имеется шесть выступов – они называются клювами. Ещё на валу имеются контактные кольца, их два, и именно через них идёт питание обмотки возбуждения.

Кольца, чаще всего, изготавливаются из меди, достаточно редко встречаются стальные кольца или латунные. Непосредственно к кольцам припаяны выводы обмотки возбуждения. На валу ротора размещается одна либо две крыльчатки вентилятора (их количество зависит от конструкции) и закреплён ведомый приводной шкив.

Два шариковых необслуживаемых подшипника составляют подшипниковый узел ротора. Со стороны контактных колец на валу также может быть расположен роликовый подшипник. Статор необходим для создания переменного электрического тока, объединяет металлический сердечник и обмотки, сердечник набран из пластин, они изготовлены из стали.

Имеет 36 пазов для навивки обмоток, в этих пазах укладываются обмотки, количество их три штуки, они образуют трёхфазное соединение. Есть два способа укладки обмоток в пазы – волновой способ и петлевой. Между собой обмотки соединяются по схемам «звезда» и «треугольник».

  • «Звезда» – одни концы обмоток соединяются в одной точке, а другие концы – это выводы;
  • «Треугольник» – кольцевое соединение концов обмоток в последовательности, выводы исходят из точек соединения.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Большинство конструктивных элементов генератора размещено в корпусе. Он представляет собой две крышки – переднюю и заднюю. Передняя расположена со стороны приводного шкива, задняя расположена со стороны контактных колец.

Между собой крышки стягиваются болтами. Изготовление крышек практикуется чаще всего из сплава алюминия. Он немагнитный, лёгкий и способен легко рассеивать тепло.

На поверхности крышек есть вентиляционные окна, и две либо одна крепёжные лапы. В зависимости от количества лап крепление генератора называется однолапным или двухлапным. Щёточный узел служит для обеспечения передачи тока возбуждения на кольца контакта.

Он состоит из двух графитных щёток, пружин, которые их прижимают, и щёткодержателя. В генераторах современных машин щёткодержатель находится с регулятором напряжения в едином неразборном узле. Выпрямительный блок выполняет функцию преобразования синусоидального напряжения, который вырабатывает генератор, в напряжение постоянного тока бортовой сети автомобиля.

Это пластины, которые выполняют роль теплоотводов, со смонтированными диодами. В блоке – шесть силовых полупроводниковых диодов, на каждую фазу – по два диода, один на «положительный», а другой на «отрицательный» вывод генератора. На многих генераторах обмотка возбуждения подключается через отдельную группу, которая состоит из двух диодов.

Эти выпрямители препятствуют прохождению тока разряда аккумуляторной батареи через обмотку при неработающем двигателе. Когда обмотки соединены по принципу «звезда», на нулевом выводе устанавливается два силовых диода дополнительно, позволяя увеличивать мощность генератора до 15 процентов. Выпрямительный блок выключается в схему генератора на специальных монтажных площадках посредством пайки, сварки, или соединения болтами.

Регулятор напряжения – его предназначение поддерживать напряжение генератора в определённых пределах. В настоящее время генераторы оснащены полупроводниковыми электронными (или интегральными) регуляторами напряжения.

  • гибридное исполнение – использование радиоэлементов и электронных приборов в электронной схеме вместе;
  • интегральное исполнение – все компоненты регулятора (не считая выходного каскада) исполнены с помощью тонкоплёночной микроэлектронной технологии.

Стабилизация напряжения, которая необходима при изменении частоты вращения коленчатого вала нагрузки и двигателя, производится автоматически воздействием на ток в обмотке возбуждения. Регулятор осуществляет управление частотой импульсов тока и продолжительностью импульсов. Регулятор напряжения производит изменение напряжения, подводимого для заряжания аккумуляторной батареи термокомпенсацией напряжения (зависимостью от t воздуха).

Чем выше температура воздуха, тем меньшее напряжение идёт к аккумуляторной батарее. Привод генератора происходит с помощью ременной передачи, обеспечивает вращение ротора со скоростью, превышающей частоту вращения коленчатого вала в два-три раза. В разных конструкциях генератора может использоваться поликлиновый или же клиновый ремень:

  1. Клиновый ремень имеет предпосылки для быстрого изнашивания, (это зависит от определённого диаметра шкива) так как область применения клинового ремня ограничивается размерами ведомого шкива.
  2. Поликлиновый ремень считается более универсальным, применим при небольших диаметрах ведомого шкива, с его помощью реализуется большее передаточное число. Современные модели генераторов имеют в своих конструкциях поликлиновый ремень.

