Как работает автомобильный генератор, схемы

329 публикаций16,4 тысяч просмотров FacebookTwitterTelegram

Генератор — один из основных элементов электрооборудования автомобиля, обеспечивающий одновременное питание потребителей и подзарядку аккумулятора.

Принцип действия устройства основан на преобразовании механической энергии, исходящей от двигателя, в напряжение.

В сочетании с регулятором напряжения агрегат называется генераторной установкой.

В современные автомобили поставляется блок переменного тока, полностью отвечающий всем заявленным требованиям.

Устройство генератора

Элементы источника переменного тока скрыты в корпусе, который также является основой обмотки статора.

В процессе изготовления корпуса используются легкие сплавы (чаще всего алюминий и дюралюминий), а также предусмотрены отверстия для охлаждения, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.

В передней и задней части корпуса предусмотрены подшипники, к которым крепится ротор, основной элемент источника питания.

Практически все элементы устройства расположены в корпусе. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и правой сторон соответственно возле коленчатого вала и управляющих колец.

Две крышки соединяются друг с другом с помощью специальных болтов из алюминиевого сплава. Этот металл отличается небольшой массой и способностью рассеивать тепло.

Не менее важную роль играет щеточный узел, который передает напряжение на контактные кольца и обеспечивает работу узла.

Изделие состоит из пары графитовых щеток, двух пружин и щеткодержателя.

Также обратим внимание на элементы, расположенные внутри кожуха:

• Выпрямительный мост — это элемент, предназначенный для преобразования переменного тока на выходе статора в постоянное напряжение. Выпрямитель состоит из трех пар диодов, которые установлены на токопроводящей базе и попарно совмещены между собой. Среди автовладельцев и техников СТО диодный мост часто называют «подковой» из-за его сходства с этим предметом.

  

• Обмотка представляет собой устройство из медной проволоки, закрепленное в пазах сердечника. Сам сердечник выполнен в форме круга и изготовлен из специального материала с улучшенными магнитными свойствами. В электротехнике металл называют трансформаторным железом. Статор имеет три обмотки, соединенные между собой и соединенные по схеме звезды или треугольника. В точке плавления установлен диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения. Обмотка представляет собой специальный провод с двойной термостойкой изоляцией, покрытый специальной краской.

  

• Ротор представляет собой стальной элемент с обмоткой и, по сути, представляет собой электромагнит. Ротор расположен на валу, а над обмоткой установлены клювовидные втулки. Ток подается через медные кольца, которые расположены на валу и соединяются с обмоткой через специальные щетки.

  

• Реле-регулятор — ключевой элемент установки, обеспечивающий стабильное напряжение на выходе устройства. Регулятор может быть установлен в корпусе генератора или снаружи. В первом случае он находится рядом с графитовыми щетками, а во втором — там, где щетки крепятся к щеткодержателю (но в разных моделях автомобилей установка может производиться по-разному). Ниже представлены реле-регуляторы со щеточным узлом.

  

Какие требования предъявляются к автомобильному генератору?

Предлагается ряд требований к автомобильной генераторной установке:

• Выходные параметры должны иметь такие индикаторы, чтобы в любом из режимов работы автомата аккумулятор получал достаточное напряжение заряда.
• Напряжение на выходе устройства и, как следствие, в бортовой сети должно поддерживаться в определенном диапазоне вне зависимости от нагрузки или частоты вращения вала двигателя.

При этом каждому автовладельцу стоит обратить особое внимание на уровень и стабильность выходного напряжения. Это требование связано с тем, что батарея чувствительна к таким изменениям.

Например, если напряжение падает ниже нормы, аккумулятор не заряжается до необходимого уровня. В результате могут возникнуть проблемы в процессе запуска двигателя.

В противоположной ситуации, когда система выдает более высокое напряжение, аккумулятор заряжается и выходит из строя быстрее.

полезно прочитать: Взорвался аккумулятор, причины и что делать.

Принцип работы автомобильного генератора, особенности схемы

Принцип работы генераторной установки основан на эффекте электромагнитной индукции.

В случае прохождения магнитного потока через катушку и его изменения на выводах появляется и изменяется напряжение (в зависимости от скорости изменения потока). Обратный процесс работает аналогично.

