Генератор автомобіля: як працює та які функції виконує? Прості способи та схеми підключення автомобільного генератора Пристрій автомобільних генераторів.

Принцип дії генератора

В основі роботи генератора лежить ефект електромагнітної індукції. Якщо котушку, наприклад, з мідного дроту, пронизує магнітний потік, то при його зміні на висновках котушки з'являється змінна електрична напруга. І навпаки, для утворення магнітного потоку достатньо пропустити через котушку електричний струм. Таким чином, для отримання змінного електричного струму потрібні котушка, по якій протікає постійний електричний струм, утворюючи магнітний потік, що називається обмоткою збудження і сталева полюсна система, призначення якої - підвести магнітний потік до котушок, що називається обмоткою статора, в яких наводиться змінна напруга. Ці котушки поміщені в пази сталевої конструкції, магнітопроводу (пакету заліза) статора. Обмотка статора з його магнітопроводом утворює власне статор генератора, його найважливішу нерухому частину, в якій утворюється електричний струм, а обмотка збудження з полюсною системою та деякими іншими деталями (валом, контактними кільцями) - ротор, його найважливішу частину, що обертається. Живлення обмотки збудження може здійснюватися від самого генератора. У цьому випадку генератор працює на збудженні. При цьому залишковий магнітний потік у генераторі, тобто потік, який утворюють сталеві частини магнітопроводу за відсутності струму в обмотці збудження, невеликий і забезпечує самозбудження генератора тільки на занадто високих частотах обертання. Тому в схему генераторної установки, де обмотки збудження не з'єднані з акумуляторною батареєю, вводять таке зовнішнє з'єднання, зазвичай через лампу контролю працездатного стану генераторної установки. Струм, що надходить через цю лампу в обмотку збудження після включення вимикача запалювання та забезпечує початкове збудження генератора. Сила цього струму не повинна бути занадто великою, щоб не розряджати акумуляторну батарею, але і не дуже малою, тому що в цьому випадку генератор збуджується при занадто високих частотах обертання, тому фірми-виробники обумовлюють необхідну потужність контрольної лампи - зазвичай 2. .3 Вт.

При обертанні ротора навпроти котушок обмотки статора з'являються поперемінно "північний", і "південний" полюси ротора, тобто напрямок магнітного потоку, що пронизує котушку, змінюється, що і викликає появу в ній змінної напруги. Частота цієї напруги f залежить від частоти обертання ротора генератора N та числа його пар полюсів р:

f=p*N/60

За рідкісним винятком генератори зарубіжних фірм, як і вітчизняні, мають шість "південних" і шість "північних" полюсів у магнітній системі ротора. У цьому випадку частота f у 10 разів менша за частоту обертання я ротора генератора. Оскільки своє обертання ротор генератора отримує від колінчастого валу двигуна, то частотою змінної напруги генератора можна вимірювати частоту обертання колінчастого валу двигуна. Для цього у генератора робиться висновок статора обмотки, до якого і підключається тахометр. При цьому напруга на вході тахометра має пульсуючий характер, тому він виявляється включеним паралельно діоду силового випрямляча генератора. З урахуванням передавального числа i ремінної передачі від двигуна до генератора частота сигналу на вході тахометра f т пов'язана з частотою обертання колінчастого валу двигуна N дв співвідношенням:

f=p*N дв (i)/60

Звичайно, у разі прослизання приводного ременя це співвідношення трохи порушується і тому слід стежити, щоб ремінь завжди був досить натягнутий. При р=6 (у більшості випадків) наведене вище співвідношення спрощується f т = N дв (i)/10. Бортова мережа вимагає підведення до неї постійної напруги. Тому обмотка статора живить бортову мережу автомобіля через випрямляч, вбудований у генератор.

Обмотка статора генераторів зарубіжних фірм, як і вітчизняних – трифазна. Вона складається з трьох частин, званих обмотками фаз або просто фазами, напруга і струми в яких зміщені один щодо одного на третину періоду, тобто на 120 градусів, як це показано на рис. I. Фази можуть з'єднуватися у "зірку" або "трикутник". При цьому розрізняють фазні та лінійні напруги та струми. Фазні напруги U ф діють між кінцями обмоток фаз. я струми I ф протікають у цих обмотках, лінійні напруги U л діють між проводами, що з'єднують обмотку статора з випрямлячем. У цих дротах протікають лінійні струми J л. Звичайно, випрямляч випрямляє ті величини, які до нього підводяться, тобто лінійні.

Рис.1. Принципова схема генераторної установки.

U ф1 – U ф3 – напруга в обмотках фаз: U d – випрямлена напруга; 1, 2, 3 - обмотки трьох фаз статора: 4 - діоди силового випрямляча; 5 – акумуляторна батарея; 6 – навантаження; 7 - діоди випрямляча обмотки збудження; 8 – обмотка збудження; 9 - регулятор напруги

При з'єднанні "трикутник" фазні струми в корінь з 3 рази менше лінійних, у той час як у "зірки" лінійні і фазні струми рівні. Це означає, що при тому ж струмі, що віддається генератором, струм в обмотках фаз, при з'єднанні в "трикутник", значно менше, ніж у "зірки". Тому в генераторах великої потужності досить часто застосовують з'єднання в "трикутник", тому що при менших струмах обмотки можна намотувати тоншим дротом, що технологічніше. Однак лінійні напруги у "зірки" в корінь з 3 більше фазного, у той час як у "трикутника" вони рівні і для отримання такої ж вихідної напруги, при тих же частотах обертання "трикутник" вимагає відповідного збільшення числа витків його фаз порівняно з "зіркою".

Більш тонкий провід можна застосовувати і при з'єднанні типу "зірка". У цьому випадку обмотку виконують із двох паралельних обмоток, кожна з яких з'єднана в "зірку", тобто виходить "подвійна зірка".

Випрямляч трифазної системи містить шість силових напівпровідникових діодів, три з яких: VD1, VD3 і VD5 з'єднані з висновком "+" генератора, а інші три: VD2, VD4 і VD6 з виведенням "-" ("масою"). При необхідності форсування потужності генератора застосовується додаткове плече випрямляча на діодах VD7, VD8, показане на рис.1 пунктиром. Така схема випрямляча може мати місце лише при з'єднанні обмоток статора в "зірку", тому що додаткове плече запитується від "нульової" точки "зірки".