Есть генератор, который называется индукторный, то есть бесщёточный. Он имеет ротор, состоящий из набора спрессованных тонких пластин, сделанных из трансформаторного железа, так называемый ротор из магнитомягкой пассивной ферромассы. На статоре помещается перемотка возбуждения. Путём изменения магнитной проводимости воздушного зазора между статором и ротором в таком генераторе получается электродвижущая сила.

Когда в замке зажигания поворачивается ключ, на обмотку возбуждения поступает ток через щёточный узел и контактные кольца. В обмотке наводится магнитное поле. Ротор генератора начинает двигаться с вращением коленчатого вала.

Подробно об алгоритме работы

Принцип действия генератора основан на простом физическом явлении, называемом электромагнитной индукцией. Суть в следующем: если навести на многовитковую обмотку из медной проволоки магнитное поле, изменяющее направление с определенной частотой, то на выходе катушки возникнет переменный ток той же частоты. Остается лишь создать упомянутое поле вокруг обмоток статора, вырабатывающих напряжение.

На практике генерация электричества происходит по такому алгоритму:

  1. Источник переменного магнитного поля автомобильного электрогенератора – обмотка самовозбуждения, расположенная в роторе. Чтобы изначально намагнитить клинообразные втулки, к ней подается импульс малой мощности от аккумулятора.
  2. После запуска мотора и достижения определенных оборотов коленчатого вала обмотки статора выдают переменный ток, выпрямляемый силовыми диодами. С этого момента обмотка ротора питается от самого генератора, то есть, происходит самовозбуждение. Внешний источник питания больше не требуется.
  3. Постоянный ток от диодного моста направляется в блок реле-регулятора. Поскольку величина напряжения «скачет» вместе с оборотами двигателя, задача электроники – стабилизировать перепады в диапазоне от 13,8 до 14,7 В.
  4. Дальше напряжение подается на подзарядку аккумуляторной батареи и в бортовую электросеть автомобиля.

Реле-регулятор напряжения может входить в состав генераторной установки либо применяться в качестве отдельного блока.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Ток в статорных обмотках возникает в результате вращения переменного магнитного поля, создаваемого катушкой ротора. Чем быстрее крутится вал, тем выше напряжение и частота на выходе. Преобразование в постоянный ток обеспечивают полупроводники (диоды), закрепленные на теплоотводящей пластине и обдуваемые крыльчаткой вентилятора.

Устройство генератора безщеточного типа позволяет обмотке статора возбуждаться без внешнего источника питания. Намагничивание стальных втулок начинается при малых оборотах вала благодаря особой конструкции ротора и дополнительной катушке. Поэтому когда вы заводите с толкача машину с разряженным аккумулятором, оборотов коленчатого вала хватает, чтобы электрогенератор включился в работу.

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.

Читать далее:  Топливный бак автомобиля виды устройство и особенности работы

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.

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.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

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.

Генераторы постоянного тока

Конструкция генераторов постоянного тока позволяет использовать их в роли электродвигателей. Для этого требуется подать электрическое питание на якорь. Электрические машины постоянного тока могут быть следующих типов:

  • с обмоткой самовозбуждения, подключаемой к аккумулятору;
  • независимого типа с шунтовой схемой (параллельное возбуждение);
  • независимой схемы последовательного подключения, под параллельным и последовательным подключением понимается схема соединения обмоток якоря и статора.

Особенностью большинства автомобильных генераторов постоянного тока является использование положительного полюса в качестве “массы”. Генераторы постоянного тока обладают рядом недостатков:

  • малая мощность;
  • низкий КПД;
  • необходимо регулярное обслуживание;
  • недостаточный ресурс.

Все эти недостатки привели к тому, что электрические машины постоянного тока уступили место под капотами авто более совершенным установкам переменного напряжения. Машины постоянного тока дольше всего продержались на железнодорожном транспорте, но и там их вытеснили трехфазные устройства переменного тока.

Устройство

Генератор постоянного тока базируется на основе массивного корпуса 18, выполняющего роль статора. Внутри установлены полюсные обмотки 9. Пазы, предназначенные для размещения обмотки, имеют смещение относительно оси генератора по винтовой линии.

