Меню

Автомобили с генератором электричества

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Источник

Какой генератор подходит для электромобиля: зачем нужен, виды, принцип работы

Электромобили отлично подходят для коротких поездок. Беспокойство возникает, когда нужно отправиться на таком транспортном средстве (ТС) в дальнюю поездку. Производители электромобилей стали разрабатывать ТС с генераторами, устанавливая их в багажник, придумали также трейлер на двух колёсах, в котором находится портативный бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Такие устройства могут заряжать автомобильные аккумуляторы на ходу, что устраняет необходимость в длительных остановках на станциях подзарядки.

  • Есть ли генератор в электромобиле?
  • Видео: Как работает электромобиль?
  • Зачем электрокару ДВС?
  • Зарядка от бензогенератора
  • Воздушный генератор

Есть ли генератор в электромобиле?

Аккумуляторы в электрических автомобилях не совпадают с типичными аккумуляторами ДВС. Аккумуляторы для электромобилей приводят в действие всё, что есть в автомобиле, а главное — электродвигатель. Почти во всех электромобилях используются литий-ионные батареи. Они более эффективны, чем другие аккумуляторы. Литий-ионные батареи более дорогие в производстве, чем никель-металлогидридные или свинцово-кислотные.

Электрическое ТС использует большой блок тяговых батарей для зарядки электродвигателя, и они должны быть подключены к зарядной станции или настенной розетке для зарядки. Поскольку работа автомобиля происходит за счёт электричества, он не выпускает выхлопных газов и не содержит типичных компонентов жидкого топлива, таких как топливный насос, топливопровод или топливный бак.

Знаете ли вы? В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже показан полностью электрический Lohner-Porsche Semper Vivus. В то время это была настоящая сенсация от выдающегося конструктора Фердинанда Порше, который работал над четырёхколёсным шедевром вместе с австрийской фирмой.

В автомобиле с электроприводом вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электричество для питания автомобильных систем. Порт зарядки обеспечивает автомобилю подключение к внешнему источнику питания для зарядки тягового аккумулятора. Преобразователь постоянного тока преобразует питание постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в питание постоянного тока низкого напряжения, которое необходимо для работы автомобильных систем и зарядки вспомогательной батареи.

Тяговый аккумулятор приводит в движение колеса автомобиля. В некоторых моделях используются моторы-генераторы, которые выполняют функции привода и регенерации. Бортовое зарядное устройство выполняет функцию приёма поступающего электричества переменного тока, которое подаётся через зарядный порт, и преобразует его в постоянный ток для зарядки тягового аккумулятора.

Оно контролирует характеристики батареи:

  • напряжение;
  • ток;
  • температуру и состояние заряда, во время подзарядки батареи.

Знаете ли вы? Продажи электромобилей выросли на 81% с 2017 по 2018 гг., и к 2025 г., как полагают эксперты, положат конец «правлению» двигателя внутреннего сгорания.

Контроллер силовой электроники управляет потоком электроэнергии, поступающей от тягового аккумулятора. Этот блок управляет скоростью электрического тягового двигателя и крутящим моментом, который производит.

Тепловая система (охлаждение) поддерживает оптимальный диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов. Блок тяговых батарей служит накопителем электроэнергии для использования электрическим тяговым двигателем. Функция трансмиссии (электрической) заключается в передаче механической энергии от электрического тягового двигателя для привода колёс.

Видео: Как работает электромобиль?

Зачем электрокару ДВС?

У некоторых электрокаров-гибридов (Chevrolet Volt, Tesla Model S, Toyota Prius Prime и др.) установлен ДВС-генератор и электродвигатель. Подобные модели принято называть электрическим автомобилем с увеличенным запасом хода. К «чистому» варианту электромобилей они не относятся, т. к. у электрокаров нет выхлопной трубы и бензобака, а под капотом вместо огромного двигателя находится только электродвигатель и его контроллер.

Важно! Гибридный автомобиль, благодаря комбинации ДВС и системы электропривода аккумулятора, способен увеличить экономию топлива и уменьшить выбросы.

Гибридный электромобиль имеет ДВС и топливный бак традиционных ТС, а также аккумуляторную батарею и электродвигатель. Обычно он работает путём сбора и повторного использования энергии двигателя, работающего на бензине, который в противном случае был бы бесполезным в стандартных ТС.

Классический пример подзаряжаемого гибрида с внушительной батареей за задним сиденьем.

Основной принцип работы электроавтомобиля с ДВС заключается в том, что генератор, получая энергию от бензинового двигателя, подает её на аккумулятор и электродвигатель. Другими словами, это устройство, преобразующее топливо в электрическую энергию для аккумулятора и двигателя.

Большинство гибридных моделей используют коробку передач, существующую в стандартных бензиновых автомобилях. Однако сейчас автопроизводители пытаются разработать нечто новое для гибридных версий. В некоторых автомобилях, к примеру в Toyota Prius, используются новые трансмиссии, отличающиеся от тех, что находятся в обычных автомобилях. Трансмиссия работает за счёт механической энергии, которую либо бензиновый генератор, либо аккумулятор подаёт через электродвигатель.

Во время сильного ускорения бензиновый двигатель и электродвигатель работают сообща для увеличения мощности на колеса. Совместные усилия возможны только благодаря трансмиссии с разделением мощности, которая объединяет крутящий момент. В то же время бензиновый мотор питает генератор. Электродвигатель использует электричество от батареи и генератора по мере необходимости.

Рекомендуем для прочтения:

  • Лучшие бюджетные электромобили
  • Как выбрать электромобиль и ТОП лучших электромобилей в России
  • Двигатели для электромобиля: как устроены и принцип их работы
  • Транспортный налог на электромобиль: размер, как рассчитать

Зарядка от бензогенератора

Портативный генератор, работающий на бензине, действительно может заряжать электромобиль. Его используют в чрезвычайной ситуации, допустим, в качестве резервного источника питания на случай перебоев в подаче электроэнергии.

Автомобилисты отмечают этот способ зарядки не очень удобным из-за сильного шума мотора. Только, если бензогенератор располагается в двухколёсном прицепе, шумовой эффект снижается. Управляется такое устройство легко, с помощью мобильного приложения.

Важно! Если заряд аккумулятора сохранился ниже 95%, автомобиль будет «вытягивать» из преобразователя максимум, и поэтому будет всё время работать не на штатной, а на пиковой мощности.

Воздушный генератор

С помощью ветрогенератора крупные концерны по производству электромашин пытаются решить разные задачи:

  • Минимизировать затраты энергии на охлаждение или обогрев салона.
  • Увеличить продолжительности езды без дополнительной зарядки.
  • Обеспечить минимальные затраты на питание бортовых энергопотребителей.

Принцип работы ветрогенератора таков, что воздушный поток генерируется автомобилем, когда он начинает двигаться, т. е. встречный поток воздуха вращает ветроколесо, а оно вырабатывает электроэнергию, которая поступает в автомобильную аккумуляторную кислотную батарею (АКБ). Энергия, которая вырабатывается, зависит от скорости автомобиля.

Если сделать расчёт мощности, генерируемой ветром, то станет понятно, что значительное количество электроэнергии (около 3,26 кВт) восстанавливается для аккумуляторов, когда автомобиль движется со скоростью 120 км/ч.

Портативный генератор — полезное устройство, которое может пригодиться в качестве резервного источника питания на случай истощения заряда в электромобиле и невозможности подзарядиться привычным способом.

Источник

Adblock
detector