Валы для генераторов автомобиля

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).

Автомобильный генератор

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.

Устройство генератора

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.

Ротор генератора

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.

Диодный мост

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 статьи: http://techautoport.ru/elektrooborudovanie-i-elektronika/istochniki-pitaniya/generator.html

ГЕНЕРАТОР АВТОМОБИЛЯ: ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВО, ФУНКЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИЕ

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется автомобильным генератором, каков принцип работы узла, из каких основных компонентов состоит устройство и как устроена эта деталь системы электроснабжения транспортного средства. Кроме того, расскажем про особенности, основные технические характеристики автомобильного генератора и чем различаются устройства друг от друга. В заключении мы поговорим о том, как правильно нужно эксплуатировать автомобильный генератор, для чего нужен регулятор напряжения в системе электроснабжения той или иной машины и что называется системой охлаждения устройства.

Итак, что же такое автомобильный генератор? Генератором или устройством электроснабжения автомобиля называется основной источник или поставщик электроэнергии любого современного транспортного средства. Чтобы понимать принцип работы генератора, необходимо знать, из каких главных компонентов состоит этот узел. Справочно заметим, что при запуске силовой установки, основным потребителем тока является стартер, сила тока в этот момент может достигать сотни ампер, что зачастую вызывает значительное падение заряда аккумуляторной батареи. Когда пуск двигателя осуществлен, генератор сразу же становится основным источником электроснабжения оборудования автомобиля.

Таким образом, генератор является источником постоянной подзарядки аккумулятора во время функционирования мотора. В том случае, если генератор перестанет работать, то аккумуляторная батарея довольно быстро разрядиться и сядет. Задача генератора заключается в подаче требуемого тока для заряда батареи и следовательно обеспечения оптимальной работы электрооборудования автомобиля. Отметим, что когда происходит подзарядка аккумулятора, то разность напряжения батареи и генератора становится незначительной, что в свою очередь приводит в понижению зарядного тока в цепи.

Для понимания того, как функционирует генератор, необходимо представлять его конструкцию и элементы, которые обеспечивают его оптимальную, а также бесперебойную работу. Первое с чего нужно начинать – это привод и крепление генератора. Как правило, привод генератора осуществляется от такой детали, как шкив коленчатого вала ременной передачи. Считается, что чем больше диаметр шкива на коленчатом валу, тем будет меньший диаметр шкива самого генератора, следовательно это ведет к более высоким рабочим оборотам электроснабжающего устройства, то есть генератора. Данный нюанс, говорит о том, что генератор в этом случае способен отдать больше тока своим потребителям, то есть электрооборудованию автомобиля.

На большинстве современных транспортных средствах привод в системе генератора выполняет расходных элемент под названием поликлиновый ремень, известный в народе, как ручейковый. Благодаря высочайшей гибкости этого расходного элемента, можно без труда устанавливать на генераторе шкив почти любого размера. Это в свою очередь позволяет получать на выходе высокие передаточные отношения, что дает возможность применять высокооборотистые устройства для снабжения автомобиля током.

Важным моментом в оптимальной работе ремня генератора играет его натяжение, которое фиксируется между натяжными роликами при неподвижном узле, то есть на неработающем двигателе машины.

УСТРОЙСТВО И СТРОЕНИЕ ГЕНЕРАТОРА АВТОМОБИЛЯ

Итак, какие компоненты включает в себя один из самых главных элементов системы электроснабжения автомобиля – генератор? Типовой генератор в свой состав включает статор с обмоткой, который зажат между 2-мя специальными крышками. Первая крышка называется передней, она идет со стороны самого привода и задней, которая располагается со стороны контактных колец. В большинстве случаев генераторы крепятся в области передней части силовой установки автомобиля при помощи специальных болтов расположенных на кронштейнах. Кроме вышеописанных элементов имеются еще крепежные лапы и проушина натяжного типа устройства. Эти детали располагаются на крышках. Ниже на изображении наглядно представлена типовая схема и основные компоненты автомобильного генератора.