У значної кількості типів генераторів зарубіжних фірм обмотка збудження підключається до власного випрямляча, зібраного на діодах VD9-VD 11. Таке підключення обмотки збудження перешкоджає протіканню через неї струму розряду акумуляторної батареї при непрацюючому двигуні автомобіля. Напівпровідникові діоди знаходяться у відкритому стані і не надають суттєвого опору проходженню струму при додатку до них напруги у прямому напрямку та практично не пропускають струм при зворотній напрузі. За графіком фазної напруги (див. рис.1) можна визначити, які діоди відкриті, а які закриті в даний момент. Фазна напруга U ф1 діє в обмотці першої фази, U ф2 - другий, U ф3 - третьої. Ці напруги змінюються за кривими, близькими до синусоїди і в одні моменти часу вони позитивні, інші негативні. Якщо позитивний напрямок напруги у фазі прийняти по стрілці, спрямованої до нульової точки обмотки статора, а негативне від неї то, наприклад, для моменту часу t 1 коли напруга другої фази відсутня, першої фази - позитивно, а третьої - негативно. Напрям напруг фаз відповідає стрілкам показаним на рис. 1. Струм через обмотки, діоди та навантаження протікатиме у напрямку цих стрілок. При цьому відкриті діоди VD1 та VD4. Розглянувши будь-які інші моменти часу, легко переконатися, що в трифазній системі напруги, що виникає в обмотках фаз генератора, діоди силового випрямляча переходять з відкритого стану в закритий і назад таким чином, що струм у навантаженні має тільки один напрямок - від виведення "+" генераторної установки до її виведення "-" ("масі"), тобто в навантаженні протікає постійний (випрямлений) струм. Діоди випрямляча обмотки збудження працюють аналогічно, живлячи випрямленим струмом цю обмотку. Причому випрямляч обмотки збудження теж входять 6 діодів, але три з них VD2, VD4, VD6 загальні з силовим випрямлячем. Так на момент часу t 1 відкриті діоди VD4 і VD9, якими випрямлений струм і надходить в обмотку збудження. Цей струм значно менше, ніж струм, що віддається генератором у навантаження. Тому як діоди VD9-VD11 застосовуються малогабаритні слаботочні діоди на струм не більше 2 А (для порівняння, діоди силового випрямляча допускають протікання струмів силою до 25...35 А).

Залишається розглянути принцип роботи плеча випрямляча, що містить діоди VD7 та VD8. Якби фазні напруги змінювалися суто по синусоїді, ці діоди взагалі брали участь у процесі перетворення змінного струму на постійний. Однак у реальних генераторах форма фазної напруги відрізняється від синусоїди. Вона є сумою синусоїд, які називаються гармонійними складовими або гармоніками - першою, частота якої збігається з частотою фазної напруги, і вищими, головним чином, третьою, частота якої втричі вища, ніж перша. Подання реальної форми фазної напруги у вигляді суми двох гармонік (першої та третьої) показано на рис.2. З електротехніки відомо, що в лінійній напрузі, тобто в тій напрузі, яка підводиться до випрямляча і випрямляється, третя гармоніка відсутня. Це пояснюється тим, що треті гармоніки всіх фазних

Рис.2. Подання фазної напруги U ф у вигляді суми синусоїд першої, U 1 і третьої U 3 гармонік

Випрямлена напруга, як показано на рис.1, носить пульсуючий характер. Ці пульсації можна використовуватиме діагностики випрямляча. Якщо пульсації ідентичні - випрямляч працює нормально, якщо картинка на екрані осцилографа має порушення симетрії - можлива відмова діода. Перевірку цю слід проводити при вимкненій акумуляторній батареї. Слід звернути увагу на те, що під терміном "випрямний діод", не завжди ховається звична конструкція, що має корпус, висновки і т. д. іноді це напівпровідниковий кремнієвий перехід, загерметизований на тепловідводі.

Застосування в регуляторі напруги електроніки і особливо мікроелектроніки, тобто застосування польових транзисторів або виконання всієї схеми регулятора напруги на монокристалі кремнію, зажадало введення в генераторну установку елементів захисту її від сплесків високої напруги, що виникають, наприклад, при раптовому відключенні акумуляторної батареї, скидання навантаження. Такий захист забезпечується тим, що діоди силового моста замінені на стабілітрони. Відмінність стабілітрона від випрямного діода полягає в тому, що при впливі на нього напруги у зворотному напрямку він не пропускає струм лише до певної величини цієї напруги, що називається напругою стабілізації. Зазвичай у силових стабілітронах напруга стабілізації становить 25...30 В. При досягненні цієї напруги стабілітрони "пробиваються", тобто починають пропускати струм у зворотному напрямку, причому в певних межах зміни сили цього струму напруга на стабілітроні, а, отже, і на виведенні "+" генератора залишається незмінним, що не досягає небезпечних для електронних вузлів значень. Властивість стабілітрона підтримувати на своїх висновках сталість напруги після "пробою" використовується і в регуляторах напруги.

Пристрій генератора

За своїм конструктивним виконанням генераторні установки можна розділити на дві групи - генератори традиційної конструкції з вентилятором у приводного шківа і генератори так званої компактної конструкції з двома вентиляторами у внутрішній порожнині генератора. Зазвичай "компактні" генератори оснащуються приводом з підвищеним передатним ставленням через полікліновий ремінь і тому прийнятої у деяких фірм термінології називаються високошвидкісними генераторами. При цьому всередині цих груп можна виділити генератори, у яких щітковий вузол розташований у внутрішній порожнині генератора між полюсною системою ротора та задньою кришкою та генератори, де контактні кільця та щітки розташовані поза внутрішньою порожниною. У цьому випадку генератор має кожух, під яким розташовується щітковий вузол, випрямляч і зазвичай регулятор напруги.

Будь-який генератор містить статор з обмоткою, затиснутий між двома кришками - передньою, з боку приводу, та задньою, з боку контактних кілець. Кришки, відлиті з алюмінієвих сплавів, мають вентиляційні вікна, якими повітря продувається вентилятором крізь генератор.

Генератори традиційної конструкції мають вентиляційні вікна тільки в торцевій частині, генератори "компактної" конструкції ще й на циліндричній частині над лобовими сторонами обмотки статора. "Компактну" конструкцію відрізняє також сильно розвинене ребра, особливо в циліндричній частині кришок. На кришці з боку контактних кілець кріпляться щітковий вузол, який часто об'єднаний із регулятором напруги, та випрямляючий вузол. Кришки зазвичай стягнуті між собою трьома або чотирма гвинтами, причому статор зазвичай виявляється затиснутим між кришками, посадкові поверхні яких охоплюють статор по зовнішній поверхні. Іноді статор повністю втоплений в передній кришці і не впирається в задню кришку, існують конструкції, у яких середні листи статора пакета виступають над іншими і вони є посадковим місцем для кришок. Кріпильні лапи і натяжне вухо генератора відливаються заодно з кришками, причому, якщо дволапне кріплення, то лапи мають обидві кришки, якщо однолапне - тільки передня. Втім, зустрічаються конструкції, у яких однолапне кріплення здійснюється стикуванням припливів задньої та передньої кришок, а також дволапні кріплення, при якому одна з лап, виконана штампуванням зі сталі, привертається до задньої кришки, як, наприклад, у деяких генераторів фірми Paris-Rhone колишніх випусків. При дволапному кріпленні в отворі задньої лапи зазвичай розташовується дистанційна втулка, що дозволяє при встановленні генератора вибирати проміжок між кронштейном двигуна і посадковим місцем лап. Отвір у натяжному вусі може бути один з різьбленням або без, але зустрічається і кілька отворів, чим досягається можливість встановлення цього генератора на різні марки двигунів. Для цієї ж мети застосовують два натяжні вуха на одному генераторі.