За счет этого обеспечивается равномерность магнитного потока и снижается шум при работе. Обмотка статора выведена к клемме 6, промаркированной Ш, и к корпусу генератора. Между обмоток расположен вращающийся якорь 19, оснащенный коллекторной токосъемной частью 4.

Якорь имеет вал 10, который опирается на два шариковых подшипника 2. Подшипники установлены в передней и задней крышке – 16 и 1 соответственно. Для подачи смазки в подшипники предусмотрены масленки 5.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

От вытекания смазки и попадания пыли применены сальники 3, выполненные из фетра. Задняя крышка имеет точки крепления щеткодержателей 12, оснащенных графитовыми щетками 11. Для обеспечения прилегания щеток к коллектору использованы пружины 13.

Пример конструкции автомобильного генератора постоянного токаРазличаются положительные и отрицательные щетки. Положительная деталь располагается в щеткодержателе без изолятора и подключена к корпусу генератора. Отрицательная щетка изолирована от остальных деталей и имеет вывод на клемму 7 (промаркированную буквой Я).

На передней части вала якоря установлен шкив 15, удерживающийся от проворачивания шпонкой. Шкив закреплен гайкой 14, которая на некоторых моделях генераторов фиксируется шплинтом. Для охлаждения внутреннего объема генератора применяется вентилятор, лопасти которого пролиты на приводном шкиве.

Электрическая схема

Ниже приведены три варианта схем генераторов, отличающихся типом возбуждения:

  • независимый (а);
  • параллельный (б);
  • смешанный (в).

Типовые схемы генераторов постоянного токаУсловные обозначения:

  • Я1 и Я2 – обмотки, установленные на якоре;
  • Д1 и Д2 – дополнительные обмотки добавочных полюсов;
  • Ш1 и Ш2 – шунтовая обмотка;
  • С1 и С2 – последовательная обмотка возбуждения;
  • RH – нагрузка.

Принцип работы

В основе принципа работы генератора автомобиля лежит процесс индуцирования электродвижущей силы во вращающихся обмотках якоря в результате воздействия магнитного поля статора. Снятие напряжения ведется с отдельных полуколец, что позволяет формировать выпрямленный ток без дополнительных устройств.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Простейший генератор с постоянными магнитами.

Крепление и привод

Генераторы переменного тока устанавливались на автомобилях через отдельный кронштейн или непосредственно на боковой части картера двигателя. На нижнеклапанных моторах устройство монтировалось на головке блока и использовалось для установки вентилятора системы охлаждения. При подобной схеме монтажа для привода используется ременная передача от шкива, установленного на коленчатом валу двигателя.

Опора генератора позволяет изменять угол установки, обеспечивая натяжение ремня. На крупногабаритных моторах генераторы могли иметь привод от распределительных шестерен механизма газораспределения.

Генераторы переменного тока

Абсолютное большинство находящихся в эксплуатации автомобилей оснащено генераторами переменного тока. Прибор имеет иную конструкцию и схемы подключения. Устройство обеспечивает высокую мощность, способно работать на повышенных оборотах. Ресурс деталей машин переменного тока значительно выше, чем у агрегатов постоянного тока.

Устройство

В качестве примера приведен генератор от автомобиля ВАЗ 2110. Устройства других машин могут иметь небольшие конструктивные отличия.

Схема генератора переменного токаПеречень деталей, приведенных на схеме:

  • 1 – защитный кожух;
  • 2 – вывод для подключения генератора к сети;
  • 3 – помехоподавительный конденсатор;
  • 4 – вывод дополнительных диодов, подключаемый к регулятору напряжения;
  • 5 – кронштейн диодов положительного полюса;
  • 6 – аналогично для отрицательного полюса;
  • 7 – выводы обмоток статора;
  • 8 – регулятор напряжения;
  • 9 – держатель щеток;
  • 10 – тыльная крышка;
  • 11 – лобовая крышка;
  • 12 – сердечник статора;
  • 13 – обмотки статора;
  • 14 – дистанционная втулка;
  • 15 – шайба;
  • 16 – конусная вставка;
  • 17 – приводной шкив;
  • 18 – гайка крепления;
  • 19 – вал;
  • 20 – передняя опора;
  • 21 – полюсные наконечники;
  • 22 – обмотка якоря;
  • 23 – втулка;
  • 24 – винт крепления крышек;
  • 25 – задняя опора;
  • 26 – втулка подшипника;
  • 27 – контактные кольца;
  • 28 – отрицательный диод;
  • 29 – положительный диод;
  • 30 – дополнительный диод;
  • 31 – вывод блока дополнительных диодов.