КРЫШКИ КОРПУСА, ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СОПЛА И ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ ГЕНЕРАТОРА

Как правило, крышки корпуса генератора изготавливаются из легких сплавов алюминия и имеют специальные вентиляционные сопла, через которые проникает воздух и создает вентиляцию устройства. Типовые генераторы снабжаются вентиляционными соплами только в торцевой части, а устройства компактного типа в дополнение к торцевым вентиляционным окнам, компонуются еще отверстиями на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора.

Следующий элемент генератора, который стоит учитывать – это щеточный узел. Он располагается на крышке, со стороны контактных колец. Щеточный узел объединяется с регулятором напряжения и специальным выпрямительным элементом.

Алюминиевые крышки генератора стянуты между собой 3-мя или 4-мя винтами таким образом, что статор располагается между 2-мя крышками. Что касается посадочных поверхностей, то они, как бы обхватывают статор по наружной поверхности. Что касается статора, то он состоит из сердечника, обмотки, пазового клина, специального паза и вывода для соединения с выпрямителем.

Сам по себе статор генератора изготавливается из стальных листов с толщиной от 0,8 до 1 миллиметра, однако иногда делается в виде навивки на пластину, что напоминает смотанную проволоку в клубок. Когда производят пакет статора навивкой, то ярмо элемента над пазами зачастую имеет определенные выступы. По таким выступам фиксируется положение слоев друг относительно друга. Кроме того, данные выступы улучшают охлаждение статора, благодаря развитой внешней поверхности.

В связи с тем, что ежегодно автопроизводители все больше стараются экономить металл при изготовлении комплектующих для транспортных средств, то почти 90 процентов современных статоров делаются в виде пакетов с намоткой, которые набираются из отдельных подковообразных сегментов. Подковообразные сегменты, которые изготавливаются в виде отдельных листов металла, скрепляются между собой в единую монолитную конструкцию при помощи сварки или заклепок. Большинство генераторов машин обладают 36-ю пазами, в которых размещается обмотка статора. Сами по себе пазы изолированы специальной пленочной изоляцией, иногда напылением эпоксидного компаунда.

Следующим немаловажным элементом генератора идет ротор, который обладает полюсной системой, включающей в себя полюсные половины, обмотку возбуждения, контактные кольца и вал. Полюсные половины обладают 6-ю выступами в виде клюва на каждой из половин. Половины полюсного типа изготавливаются методом штамповки и зачастую имеют выступы. В случае отсутствия выступов, при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается специальная втулка с обмоткой возбуждения, которая намотана на основной каркас. Намотка делается только после установки втулки внутрь каркаса.

Такие детали ротора, как валы зачастую изготавливаются из автоматной стали мягких сплавов. Что касается подшипникового ролика, который работает на конце вала со стороны контактных колец, то он изготавливается из легированной стали, плюс наконечник, известный, как цапфа еще и закаляется. Кроме того, на конце вала, который оборудован резьбой, прорезается специальный паз под шпонку для того, чтобы смог закрепиться шкив.

Однако на импортных автомобилях шпонка, как правило, отсутствует. В таком случае, торцевая часть вала обладает определенным углублением или выступом под ключ, зачастую под шестигранник. Эти конструкторские особенности позволяют удерживать вал от поворота при затяжке гайки крепления шкива. Кроме того, это обеспечивает простоту работ при разборке генератора, в том случае, если нужно демонтировать шкив и вентилятор.

ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ ГЕНЕРАТОРА

В любом современном генераторе идет щеточный узел, конструкция которого располагает в себе специальные щетки, то есть скользящие контакты. Как правило, в генераторах автомобилей используются 2 основных типа узла: меднографитные и электрографитные . Электрографитные щетки обладают повышенной способностью к падению напряжения в цепи с кольцом, в сравнении с меднографитными. Этот нюанс негативно сказывается на выходных параметрах генератора, но они способны обеспечивать при этом меньший износ контактных колец, так как щетки прижимаются к контактным кольцам с усилием пружин.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ ГЕНЕРАТОРА

Также немаловажную роль в процессе функционирования генератора играют выпрямительные узлы, которые бывают опять же 2-ух типов : в виде пластин-теплоотводов , в которые методом прессовки запрессованы диоды силового выпрямителя и в виде наоборот, распаенного, а затем загерметизированных кремниевых диодов. Справочно заметим, что в конструкциях с повышенной ребристостью, диоды в большинстве случаев идут таблеточного вида. Такие элементы, как диоды специально припаиваются к теплоотводам. Диоды же дополнительного выпрямителя зачастую имею корпус из пластмассы цилиндрической формы. Включение в электрическую цепь диодов осуществляется при помощи шин.