Следовательно, для достижения магнитного потока к катушке должно быть приложено напряжение.

Оказывается, для создания переменного напряжения необходимы две составляющие:

• Источник магнитного поля.
• Катушка (с нее снимается напряжение).

Не менее важным элементом, как отмечалось выше, является ротор, который служит источником магнитного поля.

Полярная система узла имеет остаточный магнитный поток (даже при отсутствии тока в обмотке).

Этот параметр небольшой, поэтому он может вызывать самовозбуждение только на высоких оборотах. По этой причине сначала через обмотку ротора пропускают небольшой ток для намагничивания устройства.

Вышеупомянутая цепочка подразумевает прохождение тока от АКБ через контрольную лампу.

Основным параметром здесь является сила тока, которая должна быть в пределах нормы. Если значение тока завышено, аккумулятор быстро разряжается, а если он слишком низкий, увеличивается риск возбуждения генератора на двигатель ХХ (холостой ход).

С учетом этих параметров подбирается и мощность лампочки, которая должна составлять 2-3 Вт.

Как только напряжение достигает необходимого параметра, лампочка гаснет и обмотки возбуждения получают питание от собственного генератора автомобиля. В этом случае блок питания переходит в режим самовозбуждения.

Напряжение снимается с обмотки статора, которая выполнена в трехфазном исполнении.

Узел состоит из 3-х отдельных (фазных) обмоток, намотанных по определенному принципу на магнитопровод.

Токи и напряжения в обмотках смещены друг относительно друга на 120 градусов. При этом сами обмотки могут быть собраны в двух вариантах: «звезда» или «треугольник».

Если выбрана схема «треугольник», фазные токи в 3 обмотках будут в 1,73 раза меньше, чем полный ток, подаваемый генераторной установкой.

Вот почему схема «треугольник» чаще всего используется в автомобильных генераторах большой мощности».

Это связано именно с меньшими токами, благодаря которым можно намотать обмотку проводом меньшего сечения.

Этот же провод можно использовать и для соединения звездой».

Чтобы создаваемый магнитный поток шел должным образом и шел на обмотку статора, катушки располагаются в специальных пазах магнитопровода.

Вихревые токи возникают из-за появления магнитного поля в обмотках и магнитопроводе статора.

Действие последнего приводит к нагреву статора и снижению мощности генератора. Чтобы уменьшить этот эффект, при изготовлении магнитопровода используются стальные пластины.

Генерируемое напряжение поступает в бортовую сеть через группу диодов (выпрямительный мост), о которой говорилось выше.

После размыкания диоды не создают сопротивления и позволяют току свободно течь в бортовой сети.

Но с обратным напряжением я не прошел. Фактически остается только положительная полуволна.

Некоторые производители автомобилей заменяют диоды стабилитронами для защиты электроники.

Главная особенность деталей — это способность не пропускать ток до определенного параметра напряжения (25-30 Вольт).

После превышения этого предела стабилитрон «ломается» и пропускает обратный ток. В этом случае напряжение на «плюсовом» проводе генератора остается неизменным, что не представляет опасности для устройства.

Между прочим, регуляторы используют способность стабилитрона поддерживать постоянную U на клеммах даже после «отказа.

В результате после пересечения диодного моста (стабилитронов) напряжение выпрямляется и становится постоянным.

Во многих типах генераторных установок обмотка возбуждения имеет свой выпрямитель, собранный из 3-х диодов.

Благодаря такому подключению ток разряда от АКБ исключен.

Диоды в обмотке возбуждения работают по аналогичному принципу и подают на обмотку постоянное напряжение.

Здесь выпрямитель состоит из шести диодов, три из которых отрицательные.

Во время работы генератора ток возбуждения ниже параметра, выдаваемого автомобильным генератором.

Поэтому для выпрямления тока на обмотке возбуждения достаточно диодов с номинальным током до двух Ампер.

Для сравнения: силовые выпрямители имеют номинальный ток до 20-25 Ампер. Если необходимо увеличить мощность генератора, устанавливается еще один кронштейн с диодами.