Рис.3

1 - сердечник, 2 - обмотка, 3 - пазовий клин, 4 - паз, 5 - висновок для з'єднання з випрямлячем

Статор генератора (рис.3) набирається із сталевих листів завтовшки 0.8...1 мм, але частіше виконується навивкою "на ребро". Таке виконання забезпечує менше відходів при обробці та високу технологічність. При виконанні пакета статора навивкою ярмо статора над пазами зазвичай має виступи, якими при навивці фіксується положення шарів один щодо одного. Ці виступи покращують охолодження статора за рахунок більш розвиненої зовнішньої поверхні. Необхідність економії металу призвела і до створення конструкції статора пакета, набраного з окремих підковоподібних сегментів. Скріплення між собою окремих листів пакета статора монолітну конструкцію здійснюється зварюванням або заклепками. Практично всі генератори автомобілів масових випусків мають 36 пазів, у яких розташовується статора обмотка. Пази ізольовані плівковою ізоляцією або напиленням епоксидного компаунду.

Рис.4

А - розподілена петльова, Б - зосереджена хвильова, В - розподілена хвильова
------- 1 фаза, - - - - - - - 2 фаза, -..-..-..- 3 фаза

У пазах розташовується обмотка статора, що виконується за схемами (рис.4) у вигляді петлевої розподіленої (рис.4, А) або зосередженої хвильової (рис.4, Б), хвильової розподіленої (рис.4, В) обмоток. Петльова обмотка відрізняється тим, що її секції (або півсекції) виконані у вигляді котушок з лобовими з'єднаннями по обидва боки статора пакета навпроти один одного. Хвильова обмотка дійсно нагадує хвилю, тому що її лобові з'єднання між сторонами секції (або півсекції) розташовані по черзі то з одного, то з іншого боку статора пакета. У розподіленої обмотки секція розбивається на дві півсекції, що виходять з одного паза, причому одна напівсекція виходить ліворуч, інша праворуч. Відстань між сторонами секції (або напівсекції) кожної обмотки фази становить 3 пазові поділки, тобто. якщо одна сторона секції лежить у пазу, умовно прийнятому за перший, друга сторона укладається в четвертий паз. Обмотка закріплюється в пазу пазовим клином із ізоляційного матеріалу. Обов'язковою є просочення статора лаком після укладання обмотки.

Особливістю автомобільних генераторів є вид полюсної системи ротора (рис.5). Вона містить дві полюсні половини з виступами - полюсами дзьобоподібної форми по шість на кожній половині. Полюсні половини виконуються штампуванням і можуть мати виступи - напіввтулки. У разі відсутності виступів при напресуванні на вал між полюсними половинами встановлюється втулка з обмоткою збудження, намотаною на каркас, при цьому намотування осуджується після встановлення втулки всередину каркаса.

Рис.5. Ротор автомобільного генератора: а – у зборі; б - полюсна система у розібраному вигляді; 1,3 - полюсні половини; 2 – обмотка збудження; 4 – контактні кільця; 5 - вал

Якщо полюсні половини мають напіввтулки, то обмотка збудження попередньо намотується на каркас і встановлюється при напресуванні полюсних половин так, що напіввтулки входять всередину каркаса. Торцеві щічки каркаса мають виступи-фіксатори, що входять у міжполюсні проміжки на торцях полюсних половин і перешкоджають проворот каркаса на втулці. Напресування полюсних половин на вал супроводжується їх зачеканкою, що зменшує повітряні зазори між втулкою та полюсними половинами або напіввтулками, і позитивно позначається на вихідних характеристиках генератора. При зачеканке метал затікає в проточки валу, що ускладнює перемотування обмотки збудження при її перегоранні або обриві, тому що полюсна система ротора стає важкорозбірною. Обмотка збудження у зборі з ротором просочується лаком. Клюви полюсів по краях зазвичай мають скоси з одного або двох сторін зменшення магнітного шуму генераторів. У деяких конструкціях для тієї ж мети під гострими конусами дзьобів розміщується антишумове кільце немагнітне, розташоване над обмоткою збудження. Це кільце запобігає можливості коливання дзьобів при зміні магнітного потоку і, отже, випромінювання ними магнітного шуму.

Після збирання проводиться динамічне балансування ротора, що здійснюється висвердлюванням надлишку матеріалу у полюсних половин. На валу ротора розташовуються також контактні кільця, що виконуються найчастіше з міді, з опресуванням їхньою пластмасою. До кільця припаюються або приварюються висновки обмотки збудження. Іноді кільця виконуються з латуні або нержавіючої сталі, що знижує їх зношування та окислення особливо при роботі у вологому середовищі. Діаметр кілець при розташуванні щітково-контактного вузла поза внутрішньою порожниною генератора не може перевищувати внутрішній діаметр підшипника, що встановлюється в кришку з боку контактних кілець, тому що при складанні підшипник проходить над кільцями. Мінімальний діаметр кілець сприяє також зменшенню зносу щіток. Саме за умовами монтажу деякі фірми застосовують як задню опору ротора роликові підшипники, т.к. кулькові того ж діаметра мають менший ресурс.

Вали роторів виконуються, як правило, з м'якої автоматної сталі, проте, при застосуванні роликового підшипника, ролики якого працюють безпосередньо по кінці валу з боку контактних кілець, вал виконується з легованої сталі, а цапфа валу цементується та загартовується. На кінці валу, з різьбленням, прорізається паз під шпонку для кріплення шківа. Однак у багатьох сучасних конструкціях шпонка відсутня. В цьому випадку торцева частина валу має заглиблення або виступ під ключ у вигляді шестигранника. Це дозволяє утримувати вал від провороту при затягуванні гайки кріплення шківа, або при розбиранні, коли необхідно зняти шків та вентилятор.

Щітковий вузол - це пластмасова конструкція, у якій розміщуються щітки, тобто. ковзаючі контакти. В автомобільних генераторах застосовуються щітки двох типів - міднографітні та електрографітні. Останні мають підвищене падіння напруги в контакті з кільцем у порівнянні з міднографітними, що несприятливо позначається на вихідних характеристиках генератора, проте вони забезпечують значно менший знос контактних кілець. Щітки притискаються до кільця зусиллям пружин. Зазвичай щітки встановлюються по радіусу контактних кілець, але трапляються і звані реактивні щіткотримачі, де вісь щіток утворює кут з радіусом кільця у місці контакту щітки. Це зменшує тертя щітки у напрямних щіткотримача і тим забезпечується надійніший контакт щітки з кільцем. Часто щіткотримач і регулятор напруги утворюють єдиний нерозбірний вузол.

