Сила тока возбуждения автомобильного генератора

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

Разберемся как возбудит генератор напрямую без аккумулятора

Многих автомобилистов интересует, как можно возбудить генератор напрямую, без использования аккумулятора. Это нужно тем, кто часто ездит на большие расстояния, а автомобиль без зарядки АКБ от генератора проработает не дольше пары часов. Ниже рассмотрим, как это сделать.

Немного об эффекте возбуждения

Напряжение, формируемое генератором при разных оборотах работы мотора, регулируется обмотками возбуждения. Сила тока поддерживается на постоянном напряжении в пределах 13.8-14.2 В. Для обеспечения питанием всех систем автомобиля, в нем предусмотрен регулятор напряжения (РН). Устройство размещается внутри генератора и встречается как в отечественном автопроме, так и на машинах зарубежного производства. В народе его называют шоколадкой либо таблеткой.

Генератор соединяется с аккумуляторной батареей плюсовым выводом «30» (часто встречается название «плюс», «В» или «ВАТ»). Зажим с отрицательным потенциалом обозначается как «31» (встречается название «D» и «В-»). Контакт от «шоколадки», который используется для подачи напряжения от сети автомобиля после включения зажигания, обозначается как вывод «15» («S»). Контакт для подачи питания на индикатор зарядки отмечается как «61» («D+»).

Прекращение подзарядки аккумулятора от генератора, в большинстве случаев, указывает на выход из строя «таблетки». Но не стоит расстраиваться, ведь в таком случае можно подать напряжение на обмотки возбуждения и добраться до ближайшего магазина либо автосервиса. Итак, чтобы не разрядить батарею в ноль, потребуется отсоединить «таблетку», а после возбудить генератор.

Схема генератора

Чтобы суметь в нужный момент возбудить генератор, без применения аккумулятора, следует внимательно изучить схему и принцип действия разных модификаций агрегатов. Важным моментом является понимание того, для чего он нужен вообще и какие именно функции выполняет.

Говоря простым языком генератор – это устройство, которое служит для преобразования механической энергии в электрическую. Он обеспечивает питанием все потребители электрического тока в автомобиле и подзаряжает АКБ во время работы двигателя. Размещается он в передней части мотора, а работает за счет кривошипного вала. На «гибридах» генератор используется как стартер. Однако такая схема иногда встречается и на авто с двигателем внутреннего сгорания, имеющих систему «стоп-старт».

Исходя из этого можно сделать вывод, что генераторы бывают двух типов, отличающихся по конструкции. Главное их различие заключается в том, как располагается выпрямительный блок, приводной шкив и вентилятор. Помимо этого, генераторы имеющие разную схему, отличаются и габаритными размерами. Основные параметры, независимо от типа, остаются одинаковыми – все они имеют в конструкции ротор (индуктор), статор и т.д.

Ниже приведена схема генератора отечественного производства. Встречается он практически на всех моделях авто нашего производства.

А это более современная схема, часто встречается на ВАЗ от «восьмерки» и выше.

Теперь рассмотрим схему подключения генератора и как он работает.

Основная задача, которую выполняет ротор генератора – создает магнитополе. В этих целях вал имеет обмотку возбудителя (или ВО). Он располагается на выступах «плюсовых» половинок. На валу тоже имеется контактная группа, которая состоит из двух медных ободков. По ним проходит напряжение на обмотку возбуждения, для этого они припаиваются к контактам ВО.

Важно! Иногда встречаются кольца из других металлов, например латунь либо сталь.

Помимо этого, на вал устанавливаются и крыльчатка вентилятора. Там же крепится и приводной шкив (ВПД). Еще одним важным узлом ротора является подшипник.

Относительно функций статора – он преобразовывает постоянное напряжение в переменное и состоит из металлического сердечника набранного из пластинок и обмотки. Статор имеет 46 специальных пазов, в которые укладывается обмотка. Он позволяет разместить в себе три обмотки, благодаря чему можно получить трехфазное соединение.

Выпрямительный блок служит для преобразования тока, который производится генератором из переменного в постоянный для последующей подачи его на потребители. Блок состоит из шести полупроводниковых диодов, на каждую фазу по два – плюс и минус генератора.

Щетки нужны для передачи вырабатываемого тока на кольца возбудителя. Состоят они из графитового элемента, щеточек, пружин для удержания и поджима. На современных генераторах этот узел совмещен с регулятором в единое целое.