ПОДШИПНИКОВЫЕ УЗЛЫ ГЕНЕРАТОРА

Являются радиальными шариковыми подшипниками с одноразовой закладкой специальной пластичной смазки, которая рассчитана на весь срок службы детали. Кроме того подшипники снабжаются уплотнениями с 1-им или 2-мя кольцами, которые встроены в узел. Что касается роликовых подшипников, то они используются со стороны контактных колец. Посадка шариковых подшипников осуществляется на вал со стороны контактных колец и является очень плотной, а со стороны привода, наоборот – скользящей. Вставка в посадочное место крышки, посадка подшипников со стороны колец – скользящая, а со стороны привода – плотная, как бы запрессованная.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА

Процесс охлаждения генератора происходит при помощи 1-го или 2-ух вентиляторов, которые закрепляются на валу генератора. В классических формах генератора, воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец, а у устройств, которые обладают щеточным узлом, регулятор напряжения с выпрямителем защищенные каркасом при этом располагаются вне внутренней полости, воздух поступает через сопла защиты. Благодаря наличию сопел, воздух четко направляется в наиболее нагретые места, как правило, к регулятору напряжения и выпрямителю.

Выше на изображении продемонстрированы 3 вида генераторов: классической конструкции ( А ), для повышенной температуры в моторном отсеке (Б) и стандартной конструкции ( В ), а стрелками показывается направление охлаждающих воздушных потоков.

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА

Для чего нужен регулятор, который контролирует напряжение в генераторе? Все очень просто. Дело в том, что регулятор обеспечивает поддержание напряжения генератора в определенных диапазонах, чтобы осуществлялась оптимальная работа устройства и электрооборудования, которое подключено в электрическую цепь автомобиля. Зачастую генераторы компонуются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, которые встроены в устройство. Что касается принципа их функционирования, то он одинаков для всех, однако схемы их исполнения и конструктивные особенности могут разниться.

Справочно заметим, что регуляторы напряжения зачастую обладают определенными свойствами термокомпенсации, то есть возможностью изменения напряжения, которое подводится к аккумулятору. Этот процесс осуществляется в зависимости от температуры, которая образуется в моторном отсеке, чтобы оптимально зарядить батарею. Например, чем ниже будет данная температура в подкапотном пространстве, тем большее напряжение будет подаваться на аккумулятор и наоборот. Показатель термокомпенсации может достигать величины в 0.01 Вольта на 1 градус по Цельсию.

ОСОБЕННОСТИ И ВОЗМОЖНЫЕ НЕПОЛАДКИ В РАБОТЕ ГЕНЕРАТОРА

Самой опасной неприятностью в работе генератора является его короткое замыкание, а точнее пластин теплоотводов, которые соединены с “массой” и выведены на положительный заряд. В том случае, когда в устройстве случайным образом между пластинами образуется такая ситуация, то сразу же наступает короткое замыкание по всей цепи аккумулятора. Самым неприятным следствием этой проблемы может явиться возгорание, а затем пожар. Чтобы этого не допустить, сегодня многие автопроизводители частично или полностью покрывают изоляционным слоем некоторые части выпрямителя генератора. Кроме того, изготовители объединяют в монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы с основными монтажными платами при помощи изоляционного материала, который армирован специальными соединительными шинами.

В заключении отметим, что при включении, а также частом использовании энергоемких потребителей тока, на примере обогревателя заднего или лобового стекла, света фар и наличия у двигателя малых оборотов в этот период времени, суммарный потребляемый ток в этом случае становится больше, чем может предоставить генератор. Как правило, в таком случае почти вся нагрузка ложится на аккумуляторную батарею и она ускоренно начнет разряжаться.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/autoblogcar/generator-avtomobilia-princip-deistviia-ustroistvo-funkcii-i-obslujivanie-5e8b20f43d267b0ef8d3faf0