Режимы работы

Чтобы разобраться в особенностях работы автомобильного генератора, важно разбираться в характеристиках каждого из режимов:

• После подключения мощной нагрузки, такой как кондиционер, обогреватель салона и т.д., скорость вращения ротора замедляется. В этом случае автомобильный генератор уже не в состоянии покрыть текущие потребности автомобиля. Часть нагрузки передается на аккумулятор, который работает параллельно с источником питания и начинает постепенно разряжаться.
• После зарядки двигателя генератор автомобиля переходит в режим мощности. С этого момента устройство подает необходимый ток для питания нагрузки в автомобиле и подзарядки аккумулятора. Как только аккумулятор достигает необходимой емкости, уровень тока заряда снижается. В этом случае генератор продолжает играть роль основного источника питания.
• В процессе пуска двигателя стартер является основным потребителем электрической энергии. Особенностью режима является создание повышенной нагрузки, что приводит к снижению напряжения на выходе АКБ. В результате потребители получают энергию только от аккумулятора. Поэтому в этом режиме батарея разряжается максимально активно.

Регулятор напряжения — функции, типы, контрольная лампа

Ключевым элементом генераторной установки является регулятор напряжения, устройство, которое поддерживает уровень безопасности U на выходе статора.

Такие изделия бывают двух видов:

• Интеграл: устройства на основе технологии тонкопленочной микроэлектроники. В современных автомобилях это самый популярный вариант.
• Гибрид: регуляторы, в электрическую схему которых входят как электронные устройства, так и радиодетали.

Не менее важным элементом является контрольная лампа, установленная на панели приборов, по которой можно сделать вывод о наличии проблем с регулятором.

Свечение лампочки при запуске двигателя должно быть кратковременным. Если горит постоянно (при работающей генераторной установке), это свидетельствует о выходе из строя регулятора или самого агрегата, а также о необходимости ремонта.

Тонкости крепления

Сборка фиксируется с помощью специального кронштейна и болтового соединения.

Сам агрегат крепится к передней части мотора с помощью специальных ножек и ребер.

Если на автомобильном генераторе предусмотрены специальные ножки, то они располагаются на крышках двигателя.

Если используется только одна фиксирующая лапка, она устанавливается только на переднюю крышку.

В установленной сзади ножке, как правило, имеется отверстие с установленной в нем проставкой.

Задача последнего — устранить пространство, образовавшееся между упором и опорой.

Ремонт генератора Audi A8.

И так агрегат подключен к ВАЗ 21124.

Неисправности генератора и способы их устранения

Электрическая система автомобиля имеет тенденцию выходить из строя. В этом случае самые большие проблемы возникают с аккумулятором и генератором.

В случае выхода из строя любого из этих элементов работа автомобиля в штатном режиме становится невозможной или автомобиль полностью обездвиживается.

Все отказы генераторов условно делятся на две категории:

• Электрический. К ним относятся неисправности диодного моста, износ щеток, короткие замыкания в обмотках, выходы из строя реле регулятора и другие.
• Механический. В этом случае возникают проблемы с целостностью корпуса, пружин, ременной передачи и других элементов, не относящихся к электрической составляющей.

Теперь давайте подробнее рассмотрим список неисправностей и симптомов.

1. Выходной ток зарядки недостаточен:

• Разорвите цепь, соединяющую генератор и аккумулятор.
• Обрыв цепи возбуждения, подгорание контактных колес. Первая проблема решается поиском и устранением обрыва, вторая — снятием и протачиванием контактных колец (при необходимости).
• Проскальзывание приводного ремня. Решение — натянуть ремень и проверить подшипники на предмет обслуживания, симптомы — свист ремня генератора.

  

• Ротор касается полюса статора.
• Кисти подвесные. Для начала следует очистить щеткодержатель и щетки от грязи и убедиться в наличии достаточного усилия.
• Выход из строя регулятора напряжения.

2. Вторая ситуация.

Когда автомобильный генератор подает необходимый уровень тока, но аккумулятор все равно не заряжается.

Причины могут быть разными:

• Другие причины: масляные контакты, выход из строя регулятора напряжения, цепь вращения в обмотках статора, плохое натяжение ремня.
• Щетки изношены или забиты: замените их или очистите от грязи.
• Плохая протяжка заземляющего контакта между регулятором и основным блоком. В этом случае проверьте качество связи контактов.
• Реле защиты регулятора сработало из-за короткого замыкания на массу. Решение — найти место повреждения и устранить проблему.
• Неисправность реле напряжения — проверьте и замените.