Випрямні вузли застосовуються двох типів - або це пластини-тепловідведення, в які запресовуються (або припаюються) діоди силового випрямляча або на яких розпаюються і герметизуються кремнієві переходи цих діодів, або це конструкції з сильно розвиненим ребра, в яких діоди, зазвичай таблеткового типу, припаюються до тепловідведення. Діоди додаткового випрямляча зазвичай мають пластмасовий корпус циліндричної форми або у вигляді горошини або виконуються у вигляді окремого герметизованого блоку, включення в схему якого здійснюється шинками. Включення випрямних блоків у схему генератора здійснюється розпаюванням або зварюванням висновків фаз на спеціальних монтажних майданчиках випрямляча або гвинтами. Найбільш небезпечним для генератора і особливо для проведення автомобільної бортової мережі є перемикання пластин тепловідводів, з'єднаних з "масою" і виведенням "+" генератора металевими предметами, що випадково потрапили між ними, або провідними містками, утвореними забрудненням, т.к. при цьому відбувається коротке замикання ланцюга акумуляторної батареї і можлива пожежа. Щоб уникнути цього пластини та інші частини випрямляча генераторів деяких фірм, частково або повністю покривають ізоляційним шаром. У монолітну конструкцію випрямного блоку тепловідведення об'єднуються в основному монтажними платами з ізоляційного матеріалу, армованими сполучними шинками.

Підшипникові вузли генераторів це, як правило, радіальні кулькові підшипники з одноразовою закладкою пластичного мастила на весь термін служби та одне або двосторонні ущільнення, вбудовані в підшипник. Роликові підшипники застосовуються лише з боку контактних кілець і досить рідко, переважно, американськими фірмами. Посадка кулькових підшипників на вал з боку контактних кілець - зазвичай щільна, з боку приводу - ковзна, посадкове місце кришки навпаки - з боку контактних кілець - ковзна, з боку приводу - щільна. Так як зовнішня обойма підшипника з боку контактних кілець може прокручуватися в посадковому місці кришки, то підшипник і кришка можуть незабаром вийти з ладу, виникне зачіплення ротора за статор. Для запобігання провертанню підшипника в посадкове місце кришки поміщають різні пристрої – гумові кільця, пластмасові стаканчики, гофровані сталеві пружини тощо.

Рис.6. Регулятори напруги Bosch різного виконання.
а – на дискретних елементах; б – гібридний монтаж; в - схема монокристалі кремнію.
1 - силовий вихідний каскад; 2 - схема управління

Конструкцію регуляторів напруги значною мірою визначає технологія їхнього виготовлення. При виготовленні схеми на дискретних елементах регулятор зазвичай має друковану плату, на якій розташовуються ці елементи. При цьому деякі елементи, наприклад, настроювальні резистори можуть виконуватися за товстоплівковою технологією. Гібридна технологія передбачає, що резистори виконуються на керамічній пластині та з'єднуються з напівпровідниковими елементами - діодами, стабілітронами, транзисторами, які в безкорпусному або корпусному виконанні розпаюються на металевій підкладці. У регуляторі, виконаному на монокристалі кремнію, вся схема регулятора розміщена у цьому кристалі. На рис.6 зображено розвиток регуляторів напруги фірми Bosch, що включають всі перераховані конструкції. Гібридні регулятори напруги та регулятори напруги на монокристалі ні розбирання, ні ремонту не підлягають.

Охолодження генератора здійснюється одним або двома вентиляторами, закріпленими на його валу. При цьому у традиційної конструкції генераторів (рис. 7,а) повітря засмоктується відцентровим вентилятором в кришку контактних кілець. У генераторів, що мають щітковий вузол, регулятор напруги та випрямляч поза внутрішньою порожниною та захищених кожухом, повітря засмоктується через прорізи цього кожуха, що направляють повітря в найбільш нагріті місця - до випрямляча та регулятора напруги. На автомобілях з щільним компонуванням підкапотного простору, в якому температура повітря занадто велика, застосовують генератори зі спеціальним кожухом (рис. 7,б), закріпленим на задній кришці і з патрубком зі шлангом, через який в генератор надходить холодне і чисте забортне повітря. Такі конструкції використовуються, наприклад, на автомобілях BMW. У генераторів "компактної" конструкції охолодне повітря забирається з боку як задньої, так і передньої кришок.

Рис.7. Система охолодження генераторів.
а – генератори звичайної конструкції; б - генератори для підвищеної температури у підкапотному просторі; в – генератори компактної конструкції.
Стрілками показано напрям повітряних потоків

Генератори великої потужності, що встановлюються на спецавтомобілі, вантажівки та автобуси, мають деякі відмінності. Зокрема, у них зустрічаються дві полюсні системи ротора, насаджені на один вал і, отже, дві обмотки збудження, 72 пази на статорі тощо. Однак принципових відмінностей у конструктивному виконанні цих генераторів від розглянутих конструкцій немає.

Характеристики генераторних установок

Здатність генераторної установки забезпечувати споживачів електроенергією на різних режимах роботи двигуна визначається його швидкісною характеристикою (ТСХ) - залежністю найбільшої сили струму, що віддається генератором, від частоти обертання ротора при постійній величині напруги на силових висновках. На рис. 1 представлена ​​швидкісна характеристика генератора.

Мал. 1. Струмошвидкісна характеристика генераторних установок.
На графіку є такі характерні точки:
n 0 - початкова частота обертання ротора без навантаження, коли він генератор починає віддавати струм;
I хд - Струм віддачі генератора при частоті обертання, що відповідає мінімальним стійким оборотам холостого ходу двигуна. На сучасних генераторах струм, що віддається в цьому режимі, становить 40-50% від номінального;
I dm - максимальний (номінальний) струм віддачі при частоті обертання ротора 5000 хв "(6000 хв" для сучасних генераторів).

Розрізняють ТСХ, визначені:

при самозбудженні (ланцюг обмотки збудження живиться від власного генератора);

при незалежному збудженні (ланцюг обмотки збудження живиться від стороннього джерела);

для генераторної установки (регулятор напруги включений до схеми);

для генератора (регулятор напруги вимкнено);

в холодному стані (під холодним розуміють такий стан, при якому температура вузлів генератора практично дорівнює температурі навколишнього повітря (25 ±10) °С, оскільки при експериментальному визначенні ТШХ генератор нагрівається, час експерименту має бути мінімальним, тобто не більше 1 хв. а повторний експеримент повинен проводитися після того, як температура вузлів знову стане рівною температурі навколишнього повітря);

у нагрітому стані.

У технічній документації на генератори часто вказується не вся ТСХ,
лише її окремі характерні точки (див. рис. 1).

До таких точок відносяться:

початкова частота обертання при неодруженому ході n 0 . Вона відповідає заданому напрузі генератора без навантаження;

найбільша сила струму, що віддається генератором I dm. (Автомобільні вентильні генератори мають самообмеження, тобто досягнувши сили I dm значення якої близько до значення сили струму короткого замикання, генератор при подальшому збільшенні частоти обертання не може віддати споживачам струму більшого значення. Струм I dm помножений на номінальну напругу, визначає номінальну потужність автомобільних генераторів);

частота обертання n pн та сила струму I dн у розрахунковому режимі. (Точка розрахункового режиму визначається в місці торкання ТСХ дотичної, проведеної з початку координат. Приблизно розрахункове значення сили струму може бути визначено як 0,67 I dm. зростанням частоти обертання зростає струм генератора і, отже, нагрівання його вузлів, але одночасно зростає і інтенсивність охолодження генератора вентилятором, розташованим на його валу.

