Принцип работы и схема подключение генератора

Схема автомобильного генератора: принцип работы

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.

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.

Схема автомобильного генератора ВАЗ 2106:

Схема автомобильного генератора ВАЗ 2110:

Схема соединений системы генератора:

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».

Что представляют собой эти схемы?

• «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.

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.

Конструкции регуляторов напряжения:

гибридное исполнение – использование радиоэлементов и электронных приборов в электронной схеме вместе;

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:

Клиновый ремень имеет предпосылки для быстрого изнашивания, (это зависит от определённого диаметра шкива) так как область применения клинового ремня ограничивается размерами ведомого шкива.

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.

Принцип работы автомобильного генератора

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. Обмотки статора пронизываются магнитным полем ротора. На выводах обмоток статора возникает переменное напряжение. С достижением определённой частоты вращения, обмотка возбуждения запитывается непосредственно от генератора, то есть, генератор переходит в режим самовозбуждения.

Переменное напряжение преобразуется выпрямительным блоком в постоянное. В этом состоянии генератор занимается обеспечением требуемого тока для зарядки питания потребителей и аккумуляторной батареи.

Регулятор напряжения включается в работу при изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Он занимается регулировкой времени включения обмотки возбуждения. Время включения обмотки возбуждения уменьшается при уменьшении внешней нагрузки и возрастании частоты вращения генератора. Время увеличивается при увеличении нагрузки и уменьшении частоты вращения. Когда же потребляемый ток превышает возможности генератора, включается в работу аккумуляторная батарея. На панели приборов имеется контрольная лампа, контролирующая работоспособное состояние генератора.

Основные параметры генератора:

• номинальное напряжение;
• номинальная частота возбуждения;
• номинальный ток;
• частота самовозбуждения;
• КПД (коэффициент полезного действия).

Номинальное напряжение составляет 12 либо 24 В, величина напряжения зависит от конструкции электрической системы. Номинальным током считается максимальный ток отдачи при номинальной частоте вращения (она составляет 6 000 оборотов в минуту).

Токоскоростная характеристика – это зависимость силы тока от частоты вращения генератора.

Кроме номинальных значений, токоскоростная характеристика имеет и другие точки:

• минимальный ток и минимальную рабочую частоту вращения (40-50% от номинального тока составляет минимальный ток);
• максимальный ток и максимальную частоту вращения (не более чем на 10% максимальный ток превышает номинальный).

Видео

Простые способы и схемы подключения автомобильного генератора

Основным источником электрической энергии в любом транспортном средстве является генератор. Благодаря этому узлу питается все электрооборудование авто, поэтому он всегда должен быть работоспособным. Что представляет собой схема подключения генератора, какое его устройство и принцип действия, и как произвести диагностику агрегата? Об этом мы расскажем ниже.

Устройство и принцип работы

Как известно, основное предназначение генераторного устройства заключается в преобразовании механической энергии в электрическую. Благодаря этому узел восстанавливает емкость аккумуляторной батареи, а также позволяет питать все электрооборудование в автомобиле. Генераторное устройство находится в передней части силового агрегата и приводится в движение коленвалом.

Подробнее об основных элементах и принципе действия:

1. Роторный механизм. Этот элемент представляет собой вал с установленной обмоткой возбуждения. Обе половины данной обмотки находятся в противоположных полюсных половинах узла. Роторный механизм приводится в движение благодаря ременной передаче привода.
2. Контактные кольца используются для запитки обмотки.
3. Статорный механизм — состоит из обмотки и сердечника. Этот элемент предназначен для выработки тока переменного значения. Выработанный механизмом ток через кольца подается дальше по электроцепи.
4. Для того, чтобы выработанный ток возбуждения успешно попал на кольца, используются щетки. Эти элементы, как показывает практика, зачастую выходят из строя по причине износа.
5. Выпрямительный блок. Этот компонент предназначен для преобразования переменного напряжения. Конструктивно данное устройство состоит из пластин с установленными диодными элементами. В зависимости от распиновки агрегата, схема подключения автомобильного генераторного устройства может включать в себя отдельную пару диодов обмотки. В данном случае напряжение не сможет проходить через аккумуляторную батарею при заглушенном моторе.
6. Реле регулятора. Этот элемент предназначен для поддержания определенного уровня напряжения в бортовой сети в нормированных пределах. Реле регулятора напрямую влияет на частоту, а также продолжительность сигналов тока. Непосредственно сам регулятор конструктивно включает в себя контроллеры, а также исполнительные компоненты. Их назначение заключается в определении времени, на протяжении которого обмотка должна быть подключена к сети. Если реле регулятора по каким-то причинам выходит из строя, пропадает стабилизация поступающего напряжения на аккумуляторную батарею.
7. Корпус устройства, в котором расположены основные детали и компоненты агрегата. Сам корпус обычно выполнен из алюминия, поэтому его вес относительно небольшой. Корпус установки позволяет оперативно рассеять тепло, в результате чего температурный режим не доходит до критической отметки. Также корпус является немагнитным (автор видео о принципе действия устройства — Михаил Нестеров).