3. Генератор работает, но издает много шума.

Возможные неисправности:

• Выход из строя подшипника.
• Седло подшипника изношено.
• Короткое замыкание между витками статора.
• Ослабление гайки шкива.

Ремонт автомобильного генератора всегда следует начинать с точной диагностики проблемы, после чего причина устраняется профилактическими мерами или заменой вышедшего из строя агрегата.

Рекомендации по замене

Практика эксплуатации показывает, что заменить автомобильный генератор несложно, но для решения проблемы необходимо соблюдать ряд правил:

• Цепи генератора в новом и старом автомобиле должны быть одинаковыми.
• Передаточные числа старого и нового блока питания должны совпадать.
• Новое устройство должно иметь те же текущие параметры скорости, что и заводская сборка.
• Устанавливаемый блок должен быть подходящего размера и легко подсоединяться к двигателю.
• Показатели энергии должны быть идентичными.

Обращаем ваше внимание, что устройства, устанавливаемые на автомобили иностранного производства, крепятся иначе, чем отечественные, например, как на генераторе TOYOTA COROLLA

и Лада Гранта

Следовательно, если вы замените иностранный блок на отечественный продукт, вам потребуется установить новый держатель.

Полезные советы в помощь

В конце рассказа об автогенераторах стоит выделить ряд советов о том, что нужно и чего автовладельцам не следует делать во время эксплуатации.

Основным моментом является установка, при которой важно максимально внимательно подойти к полярности подключения.

Если ошибиться в этом вопросе, выпрямитель выйдет из строя и возрастет опасность возгорания.

Подобная опасность возникает при запуске двигателя с неправильно подключенными проводами.

Чтобы избежать проблем при эксплуатации, стоит придерживаться ряда правил:

• Если лампа загорается и продолжает гореть после запуска двигателя, найдите и устраните причину.
• Обратите внимание на напряжение генератора. Если напряжение слишком слабое, блок питания не сможет выполнять свои задачи. Если ремень будет слишком натянут, это чревато быстрым износом подшипников.
• Содержите контакты в чистоте и проверьте исправность электропроводки автомобиля. Обратите особое внимание на надежность связи. Если используются неисправные контактные кабели, уровень напряжения на плате превысит допустимый предел.
• При выполнении электросварки снимите провода с генератора и аккумулятора.

Особое внимание стоит уделить реле-регулятору, а также контролю напряжения на выходе блока питания. В режиме зарядки этот параметр должен быть на уровне 13,9-14,5 Вольт.

Также время от времени проверяйте износ и достаточную прочность щеток генератора, состояние подшипников и контактных колец.

Высота щеток должна быть измерена при снятом держателе. Если последний изношен до 8-10 мм, требуется замена.

Что касается прочности пружин, удерживающих щетки, то она должна быть на уровне 4,2 Н (для ВАЗ). Заодно осмотрите контактные кольца — на них не должно быть следов масла.

Кроме того, автовладелец должен помнить о ряде запретов, а именно:

• Незамедлительно замените ремень генератора.
• Не допускайте попадания технических жидкостей на генератор.
• Не оставляйте машину с подключенным аккумулятором, если есть подозрение на сломанный диодный мост. В противном случае аккумулятор быстро разрядится и повысит риск возгорания проводки.
• Не оставляйте устройство включенным, если клеммы аккумулятора были сняты. В противном случае это может привести к повреждению регулятора напряжения и электрооборудования автомобиля.
• Не проверяйте правильность работы генератора, закорачивая его клеммы или отсоединяя аккумулятор при работающем двигателе. В этом случае возможен выход из строя электронных элементов, бортового компьютера или регулятора напряжения.

Зная характеристики генератора, нюансы его конструкции, основные неисправности и тонкости ремонта, можно избежать многих проблем с проводкой и аккумулятором.

Помните, что генератор — это сложный агрегат, требующий особого подхода к эксплуатации.

важно постоянно следить за ним, своевременно проводить профилактические мероприятия и заменять детали (при необходимости).

При таком подходе источник питания и сама машина прослужат очень долго.