частота обертання n хд та сила струму I хд у режимі, що відповідає холостому ходу двигуна внутрішнього згоряння (ДВС). У цьому режимі генератор повинен віддавати силу струму, необхідну для живлення ряду найважливіших споживачів, насамперед запалювання в карбюраторних ДВЗ.

Як визначити параметри свого генератора:

Для вітчизняних генераторів: На нові моделі вітчизняних двигунів (ВАЗ-2111, 2112, ЗМЗ-406 та ін.): Встановлюються генератори компактної конструкції (94.3701 та ін.). Безщіткові (індукторні) генератори (955.3701 для ВАЗів, Г700А для УАЗів) відрізняються від традиційної конструкції тим, що у них на роторі розташовані постійні магніти, а обмотки збудження – на статорі (змішане збудження). Це дозволило обійтися без щіткового вузла (уразлива частина генератора) та контактних кілець. Однак ці генератори мають дещо більшу масу та вищий рівень шуму.

На щитку генератора зазвичай вказуються його основні параметри:

Основною характеристикою генераторної установки є її струмошвидкісна характеристика (ТСХ), тобто залежність струму, що віддається генератором у мережу, від частоти обертання його ротора при постійній величині напруги силових виводах генератора.

Характеристика ця визначається при роботі генераторної установки в комплекті з повністю зарядженою акумуляторною батареєю з номінальною ємністю, вираженою в А/год, що становить не менше 50% номінальної сили струму генератора. Характеристика може визначатися в холодному та нагрітому станах генератора. При цьому під холодним станом розуміється таке, при якому температура всіх частин і вузлів генератора дорівнює температурі навколишнього середовища, величина якої має бути 23±5°С. Температура повітря визначається у точці на відстані 5 см від повітрозабірника генератора. Оскільки генератор під час зняття характеристики нагрівається за рахунок втрат потужності, що виділяються в ньому, то методично важко зняти ТСХ в холодному стані і більшість фірм наводить струмошвидкісні характеристики генераторів у нагрітому стані, тобто в стані при якому вузли і деталі генератора нагріті в кожній визначеній точці до встановленої величини за рахунок втрат потужності, що виділяються в генераторі при зазначеній вище температурі охолоджуючого повітря.

Діапазон зміни частоти обертання при знятті характеристики укладений між мінімальною частотою, коли генераторна установка розвиває силу струму 2А (близько 1000 хв -1) і максимальної. Зняття характеристики здійснюється з інтервалом 500 до 4000 хв -1 та 1000 хв -1 при вищих частотах. Деякі фірми наводять швидкісні характеристики, визначені при номінальній напрузі, тобто при 14 В, характерному для легкових автомобілів. Однак зняти такі характеристики можна тільки з регулятором, спеціально перебудованим на високий рівень підтримки напруги. Щоб запобігти роботі регулятора напруги при знятті струмошвидкісної характеристики, її визначають при напругах U t =13,5±0,1 для 12-вольтової бортової системи. Допускається і прискорений метод визначення струмошвидкісної характеристики, що вимагає спеціального автоматизованого стенду, при якому генератор прогрівається протягом 30 хв при частоті обертання 3000 хв -1 відповідної цій частоті, силі струму і зазначеній вище напрузі. Час зняття характеристики не повинен перевищувати 30 с при постійно мінливій частоті обертання.

Токошвидкісна характеристика має характерні точки, до яких належать:

n 0 – початкова частота обертання без навантаження. Оскільки зазвичай зняття характеристики починають із струму навантаження (близько 2А, то ця точка виходить екстраполяцією знятої характеристики до перетину з віссю абсцис.

n L - мінімальна робоча частота обертання, тобто частота обертання, що приблизно відповідає частоті холостого ходу двигуна. Умовно приймається, n L = 1500 хв -1. Цій частоті відповідає струм I L . Фірма Bosch для "компактних" генераторів прийняла n L = 1800 хв -1. Зазвичай IL становить 40...50% номінального струму.

n R - номінальна частота обертання, при якій виробляється номінальний струм I R . Ця частота обертання прийнята n R = 6000 хв -1. I R - найменша сила струму, який генераторна установка повинна виробити за частоти обертання n R .

N МАХ – максимальна частота обертання. При цій частоті обертання генератор виробляє максимальну силу струму I max. Зазвичай максимальна сила струму мало відрізняється від номінального IR (не більше, ніж на 10%).

Виробники наводять у своїх інформаційних матеріалах переважно лише характерні точки струмошвидкісної характеристики. Однак, для генераторних установок легкових автомобілів з достатнім ступенем точності можна визначити струмошвидкісну характеристику відомої номінальної величини сили струму I R і характеристиці по рис.8, де величини сили струму генератора дані по відношенню до її номінальної величини.

Крім швидкісної характеристики генераторну установку характеризує ще й частота самозбудження. При роботі генератора на автомобілі в комплекті з акумуляторною батареєю генераторна установка повинна самозбуджуватися при частоті обертання двигуна меншою, ніж частота його холостого ходу. При цьому, звичайно, у схему повинні бути включені лампа контролю працездатного стану генераторної установки потужністю, обумовленої для неї фірмою-виробником генератора і паралельно резистори, якщо вони передбачені схемою.

Іншою характеристикою, за якою можна представити енергетичні здібності генератора, тобто визначити величину потужності, що забирається генератором від двигуна, є величина його коефіцієнта корисної дії (ККД), що визначається в режимах відповідних точках токошвидкісної характеристики (рис.8), величина ККД по рис.8 наведено для орієнтування, т.к. вона залежить від конструкції генератора - товщини пластин, з яких набраний статор, діаметр контактних кілець, підшипників, опору обмоток і т. п., але, головним чином, від потужності генератора. Чим генератор потужніший, тим його ККД вищий.

Рис.8
Вихідні характеристики автомобільних генераторів:
1 - струмошвидкісна характеристика; 2 - ККД по точках струмошвидкісної характеристики.

Нарешті, генераторну установку характеризує діапазон її вихідної напруги при зміні в певних межах частоти обертання, сили струму навантаження і температури. Зазвичай у проспектах фірм вказується напруга між силовим висновком "+" і "масою" генераторної установки в контрольній точці або напруга налаштування регулятора при холодному стані генераторної установки частоті обертання 6000 хв -1 навантаженні силою струму 5 А і роботі в комплекті з акумуляторною батареєю, а також термокомпенсація – зміна регульованої напруги залежно від температури навколишнього середовища. Термокомпенсація вказується як коефіцієнта, що характеризує зміна напруги при зміні температури навколишнього середовища на ~1°С. Як було показано вище, зі зростанням температури напруга генераторної установки зменшується. Для легкових автомобілів деякі фірми пропонують генераторні установки з наступною напругою налаштування регулятора та термокомпенсацією:

Напруга настройки,В................................. 14,1±0,1 14,5+0, 1
Термокомпенсація, мВ/°С............................... -7+1,5 -10±2

Параметри генераторів.