Проверка неисправного генератора

Рассмотрим основные неисправности, характерный для генераторных автомобильных установок:

1. Обрыв в электроцепи, замыкания и прочие повреждения. Для диагностики такой неисправности нужно проверить количество ампер, а также уровень напряжения на выходе устройства. В соответствии с полученными данными подбирается решение этой проблемы.
2. Часто наши соотечественники сталкиваются с такой проблемой, как износ графитовых щеток, регулятора напряжения, а также диодного моста. Все изношенные и вышедшие из строя элементы подлежат ремонту, но обычно они меняются. Отдельно следует сказать про регулятор — как сказано выше, он обеспечивает оптимальный заряд аккумуляторной батареи в соответствии с температурой в моторном отсеке. Таким образом, устройство автоматически выявляет количество вольт для АКБ при текущих условиях. В зависимости от модели генераторной установки, может использовать регулятор с ручным переключением в соответствии с временем года, в данном случае минусовые температуры будут не страшны устройству. О поломке реле может сообщить нестабильное напряжение в системе — к примеру, тусклый свет фар, который становится более ярким при нажатии на педаль газа.
3. Выход из строя подшипников. О выходе из строя данных элементов может сообщить повышенная шумность, но этот же признак свидетельствует и о недостаточной смазки.
4. Шуи и вой. При таких симптомах следует проверить сепараторные элементы, дорожки качения, контактные кольца на предмет проворота. Также такой симптом может сообщить о возможном межвитковом замыкании обмоток статорного механизма или тягового реле. В принципе при появлении сторонних звуков следует также произвести диагностику состояния контактов.
5. Температура работоспособной генераторной установки может составлять до 90 градусов, но если имеется явный перегрев, следует произвести диагностику работоспособности диодного моста. Также нужно убедиться в том, что к бортовой сети автомобиля подключено не много дополнительных устройств и приборов. При критическом повышении температуры в первую очередь потемнеет изоляция обмотка статорного механизма, более того, она может расплавиться.
6. Износ ремня генераторной установки. В том случае, если износится и порвется ремень генератора, это приведет к некорректной работе агрегата в целом, то есть все потребители энергии в авто будут питаться от аккумуляторной батареи. При обрыве ремня генератор перестает функционировать, поэтому у водителя есть время только добраться до ближайшего СТО или гаража для устранения проблемы. Об износе могут сообщить скачки напряжения в бортовой сети автомобиля. Необходимо проверить целостность ремешка, обратить внимание на его состояние — трещины и другие виды повреждений на ремне не допускаются. Если они имеются, то нужно понимать, что в скором времени ремень придется менять.

Фотогалерея «Основные неисправности генератора»

О выходе из строя агрегата также может сообщить и слишком слабый заряд аккумуляторной батареи либо отсутствие напряжения на его выводах. Также признаком неисправности устройства является некорректное функционирование индикации и оборудования.

Возможные способы подключения узла

Как произвести установку и как подключить агрегат? В целом схема подключения узла аналогична для всех легковых транспортных средств. Незначительные различия связаны с качеством изготовления установки, ее мощностью, а также расположением узлов в моторном отсеке. Все автомобили оборудуются генераторами переменного тока, оснащенные регулятором напряжения.

Заключение

Сам по себе генератор представляет собой достаточно сложный по конструкции и принципу действия агрегат, работа которого во многом определяет работоспособность авто в целом. Из-за того, что узел питает все электрооборудование в автомобиле, он считается основным элементом в бортовой сети транспортного средства. При появлении первых признаков неисправности в его работе следует максимально быстро заняться диагностикой и устранением неполадок, поскольку это может привести к серьезным последствиям. Ремонт можно доверить специалистам или выполнить самостоятельно — на нашем сайте представлено множество статей на эту тему.

Видео «Диагностика и ремонт генераторной установки»

Подробная инструкция на тему самостоятельной диагностики, а также ремонта агрегата в гаражных условиях описана в ролике ниже (автор видео — Вячеслав Ляхов).