«Шоколадка» необходима для поддержания токов генератора в заданных значениях. Сегодня можно встретить электронные либо гибридные регуляторы. В гибридном исполнении в схеме имеются радиодетали и электроприборы. В электронных – части выполнены при помощи технологий ТМТ.

Привод генератора работает благодаря вращениям ременной передачи. Это придает такую же скорость вращения и индуктору, что и требуется для его нормальной работы.

Отсюда в большинстве моделей генераторов обмотка возбуждения подключена отдельной группой, которая состоит из двух полупроводниковых диодов. Диодная схема чаще называется выпрямителем, и препятствует перетеканию тока из аккумулятора обратно по цепи в генератор при стоячем двигателе.

Стоит знать. При соединении обмотки схемой «звездочка» на нулевой вывод устанавливается два дополнительных силовых диода, это позволяет повысить мощность генератора на 15 %. Выпрямительный блок устанавливается на генератор с помощью припайки либо фиксируется механическим способом.

Регулятор является крайне важной деталью в схеме генератора, он отвечает за стабилизацию напряжения при изменениях частоты вращения кривошипного вала. Этот процесс полностью автоматический и проходит путем воздействия на обмотку возбуждения. То есть регулятор отвечает за частоту напряжения и длительность импульсов.

Интересно. Регулятор изменяет силу тока, которая подается на аккумулятор благодаря термокомпенсации напряжения. Проще говоря, чем теплее, тем меньше тока поступает на АКБ.

Как возбудить генератор

Что же потребуется для возбуждения генератора. Как упоминалось ранее следует первым делом снять «шоколадку», так как причина поломки кроется в ней. Затем соединяются плюсовые контакты на обоих устройствах, а минусовые в регуляторе разрезается и соединяется с «массой» щеток.

На клемме «30» генератора заизолировать провод. К выводной цепи «15» подключить индикатор не менее 15 Ватт. Это относится к генераторам серии Г222. На других моделях агрегатов возбуждение проводится способом подключения к выводу «В».

Схема самовозбуждения генератора.

На схеме отмечены диоды, которые бывают только на современных типах генераторов, на более ранних версиях их нет. Правильнее сказать, что схема в которой нет этих диодов – классическая, с ними – более новая.

У некоторых моделей генераторов якоря имеют в конструкции щетки. Их тоже нужно снять, а таблетку высверлить. Один из контактов подключается к плюсу якоря через диод, второй – к минусу.

Ток начинает поступать не сразу, а только после набора определенного числа оборотов. Исходя из показаний тахометра можно определить, что подача пойдет только после 4 тыс. оборотов в минуту. То есть разгоняем двигатель до 4 000 появляется напряжение, сбрасываем обороты до 1 000 напряжение пропадет. Это и есть принцип выработки тока при самовозбуждении.

Некоторые марки авто имеют малооборотистую силовую установку. В таком случае для увеличения начально скорости вращения придется что-то проделать со шкивом. На обычных моторах проблем возникнуть не должно.

Разбираем далее. Важно знать, что на выходе генератора мы получим не 12 В. При отсутствии регулятора (таблетки) агрегат выдаст все, что сможет в зависимости от оборотов, временами даже до 30 В. Например, при старте этот показатель подпрыгивает до 36 В. Увидеть это можно, подключив лампу под соответствующее напряжение на вывода генератора. А после, постепенно падает до 20 вольт.

Конечно, схему можно и доработать. Например, путем добавления конденсатора на плюсовый провод идущий к якорю. Это нужно для того, чтобы при снижении числа оборотов мотора не падало напряжение. Качественный конденсатор также будет не лишним на выходе, это обеспечит сглаживание первого скачка напряжения и регулирование последующих спадов.

Собирая такую схему стоит помнить о выдаче большого напряжения. Оно значительно выше нормальных 12 В, поэтому существует опасность спалить лампочку, ЭБУ и другую электронику автомобиля.

Помните! При работе от самовозбуждения генератор будет передавать всю выделяемую электроэнергию, которую сможет выработать, а это может вызвать сильный перегрев и самого агрегата. Небольшая перегрузка и можно идти за новым агрегатом. Соответственно применять такой способ рекомендуется только в случае крайней необходимости.

Основные неисправности генератора

Рассмотрим наиболее распространенные неисправности, характерные для автомобильного генератора:

Обрывы электроцепей, короткие замыкания и другие повреждения. Чтобы диагностировать такой дефект, необходимо проверить силу тока и показатель напряжения на выходных контактах агрегата. Исходя из полученной информации принимается решение о дальнейших действиях.
Также автомобилисты часто встречаются с такой неисправностью, как чрезмерно изношенные графитовые щетки, регулятор напряжения либо диодный мост. Любую изношенную и вышедшую из строя деталь следует заменить на новую. Что касается регулятора, то как упоминалось выше, он обеспечивает оптимальную подзарядку автомобильного аккумулятора исходя из температуры в моторном отсеке. Другими словами, устройство в автоматическом режиме определяет нужное напряжение для батареи в данных условиях. В некоторых моделях генераторов встречается ручное переключение режимов в зависимости от времени года. В таком случае низкие температуры не окажут негативного влияния на работу устройства. О выходе из строя реле, просигнализируют перепады напряжения в системе – это может быть слабый свет фар во время езды, которые загораются ярче при увеличении оборотов двигателя.
Неисправные подшипники. В случае поломки этого элемента появятся посторонние повышенные шумы, хотя такой же симптом наблюдается и при плохой смазке узла.
Шумы и вой. В случае обнаружения таких признаков, необходимо провести проверку сепараторных элементов, дорожек качения, контактные кольца на наличие проворотов. Такие симптомы также могут говорить и о возможном возникновении межвиткового замыкания обмотки статорного элемента либо тягового реле. В любом случае при выявлении посторонних шумов во время работы генератора рекомендуется провести тщательную диагностику состояния контактов.
Рабочая температура генератора иногда может достигать 90 С, однако в случае явного перегрева, необходимо немедленно проверить работоспособность диодного моста. Помимо этого, следует определить не перегружена ли бортовая сеть автомобиля дополнительными приборами и сторонними устройствами. В случае критического повышения температур первым делом потемнеет изоляция обмотки статора, в худшем случае она может даже расплавиться.
Сильный износ ремня генератора. При чрезмерном износе ремень агрегата может попросту порваться, что ведет к его неправильной работе в целом. То есть в таком случае на все потребители будет расходоваться электроэнергия из аккумуляторной батареи авто. В случае обрыва ремня генератор перестает выполнять свои функции, а значит у водителя есть совсем немного времени, чтобы доехать до ближайшего автосервиса или СТО. На такой дефект могут указать перепады напряжения в бортовой сети машины. В таком случае следует проверить ремень на целостность, внимательно осмотреть его поверхность на наличие трещит, надрывав, расслоений и других механических повреждений. В случае их обнаружения его рекомендуется заменить сразу.

При обнаружении любого дефекта лучше сразу заняться его устранением самостоятельно либо обратиться в автосервис. В противном случае вы рискуете наткнуться на более дорогостоящий ремонт.

Как проверить генератор при помощи лампочки и мультиметра

Проверка работоспособности генератора возможна несколькими способами, для этого потребуется применять определенные методы – это может быть замер тока отдачи генератора, падения напряжения на проводах, соединяющих токовый вывод генератора с аккумулятором либо проверка регулируемого напряжения.

Для диагностики понадобится мультиметр, аккумуляторная батарея и лампочка с припаянными на ее контакты проводами, провода для соединения генератора с аккумулятором, а также можно взять дрель с определенной головкой – она возможно понадобится для прокрутки ротора через гайку шкива.

Схема подключения выглядит следующим образом: выходная клемма «B+» и ротор D+. Лампа врезается между выходом генератора и контактом D+. Затем силовыми проводами соединяются «минус» на аккумуляторе с массой генератора. «Плюс» от АКБ соответственно с плюсом генератора и выводом B+. Конструкция надежно закрепляется в тисках и подключается.

Мультиметр переводится в режим измерения постоянного напряжения, один щуп подключается к «плюсу» аккумулятора, а второй к «минусу». Если все исправно, то загорится лампа, а напряжение должно быть 12.4 вольта.

Затем, при помощи дрели крутиться генератор. В этот момент лампа должна погаснуть, а напряжение вырасти до 14.9 В. Затем добавляется нагрузка – для этой цели можно использовать галогенную лампочку Н4. Он также вешается на клеммы АКБ, после чего должна загореться.

Далее опять дрелью проворачивается генератор. Вольтметр должен фиксировать напряжение уже 13.9 вольт. Без дрели аккумулятор должен выдавать напряжение примерно 12.2 вольта. Если этого не происходит или показания сильно отличаются, значит генератор неисправен.

Вывод

Возбудить генератор без использования аккумулятора не так сложно, главное соблюдать последовательность и правильность действий. Не забывайте, что с отключенным регулятором агрегат выдает большее напряжение, поэтому не стоит давать большие обороты иначе можно сжечь бортовую электронику. Применяйте метод в случае крайней необходимости.

Источник