У таблиці використані наступні позначення: P max - максимально віддається потужність, U ном - номінальна напруга, I max - максимально струм, що віддається, при максимальних оборотах ротора (для більшості генераторів за максимальні обороти прийнято 6000 об/хв.), N o - початкова частота збудження генератора (I = 0), N рн - частота оборотів генератора в розрахунковому режимі, I рн - сила струму в розрахунковому режимі.
Таким чином, знаючи початкову частоту збудження і струм на цій частоті, кінцеву частоту і максимальний струм, а так само одне проміжне значення можна побудувати досить точну ТСХ генератора по трьох точках.

Генератори вітчизняного виробництва

Генератори виробництва зарубіжних фірм

Маркування	Застосування	P max Вт. (U ном, В)	N o , хв -1	I рн, А	N рН, хв -1	I max , А	Порушення
Г502А	ЗАЗ-968М ЛуАЗ-969М	420 (14)	1500	20	3200	30	самозбудження
Г250 та модифікації	М412 М427 УАЗ ЗІЛ-131 ЗІЛ-157 ЗІЛ-130	500 (12)	950	28	2100	40	незалежне
Г221А та модифікації	ВАЗ-2101 ВАЗ-21011 ВАЗ-2103 ВАЗ-2106 ВАЗ-2121	600 (14)	1150	30	2500	42	саме
Г222	ВАЗ-2104 ВАЗ-2105 ВАЗ-2107 ВАЗ-1111 ЗАЗ-1102 М2141	700 (14)	1250	35	2400	50	саме
16.3701 та модифікації	ГАЗ-2410 РАФ-2203-01 ГАЗ-31029 ГАЗ-3102	900 (14)	1100	45	2500	65	саме
16.3771	УАЗ	800 (14)	1000	40	2050	57	саме
17.3701	ЗІЛ-425850 ЗІЛ-157	500 (14)	1000	24	2000	40	незалежні.
19.3701		1260 (14)	1050	60	2150	90	саме
19.3771	ГАЗ-3102 ГАЗ-31029 ГАЗ-3110	940 (14)	800	45	2200	67
25.3771	ГАЗ-3110	1120 (14)	1100	53	2200	80	саме
26.3771	ВАЗ-2104 ВАЗ-2105 ВАЗ-2108 ВАЗ-2109	940 (14)	800	45	2200	67
29.3701	М2140 М412 ІЖ-2125 ІЖ-2715	700 (14)	1250	32	2250	50	саме
32.3701	ЗІЛ-130 ЗІЛ-157	840 (14)	1050	40	2200	60	саме
37.3701	ВАЗ-2108 ВАЗ-2109 ВАЗ-21213 М2141	770 (14)	1100	35	2000	55	саме
38.3701 та модифікації	ЗІЛ-4331 ЗІЛ-133ГЯ	1330 (14)	900	60	1800	95	незалежні.
45.3701		630 (14)	1100	28	2000	45	саме
58.3701	М2140 М2141 М412 ІЖ-2125 ІЖ-2715	730 (14)	1400	32	2400	52	саме
63.3701	БелАЗ	4200 (28)	1500	150	2500	150	саме
65.3701	ЛАЗ-42021 ЛіАЗ-5256	2500 (28)	1250	60	2400	90
66.3701	ПАЗ-672М ПАЗ-3201	840 (14)	1150	40	2600	60
94.3701	ГАЗ-3302 ВАЗ-2110	1000 (14)	900	40	1800	70	саме
851.3701	ЗІЛ-53012	1150 (14)	1200	55	3000	82
9002.3701	ЗІЛ-4334	2240 (28)	1350	53	2600	80
Г254		560 (14)	1100	28	2350	40	незалежні.
Г266 та модифікації		840 (14)	1250	40	2750	60	саме
Г286		1200 (14)	900	63	1700	85	незалежні.
Г273 та модифікації	КамАЗ-5320 МАЗ-5335	780 (28)	1100	20	2200	28	незалежні.
Г289 та модифікації		2200 (28)	1250	60	2400	80	саме
Г263А, Б		4200 (28)	1500	80	2500	150	саме
955.3701 безщітковий	ВАЗ-2108 ВАЗ-2109	900 (14)	1050	50	2800	65	саме
583.3701	ЗАЗ-1102 ВАЗ-2108 ВАЗ-2109	740 (14)	1400	40	2500	53	саме

Електричні схеми генераторних установок

Від електричної схеми генераторної установки залежить варіант підключення обмотки збудження до бортової мережі автомобіля та відхилення рівня напруги під час роботи. З'єднання генератора з регулятором напруги та елементами контролю працездатності генератора виконуються в основному за схемами, наведеними на рис.2. Позначення висновків на схемах 1,2 відповідає прийнятому фірмою BOSCH, а 3 – NIPPON DENSO. Однак інші фірми можуть застосовувати відмінні від цих позначення.

Схема 1 застосовується найбільш широко особливо на автомобілях європейського виробництва Volvo, Audi, Mercedes, Opel, BMW та ін. з'єднаного з нульовою точкою статора обмотки, тобто. мати не 8, а 6 діодів, збиратися на силових стабілітронах як показано на схемі 3.

Привід генераторів

Кріплення генераторів

У вібраційних регуляторах вимірювальним та виконавчим елементом є електромагнітне реле. У контактно-транзисторних регуляторів електромагнітне реле знаходиться у вимірювальній частині, а електронні елементи – у виконавчій частині. Ці два типи регуляторів нині повністю витіснені електронними.

Напівпровідникові безконтактні електронні регулятори зазвичай вбудовані в генератор і об'єднані зі щітковим вузлом. Вони змінюють струм збудження шляхом зміни часу включення обмотки ротора в мережу живлення. Ці регулятори не піддаються розрегулюванню та не вимагають жодного обслуговування, крім контролю надійності контактів.

Регулятори напруги мають властивість термокомпенсації - зміни напруги, що підводиться до акумуляторної батареї, залежно від температури повітря в підкапотному просторі для оптимального заряду АКБ. Чим нижча температура повітря, тим більше напруга повинна підводитися до батареї і навпаки. Величина термокомпенсації досягає до 0,01 на 1°С. Деякі моделі виносних регуляторів (2702.3702, РР-132А, 1902.3702 та 131.3702) мають ступінчасті ручні перемикачі рівня напруги (зима/літо).

Принцип дії регулятора напруги.

В даний час всі генераторні установки оснащуються напівпровідниковими електронними регуляторами напруги, як правило, вбудованими всередину генератора. Схеми їх виконання та конструктивне оформлення можуть бути різні, але принцип роботи у всіх регуляторів однаковий. Напруга генератора без регулятора залежить від частоти обертання його ротора, магнітного потоку, створюваного обмоткою збудження, отже, від сили струму в цій обмотці і величини струму, що віддається генератором споживачам. Чим більша частота обертання і сила струму збудження, тим більша напруга генератора, чим більша сила струму його навантаження - тим менша ця напруга.