Электрическая схема

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Ниже приведена принципиальная электрическая схема генератора вместе с регулятором напряжения и выпрямителем.

Генератор переменного тока.

Принцип работы

Генератор работает на принципе электромагнитной индукции. При прохождении токопроводящего проводника через магнитный поток возникает разность потенциалов, которую можно снять с концов проводника. Генерируемое напряжение прямо пропорционально скорости изменения магнитного потока. Источником переменного магнитного поля в генераторе переменного тока является ротор.

Устройство ротораСхема ротора:

  • 1 – вал;
  • 2 – полюса;
  • 3 – контактные кольца;
  • 4 – обмотка.

Показанный на схеме ротор оснащен контактными кольцами для подвода напряжения, с которыми контактируют щетки. Есть варианты роторов, набранных из металлических намагниченных пластин. Подобные конструкции не требуют подвода напряжения, но генерируемый ток машин невелик.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР устройство и принцип работы

Конструкция ротора обеспечивает сохранение остаточного магнитного поля, существующего при отсутствии питания в обмотках возбуждения. Значение поля невелико и способно обеспечивать самовозбуждение генератора только при высокой частоте вращения ротора. Для стартового намагничивания применяется кратковременная подача тока в обмотку через цепь, к которой подключена контрольная лампа работы устройства.

Снятие электроэнергии осуществляется с обмоток статора. Поскольку при вращении ротора происходит чередование обмоток, то на катушку статора оказывает влияние разнонаправленный магнитный поток, вызывающий переменное напряжение. Частота напряжения находится в зависимости от числа оборотов ротора и количества пар полюсов, смонтированных на нем.

Обмотка на статоре трехфазная, соединена “звездой” или “треугольником”. Тип соединения зависит от мощности генератора.

Более подробно принцип работы генератора показан в видеоролике от канала Halyk Smart.

Выводы обмотки подключены к полупроводниковому выпрямителю, который способен преобразовывать переменный ток в постоянный. Стандартный прибор должен состоять из шести диодов, подключенных по три штуки к положительному полюсу и массе. На современных генераторах вместо диодов применяются стабилитроны, защищающие электрику автомобиля от скачков напряжения. Дополнительно устанавливается регулятор напряжения электронного типа. Он нужен для удержания напряжения в заданных пределах.

Существуют различные модификации регуляторов напряжения, которые обеспечивают компенсацию потерь напряжения, например, на участках проводки между генератором или аккумулятором. Есть модели, регулирующие напряжение в зависимости от температуры воздуха. Подобная схема обеспечивает оптимизацию процесса зарядки и увеличивает срок службы батареи.

Крепление и привод

Приборы переменного тока устанавливаются на передней части двигателя. Корпус крепится через специальные кронштейны, которые могут оснащаться устройством для натяжения приводного ремня. На некоторых автомобилях натяжение обеспечивается отдельным автоматическим механизмом, генератор закрепляется на корпусе двигателя жестко при помощи 2-4 болтов. В точках крепления встречаются дистанционные втулки, компенсирующие зазоры между деталями.

Привод выполняется поликлиновым ремнем. На старых конструкциях автомобилей встречаются клиновые изделия. От подобной схемы отказались ввиду неспособности работать на шкивах малого диаметра. Поликлиновый ремень хорошо функционирует на любых шкивах, что позволяет использовать генераторы с большой частотой вращения якоря.

Неисправности автогенераторов и способы их устранения

При работе генераторов могут возникать неисправности механического и электрического характера. Зачастую одна вовремя не исправленная поломка становится причиной других. Признаки повреждения генератора:

  • мигание или постоянная работа лампы зарядки при работающем моторе;
  • недостаточная зарядка или перезаряд аккумулятора;
  • тусклый свет внешней световой сигнализации;
  • пульсации свечения ламп;
  • значительное увеличение яркости свечения ламп при повышении оборотов;
  • посторонние звуки, источником которых является генератор или привод.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector