Взаимодействие АКБ и генератора
Каждый автомобилист со стажем сталкивался с ситуацией, когда при работающем двигателе постоянно горит лампочка аккумулятора (индикатор). Это говорит о не корректной работе системы электрооборудования, приведшей к прерыванию зарядки аккумуляторной батареи.
При запуске мотора аккумулятор теряет часть электроэнергии. Во время движения автомобиля АКБ непрерывно подзаряжается от генератора. Если обороты двигателя увеличиваются, напряжение, вырабатываемое генератором, растет. Для того, чтобы этот параметр оставался в пределах 13,5-14,2 В, в цепь возбуждения ротора вмонтировано регулировочное реле (реле напряжения).
Цепь подзарядки состоит из двух веток:
- одна из них соединяет АКБ и генератор, далее через замок зажигания и предохранитель соединяется с лампой зарядки аккумулятора;
- другая соединяет регулятор напряжения и лампочку.
Как только поворачивается ключ зажигания, напряжение через генератор и предохранитель подается на лампочку индикатора. Пока двигатель не функционирует, генератор не производит электричество, напряжения на второй ветке цепи нет. Разница потенциалов на контактах лампы приводит к ее загоранию, что говорит об отсутствии нарушений в цепи. После начала работы мотора электроэнергия от генератора передается одновременно на оба контакта, потенциалы выравниваются, лампочка выключается. По первой ветке цепи напряжение сразу поступает на АКБ для восполнения заряда.
Если двигатель автомобиля заведен, а лампочка аккумулятора продолжает светиться, значит не происходит зарядка батареи. Неисправностями, спровоцировавшими проблему могут служить:
- разрыв, проскальзывание или слабое натяжение ремня генератора;
- поломка или нарушение контакта предохранителя в монтажном блоке;
- ослабление или окисление контактов на батарее или генераторе;
- обрыв или нарушение изоляции проводов в цепи АКБ-генератор;
- нарушение целостности обмотки ротора или статора;
- износ щеток или зависание их в щеткодержателях;
- износ контактных колец коллектора;
- неисправное реле напряжения;
- не полный контакт провода массы.
Чтобы найти и исправить поломку, заранее нужно приготовить определенный инструмент:
- мультиметр;
- отвертки с плоским и крестообразным жалом;
- плоскогубцы;
- нож;
- контрольную лампочку на 12В;
- мелкозернистую наждачную бумагу.
Как определить поломку
Если загорелась лампа аккумулятора и не выключается при запущенном двигателе, первым делом проверяют зарядку. К освобожденным от проводов клеммам прикладывают электроды мультиметра. На корректно работающей и заряженной АКБ прибор показывает напряжение 12,2-12,5 В. При показателе ниже 12 В аккумулятор нуждается в дополнительной зарядке зарядным устройством. Следующим этапом должна быть диагностика генератора. Для этого к клеммам подключают провода и при работающем моторе мультиметром замеряют на них напряжение. На оборотах в холостую и при выключенных потребителях прибор должен показывать 13-14 В. При возрастании оборотов двигателя до 3000 в минуту напряжение повысится до 14,4-14,5 В. Далее, не снижая обороты, включают электроприборы, увеличивая нагрузку. Показатель не должен упасть ниже 13 В. Если напряжение не соответствует нормам или отсутствует, неисправен генератор.
Проверить исправность генератора можно старым «дедовским» способом. При заведенном двигателе откидывают провод с плюсовой клеммы АКБ. Если мотор заглох, генератор неисправен.
Важно! Эту диагностику необходимо проводить, одев диэлектрические перчатки. Хоть напряжение низкое, токи высокие и могут навредить организму.
Изменяющиеся от количества оборотов яркость подсветки приборной доски и оптики говорит о проблемах в работе генератора или ослаблении натяжения приводного ремня.
Протестировать реле напряжения можно, напрямую дав на его контакты напряжение с аккумулятора. Если на щетках генератора показатель равен 12 В, реле работает исправно. Если показатель не соответствует норме устройство меняют на новое.
Рассмотрим варианты иных поломок способы их диагностики и ремонта.
1. Симптомы: вольтметр на доске приборов демонстрирует заряд, лампа зарядки аккумулятора не включается, напряжение на клемах АКБ около 12 В, сам источник питания абсолютно разряжен.
Первоначально зачищают клеммы на батарее. Если ситуация не изменилась, то замеряют напряжение на генераторе. Для чего один электрод мультиметра прижимают к выводу «30», второй — к массе. В тех случаях когда напряжение превышает показатель на АКБ, то вывод «30» тщательно зачищают наждачкой. Помимо этого внимательно осматривают провод от генератора к батарее на целостность изоляции и обрыв. При необходимости его меняют на новый.
2. Симптомы: бортовой вольтметр и сигнальная лампа показывают зарядку, напряжение на клеммах аккумулятора — около 14 В, сама батарея разряжена, при усилении нагрузки (сигнал, включенные фары) стрелка вольтметра падает на минимум.
Частой причиной служит ослабление натяжения, износ или обрыв ремня генератора. Провисший ремень натягивают так, чтоб при надавливании рукой он прогибался на 1-1,5 см, изношенный меняют на новый. При износе одного из шкивов манипуляции с ремнем положительного результата не дадут, необходимо обратиться к специалистам.
Еще одной причиной может стать пробой одного из диодов генератора. Двигатель глушат и прозванивают мультиметром диодный мост полностью. Неисправные диоды меняют.
Также проверяют щетки генератора. При длине менее 5 мм их заменяют. Также уделяют внимание чистоте щеткодержателей. Попавшая в них грязь проводит к зависанию щеток. Износ контактных колец коллектора устраняют специалисты СТО.
3. Симптомы: при повороте ключа в замке зажигания лампочка аккумулятора не загорается, стрелка бортового вольтметра не шевелится, батарея не заряжается.
Первой причиной может служить перегорание предохранителя цепи зарядки. Если после его замены ситуация не изменилась, то поломку следует искать в реле или замке зажигания.
4. Симптомы: при включенном зажигании все приборы работают, индикатор зарядки не светится, зарядка отсутствует.
Первоначально снимают провод с вывода «61» на генераторе и подключают к минусу (кузову). Если зажглась лампочка аккумулятора, то замкнута или оборвана обмотка ротора.
Такие же симптомы выдает не плотный контакт в разъеме. В таком варианте все индикаторы могут гореть тускло, прерывисто или не зажигаться совсем. Когда контакты обработаны наждачной бумагой обработки и не горит только лампочка аккумулятора, значит она перегорела и требует замены.
5.Симптомы: при повороте ключа зажигания лампа зажигается, после запуска двигателя не перестает гореть, зарядка батареи прерывистая или отсутствует.
Причина может быть связана со слабым контактом провода и разъемом на панели приборов. Контакт зачищают наждачкой.
Движение на зарядке АКБ
Если в дороге зажглась лампа аккумулятора, а диагностировать и устранить неисправность нет возможности, можно добраться до ближайшего СТО, используя зарядку батареи. Если АКБ полностью заряжена, при условии минимизации расхода электроэнергии можно проехать до 50 км. Чтобы исключить перерасход энергии, следует отключить все электроприборы, оставив работающими только те, что необходимы для обеспечения безопасности движения (фары, габариты, повороты).
Если не корректная работа автомобиля связана с зарядкой АКБ, постоянно горит или не загорается лампочка аккумулятора, необходимо поэтапно проверить все версии, опираясь на симптомы поломки.Большую часть неисправностей устраняют путем очистки контактов или замены вышедших из строя деталей на новые. При ремонте генератора обращают внимание на состояние подшипников. Диагностировать его после ремонта нужно на специальном стенде.
Источник
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