Функцією регулятора напруги є стабілізація напруги при зміні частоти обертання та навантаження за рахунок впливу струму збудження. Звичайно можна змінювати струм в ланцюзі збудження введенням в цей ланцюг додаткового резистора, як це робилося в колишніх вібраційних регуляторах напруги, але цей спосіб пов'язаний із втратою потужності в цьому резисторі та в електронних регуляторах не застосовується. Електронні регулятори змінюють струм збудження шляхом включення та відключення обмотки збудження від мережі живлення, при цьому змінюється відносна тривалість часу включення обмотки збудження. Якщо для стабілізації напруги потрібно зменшити силу струму збудження, час увімкнення обмотки збудження зменшується, якщо потрібно збільшити - збільшується.

Принцип роботи електронного регулятора зручно продемонструвати на простій схемі регулятора типу ЕЕ 14V3 фірми Bosch, представленій на рис. 9:

Рис.9
Схема регулятора напруги EE14V3 фірми BOSCH:
1 – генератор, 2 – регулятор напруги, SA – замок запалювання, HL – контрольна лампа на панелі приладів.

Щоб зрозуміти роботу схеми, слід згадати, що, як було показано вище, стабілітрон не пропускає через себе струм при напругах нижче величини напруги стабілізації. При досягненні напругою цієї величини, стабілітрон "пробивається" і по ньому починає протікати струм. Таким чином, стабілітрон у регуляторі є еталоном напруги з яким порівнюється напруга генератора. З іншого боку відомо, що транзистори пропускають струм між колектором і емітером, тобто. відкриті, якщо в ланцюзі "база - емітер" струм протікає, і пропускають цього струму, тобто. закрито, якщо базовий струм переривається. Напруга до стабілітрона VD2 підводиться від виведення генератора "D+" через дільник напруги на резисторах R1(R3 і діод VD1, що здійснює температурну компенсацію. Поки напруга генератора невелика і напруга на стабілітроні нижче його напруги стабілізації, стабілітрон закритий, через нього, а, отже, і в базовому ланцюгу транзистора VT1 струм не протікає, транзистор VT1 також закритий.В цьому випадку струм через резистор R6 від виведення "D+" надходить в базовий ланцюг транзистора VT2, який відкривається, через його перехід емітер - колектор починає протікати струм в базі транзистора VT , який також відкривається.При цьому обмотка збудження генератора виявляється підключена до ланцюга живлення через перехід емітер - колектор VT3.

З'єднання транзисторів VT2 і VT3, при якому їх колекторні висновки об'єднані, а живлення базового ланцюга одного транзистора виробляється від емітера іншого називається схемою Дарлінгтона. При такому з'єднанні обидва транзистори можуть розглядатися як один складовий транзистор з більшим коефіцієнтом посилення. Зазвичай такий транзистор і виконується однією кристалі кремнію. Якщо напруга генератора зросла, наприклад, через збільшення частоти обертання його ротора, то зростає напруга на стабілітроні VD2, при досягненні цією напругою величини напруги стабілізації, стабілітрон VD2 "пробивається", струм через нього починає надходити в базовий ланцюг транзистора VT1, який відкривається і своїм переходом емітер – колектор закорочує виведення бази складеного транзистора VT2, VT3 на "масу". Складовий транзистор закривається, розриваючи ланцюг живлення обмотки збудження. Струм збудження спадає, зменшується напруга генератора, закриваються стабілітрон VT2, транзистор VT1, відкривається складовий транзистор VT2,VT3, обмотка збудження знову входить у ланцюг живлення, напруга генератора зростає і повторюється. Таким чином, регулювання напруги генератора регулятором здійснюється дискретно через зміну відносного часу включення обмотки збудження в ланцюг живлення. У цьому струм в обмотці збудження змінюється оскільки показано на рис.10. Якщо частота обертання генератора зросла або навантаження його зменшилося, час включення обмотки зменшується, якщо частота обертання зменшилася або навантаження зросла - збільшується. У схемі регулятора (див. рис.9) є елементи, характерні для схем всіх регуляторів напруги, що застосовуються на автомобілях. Діод VD3 при закритті складеного транзистора VT2,VT3 запобігає небезпечним сплескам напруги, що виникають через обрив ланцюга обмотки збудження зі значною індуктивністю. В цьому випадку струм обмотки збудження може замикатися через цей діод і небезпечних сплесків напруги не відбувається. Тому діод VD3 носить назву гасить. Опір R7 є опором жорсткого зворотного зв'язку.

Рис.10. Зміна сили струму в обмотці збудження J B за часом t при роботі регулятора напруги: t вкл, t вимк - відповідно час включення та вимкнення обмотки збудження регулятора напруги; n 1 n 2 - частоти обертання ротора генератора, причому n 2 більше n 1; J B1 та J B2 - середні значення сили струму в обмотці збудження

При відкритті складеного транзистора VT2, VT3 воно виявляється підключеним паралельно опору R3 дільника напруги, при цьому напруга на стабілітрон VT2 різко зменшується, це прискорює перемикання схеми регулятора і підвищує частоту цього перемикання, що благотворно позначається на якості напруги генераторної установки. Конденсатор С1 є своєрідним фільтром, що захищає регулятор від впливу напруги імпульсів на його вході. Взагалі конденсатори в схемі регулятора або запобігають перехід цієї схеми в коливальний режим і можливість впливу сторонніх високочастотних перешкод працювати регулятора, або, прискорюють перемикання транзисторів. В останньому випадку конденсатор, заряджаючи в один момент часу, розряджається на базовий ланцюг транзистора в інший момент, прискорюючи кидком розрядного струму перемикання транзистора і, отже, знижуючи його нагрівання та втрати енергії в ньому.

З рис.9 добре видно роль лампи HL контролю працездатного стану генераторної установки (лампа контролю заряду на панелі приладів автомобіля). При непрацюючому двигуні автомобіля замикання контактів вимикача запалювання SA дозволяє струму від акумуляторної батареї GA через цю лампу надходити в обмотку збудження генератора. Цим забезпечується початкове збудження генератора. Лампа при цьому горить, сигналізуючи, що в ланцюзі обмотки збудження немає урвища. Після запуску двигуна на висновках генератора "D+" і "В+" з'являється практично однакова напруга і лампа гасне. Якщо генератор при працюючому двигуні автомобіля не розвиває напруги, то лампа HL продовжує горіти і в цьому режимі, що є сигналом про відмову генератора або обрив приводного ременя. Введення резистора R в генераторну установку сприяє розширенню діагностичних здібностей лампи HL. За наявності цього резистора у разі обриву ланцюга обмотки збудження при працюючому двигуні автомобіля лампа HL спалахує. Нині дедалі більше фірм перетворюється на випуск генераторних установок без додаткового випрямляча обмотки возбуждения. У цьому випадку регулятор заводиться виведення фази генератора. При непрацюючому двигуні автомобіля напруга на виведенні фази генератора відсутня і регулятор напруги в цьому випадку переходить у режим, що перешкоджає розряду акумуляторної батареї на обмотку збудження. Наприклад, при включенні вимикача запалення схема регулятора переводить його вихідний транзистор в коливальний режим, при якому струм в обмотці збудження невеликий і становить частки ампера. Після запуску двигуна сигнал з виведення фази генератора переводить схему регулятора нормальний режим роботи. Схема регулятора здійснює у разі управління лампою контролю працездатного стану генераторної установки.