Принцип работы автомобильного генератора, его устройство и схема подключения

Любая автомашина оборудуется бортовой электросетью, на которую возлагается множество задач – от пуска двигателя посредством электрического стартера и выработки искры, которая воспламеняет топливовоздушную смесь до обеспечения работы фар, магнитолы, сигнализации и других устройств. Все перечисленное оборудование потребляет электроэнергию, которая вырабатывается двумя элементами – генератором и аккумулятором. В этой статье мы расскажем о том, как устроен и работает автомобильный генератор, каковы его основные неисправности и на что нужно обратить внимание при эксплуатации.

Как устроен электрогенератор?

Основная деталь аппарата – корпус, состоящий из двух крышек и выполненный из алюминиевого сплава, обеспечивающего эффективный отвод излишков теплоты. На корпусе предусматривается крепежный фланец либо прилив со сквозным отверстием под длинный болт (в зависимости от марки автомобиля). В целом устройство агрегата выглядит так:

1. Передняя и задняя крышки корпуса стянуты между собой винтами, изнутри к ним крепится неподвижная обмотка статора.
2. На торцах крышек сделаны отверстия, куда запрессовываются подшипники вала ротора. Также по бокам предусмотрены вентиляционные проемы, служащие для охлаждения внутренностей генератора.
3. Ротор, вращающийся внутри корпуса на подшипниках, представляет собой вал со второй обмоткой и двумя металлическими втулками, имеющими клиновидные вырезы. Со стороны передней крышки к валу гайкой прикручен приводной шкив.
4. Снаружи задней крышки расположены медные контактные кольца и графитовые щетки, вставленные в специальные гнезда – щеткодержатели. Рядом на пластине в виде подковы собрана выпрямительная схема на диодах (иначе – диодный мост).
5. Элементы передачи тока от ротора (щетки, кольца) и диодная схема закрыты снаружи защитным кожухом с многочисленными отверстиями для охлаждения. На заднем конце вала (под кожухом) закреплена крыльчатка, прогоняющая воздух сквозь корпус агрегата.

Устройство генератора электрического тока мало изменилось с момента его изобретения. Данный агрегат, предназначенный для преобразования энергии вращения в электричество, отличается совершенной конструкцией и высокой эффективностью. КПД аппарата составляет 98–99%!

Поскольку токоведущие скользящие контакты (щетки) являются слабым звеном конструкции и быстро истираются, в более современных генераторах реализован безщеточный способ передачи тока. В процессе задействована установленная на валу звездочка и дополнительная обмотка, прикрепленная изнутри к торцу задней крышки.

Невзирая на кажущуюся сложность конструкции автомобильного электрогенератора, разобрать его довольно просто. Чтобы вытащить ротор, достаточно открутить кожух и винты, стягивающие 2 крышки, предварительно сняв приводной шкив.

Для чего в генераторе регулятор 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.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

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.

Принцип работы автомобильного генератора

Автомобильный генератор предназначен для преобразования энергии вращения двигателя в электрический ток, который используется для зарядки аккумулятора и питания электрооборудования машины. Устройство приводится в действие от коленчатого вала ременной передачей. К его главным параметрам относят номинальную силу тока и напряжение, номинальную частоту вращения и самовозбуждения, а также КПД.

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.

Сколько ампер выдает генератор автомобиля

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.

Устройство автомобильного генератора

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.

Ротор

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

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). Обмотки могут укладываться одним из двух способов: петлевым или волновым. Схема их соединения также может быть разной – в форме звезды или треугольника.

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.

Регулятор напряжения

Регулятор нужен для того, чтобы поддерживать величину напряжения на выходе в установленных пределах. Это необходимо, поскольку количество тока, как и его параметры, зависит от числа оборотов двигателя, а долговечность аккумулятора напрямую связана с подаваемой разностью потенциалов. Недостаточное напряжение приведет к «хроническому» недозаряду АКБ, а избыточное – к перезаряду. Как в первом, так и во втором случае срок службы батареи заметно снизится. Современные автомобили комплектуются электронными полупроводниковыми регуляторами.

Диодный мост (выпрямительный блок)

Задача этого элемента заключается в том, чтобы преобразовывать переменный ток, поступающий на него, в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Конструктивно он состоит из теплоотводящих пластин, в которые вмонтированы диоды в количестве 6 штук – по 2 на каждую статорную обмотку (на «+» и на «-»).

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.

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.

Частичный ремонт своими руками

Некоторые поломки генератора возможно устранить своими силами. При перегоревшем предохранителе, вышедшем из строя реле регулятора или отошедших контактах ремонт заключается в замене нерабочих деталей и зачистке контактов. Если поломка случилась внутри корпуса, потребуется его разборка. Генераторы различных марок автомобилей разбираются по-разному, но общий алгоритм одинаков, и состоит из действий, осуществляемых в следующем порядке:

1. Очистка корпуса от пыли и продувка его сжатым воздухом.
2. Снятие щеток и щеткодержателя, которые держит один винт. При этом проверяется их состояние: если щетки выступают меньше чем на 5 мм, их обязательно меняют на новые. Также прочищают гнезда крепления, которые при эксплуатации забиваются угольной пылью, смешанной с маслом.
3. Если необходимо полностью разобрать устройство, нужно демонтировать шкив. Для этого применяют специальный захват, выполненный в виде двух полуколец, предварительно окрутив гайку шкива. Данная работа требует определенного опыта и навыка.
4. Отсоединение задней крышки со стороны привода и контактных колец. Также снимаются статор, корпус выпрямительного блока и ротор.
5. Отсоединение проводов от выпрямительного блока, после чего он извлекается, и статора.

При отсутствии опыта ремонта генераторов или подобных изделий, ремонт своими руками возможен только в отношении мелких неисправностей, таких как замена блока реле напряжения, щеток, несложная пайка или зачистка контактов. Замена обмоток, подшипников, ремонт блока регулировки или диодного моста производится в условиях мастерской с наличием специального оборудования квалифицированным специалистом.

Зарядка аккумулятора автомобиля генератором

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.

Самодельный асинхронный генератор

Для питания бытовых устройств и промышленного оборудования необходим источник электроэнергии. Выработать электрический ток возможно несколькими способами. Но наиболее перспективным и экономически выгодным, на сегодняшний день, является генерация тока электрическими машинами. Самым простым в изготовлении, дешёвым и надёжным в эксплуатации оказался асинхронный генератор, вырабатывающий львиную долю потребляемой нами электроэнергии.

Применение электрических машин этого типа продиктовано их преимуществами. Асинхронные электрогенераторы, в отличие от синхронных генераторов, обеспечивают:

• более высокую степень надёжности;
• длительный срок эксплуатации;
• экономичность;
• минимальные затраты на обслуживание.

Эти и другие свойства асинхронных генераторов заложены в их конструкции.

Устройство и принцип работы

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.

Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.

Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).

Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе

Принцип действия

По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.

В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.

При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.

Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.

На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.

Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора

Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями

Отличие от синхронного генератора

Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).

Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.

Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:

• ИБП;
• регулируемые зарядные устройства;
• современные телевизионные приёмники.

Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.

Классификация

Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.

На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.

Рис. 5. Типы асинхронных генераторов

Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.

Область применения

Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.

Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают переносные бензиновые генераторы, их используют для мощных мобильных и стационарных дизельных генераторов.

Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.

Сфера применения довольно обширная:

• транспортная промышленность;
• сельское хозяйство;
• бытовая сфера;
• медицинские учреждения;

Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.

Асинхронный генератор своими руками

Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):

Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами

Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.

Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.

Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.

Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.

Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6.

При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.

Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1

Принцип работы автомобильного генератора, его устройство и схема подключения

Любая автомашина оборудуется бортовой электросетью, на которую возлагается множество задач – от пуска двигателя посредством электрического стартера и выработки искры, которая воспламеняет топливовоздушную смесь до обеспечения работы фар, магнитолы, сигнализации и других устройств. Все перечисленное оборудование потребляет электроэнергию, которая вырабатывается двумя элементами – генератором и аккумулятором. В этой статье мы расскажем о том, как устроен и работает автомобильный генератор, каковы его основные неисправности и на что нужно обратить внимание при эксплуатации.

Как устроен электрогенератор?

Основная деталь аппарата – корпус, состоящий из двух крышек и выполненный из алюминиевого сплава, обеспечивающего эффективный отвод излишков теплоты. На корпусе предусматривается крепежный фланец либо прилив со сквозным отверстием под длинный болт (в зависимости от марки автомобиля). В целом устройство агрегата выглядит так:

1. Передняя и задняя крышки корпуса стянуты между собой винтами, изнутри к ним крепится неподвижная обмотка статора.
2. На торцах крышек сделаны отверстия, куда запрессовываются подшипники вала ротора. Также по бокам предусмотрены вентиляционные проемы, служащие для охлаждения внутренностей генератора.
3. Ротор, вращающийся внутри корпуса на подшипниках, представляет собой вал со второй обмоткой и двумя металлическими втулками, имеющими клиновидные вырезы. Со стороны передней крышки к валу гайкой прикручен приводной шкив.
4. Снаружи задней крышки расположены медные контактные кольца и графитовые щетки, вставленные в специальные гнезда – щеткодержатели. Рядом на пластине в виде подковы собрана выпрямительная схема на диодах (иначе – диодный мост).
5. Элементы передачи тока от ротора (щетки, кольца) и диодная схема закрыты снаружи защитным кожухом с многочисленными отверстиями для охлаждения. На заднем конце вала (под кожухом) закреплена крыльчатка, прогоняющая воздух сквозь корпус агрегата.

Устройство генератора электрического тока мало изменилось с момента его изобретения. Данный агрегат, предназначенный для преобразования энергии вращения в электричество, отличается совершенной конструкцией и высокой эффективностью. КПД аппарата составляет 98–99%!

Поскольку токоведущие скользящие контакты (щетки) являются слабым звеном конструкции и быстро истираются, в более современных генераторах реализован безщеточный способ передачи тока. В процессе задействована установленная на валу звездочка и дополнительная обмотка, прикрепленная изнутри к торцу задней крышки.

Невзирая на кажущуюся сложность конструкции автомобильного электрогенератора, разобрать его довольно просто. Чтобы вытащить ротор, достаточно открутить кожух и винты, стягивающие 2 крышки, предварительно сняв приводной шкив.

Для чего в генераторе регулятор 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.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

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.

Принцип работы автомобильного генератора

Автомобильный генератор предназначен для преобразования энергии вращения двигателя в электрический ток, который используется для зарядки аккумулятора и питания электрооборудования машины. Устройство приводится в действие от коленчатого вала ременной передачей. К его главным параметрам относят номинальную силу тока и напряжение, номинальную частоту вращения и самовозбуждения, а также КПД.

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.

Сколько ампер выдает генератор автомобиля

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.

Устройство автомобильного генератора

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.

Ротор

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

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). Обмотки могут укладываться одним из двух способов: петлевым или волновым. Схема их соединения также может быть разной – в форме звезды или треугольника.

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.

Регулятор напряжения

Регулятор нужен для того, чтобы поддерживать величину напряжения на выходе в установленных пределах. Это необходимо, поскольку количество тока, как и его параметры, зависит от числа оборотов двигателя, а долговечность аккумулятора напрямую связана с подаваемой разностью потенциалов. Недостаточное напряжение приведет к «хроническому» недозаряду АКБ, а избыточное – к перезаряду. Как в первом, так и во втором случае срок службы батареи заметно снизится. Современные автомобили комплектуются электронными полупроводниковыми регуляторами.

Диодный мост (выпрямительный блок)

Задача этого элемента заключается в том, чтобы преобразовывать переменный ток, поступающий на него, в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Конструктивно он состоит из теплоотводящих пластин, в которые вмонтированы диоды в количестве 6 штук – по 2 на каждую статорную обмотку (на «+» и на «-»).

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.

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.

Частичный ремонт своими руками

Некоторые поломки генератора возможно устранить своими силами. При перегоревшем предохранителе, вышедшем из строя реле регулятора или отошедших контактах ремонт заключается в замене нерабочих деталей и зачистке контактов. Если поломка случилась внутри корпуса, потребуется его разборка. Генераторы различных марок автомобилей разбираются по-разному, но общий алгоритм одинаков, и состоит из действий, осуществляемых в следующем порядке:

1. Очистка корпуса от пыли и продувка его сжатым воздухом.
2. Снятие щеток и щеткодержателя, которые держит один винт. При этом проверяется их состояние: если щетки выступают меньше чем на 5 мм, их обязательно меняют на новые. Также прочищают гнезда крепления, которые при эксплуатации забиваются угольной пылью, смешанной с маслом.
3. Если необходимо полностью разобрать устройство, нужно демонтировать шкив. Для этого применяют специальный захват, выполненный в виде двух полуколец, предварительно окрутив гайку шкива. Данная работа требует определенного опыта и навыка.
4. Отсоединение задней крышки со стороны привода и контактных колец. Также снимаются статор, корпус выпрямительного блока и ротор.
5. Отсоединение проводов от выпрямительного блока, после чего он извлекается, и статора.

При отсутствии опыта ремонта генераторов или подобных изделий, ремонт своими руками возможен только в отношении мелких неисправностей, таких как замена блока реле напряжения, щеток, несложная пайка или зачистка контактов. Замена обмоток, подшипников, ремонт блока регулировки или диодного моста производится в условиях мастерской с наличием специального оборудования квалифицированным специалистом.

Зарядка аккумулятора автомобиля генератором

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.