Рис.11. Температурна залежність напруги, яку підтримує регулятор EE14V3 фірми Bosch при частоті обертання 6000 хв -1 і силі струму навантаження 5А.

Акумуляторна батарея для своєї надійної роботи вимагає, щоб зі зниженням температури електроліту, напруга, що підводиться до батареї від генераторної установки, дещо підвищувалась, а з підвищенням температури – зменшувалася. Для автоматизації процесу зміни рівня напруги застосовується датчик, поміщений в електроліт акумуляторної батареї і включений в схему регулятора напруги. Але це доля лише просунутих автомобілів. У найпростішому випадку термокомпенсація в регуляторі підібрана таким чином, що в залежності від температури генератора, що надходить в генератор охолоджуючого повітря, напруга генераторної установки змінюється в заданих межах. На рис.11 показана температурна залежність напруги, яка підтримується регулятором EE14V3 фірми Bosch в одному з робочих режимів. На графіку вказано також поле допуску величину цієї напруги. Падаючий характер залежності забезпечує хороший заряд акумуляторної батареї при негативній температурі та запобігання посиленому википанню її електроліту при високій температурі. З цієї ж причини на автомобілях, призначених спеціально для експлуатації в тропіках, встановлюють регулятори напруги із свідомо нижчою напругою налаштування, ніж для помірного та холодного клімату.

Робота генераторної установки на різних режимах

При включенні потужних споживачів електроенергії (наприклад, обігрівача заднього скла, фар, вентилятора обігрівача і т.п.) і невеликій частоті обертання ротора (малі обороти двигуна) сумарний струм споживання може бути більше, ніж здатний віддати генератор. У цьому випадку навантаження ляже на акумулятор, і він почне розряджатися, що можна контролювати показання додаткового індикатора напруги або вольтметра.

генератори мають однакові струмошвидкісні характеристики або за енергетичними показниками характеристики генератора, що замінює, не гірше, ніж у замінного;

передавальне число від двигуна до генератора однаково;

габаритні та приєднувальні розміри замінного генератора дозволяють встановити його на двигун. Слід мати на увазі, що більшість генераторів закордонних легкових автомобілів мають однолапне кріплення, у той час як вітчизняні генератори кріпляться на двигуні за дві лапи, тому заміна зарубіжного генератора вітчизняним швидше за все вимагатиме заміни кронштейна кріплення генератора на двигуні;

схеми замінної та замінної генераторної установки ідентичні.

стежити за станом електропроводки, особливо за чистотою та надійністю з'єднання контактів проводів, що підходять до генератора, регулятора напруги. У разі поганих контактів бортова напруга може вийти за допустимі межі;

від'єднати всі дроти від генератора та від акумулятора при електрозварюванні кузовних деталей автомобіля;

стежити за правильним натягом ременя генератора. Слабо натягнутий ремінь не забезпечує ефективної роботи генератора, натягнутий занадто сильно призводить до руйнування його підшипників;

негайно з'ясувати причину загоряння контрольної лампи генератора.

залишати автомобіль із підключеним акумулятором у разі підозри на несправність випрямляча генератора. Це може призвести до повного розряду акумулятора та навіть до займання електропроводки;

перевіряти працездатність генератора замиканням його висновків на "масу" та між собою;

перевіряти справність генератора шляхом відключення акумуляторної батареї при працюючому двигуні через можливість виходу з ладу регулятора напруги, електронних елементів систем упорскування, запалювання, бортового комп'ютера тощо;

допускати попадання на генератор електроліту, "Тосола" тощо.

Якщо порівняти машину з живим організмом, то її двигун виконує роль серця, а як нервова система виступає генератор. Чи зможе автомобіль рухатись без цього агрегату? Так, зможе, але недовго, поки не . Саме автомобільний генератор заряджає акумулятор, підтримуючи загальну напругу робочої мережі. Ми розповімо вам про принцип роботи генератора та його основні елементи.

Як влаштований агрегат

Ротор

Ця деталь, насправді, є електромагнітом, що має одну обмотку. Вона розташована на валу. Поверх обмотки прикріплений спеціальний сердечник, діаметр якого на півтора-два міліметри менше, ніж діаметр стартера. Подачу струму забезпечують мідні кільця. Вони також знаходяться на валу та з'єднуються з обмоткою спеціальними щіточками.

Обмотка

Стартерна обмотка виготовлена ​​з мідного дроту. Вона кріпиться до паз сердечника. Останній же зроблений у вигляді кола і виготовляється з металу з підвищеними магнітними властивостями. Цей матеріал називають трансформаторним залізом. Так як генератор - це трифазний, стартер оснащений трьома обмотками. Вони пов'язані один з одним і разом нагадують трикутник.

У точці їх з'єднання підключено випрямний міст. Дріт, з якого виготовляється обмотка, забезпечений подвійною термостійкою ізоляцією. Найчастіше для цього використовується спеціальний лак.

Реле регулятор

Ще один важливий елемент – реле-регулятор. Він є електронною схемою і має вихід до графітних щіточок. Реле-регулятор може бути встановлений у корпусі генератора або окремо від нього. У першому випадку він розташований поруч із графітними щітками, а в другому - щітки прикріплені до .

Випрямний міст

Деталь формується із шести діодів. Останні розташовуються на струмопровідній підставі попарно та об'єднані один з одним. На виході змінна напруга перетворюється на постійне. Міст також називають «підковою» через те, що зовні він нагадує цей виріб.

На відео - пристрій генератора:

Принцип роботи генератора

Робота генератора автомобіля заснована на принципі освіти. Це відбувається в статорних обмотках. Електрична напруга породжується внаслідок дії постійного магнітного поля, що утворюється навколо сердечника. Мотор задіює ротор генератора за допомогою ременної передачі. На обмотку подається постійна напруга, якої достатньо для того, щоб створити магнітний потік.

Коли осердя обертається вздовж обмоток, у них виникає електрорушійна сила. Реле-регулятор налагоджує силу магнітного потоку відповідно до навантаження, яке знімається з клеми генератора. На виході утворюється напруга в межах 13,6-14,2 (це залежить від пори року). Цього достатньо для того, щоб дозарядити та підтримувати її постійно зарядженою. Бортова мережа теж живиться від плюсової клеми і вмикається паралельно з акумулятором. Незалежно від того, який ви купили генератор, пристрій та принцип роботи будуть однаковими для всіх зразків. Усі подібні агрегати працюють однаково.

На відео – принцип роботи генератора:

Жоден автомобільний генератор не зможе працювати без . Цей елемент забезпечує підтримку постійної напруги, яку агрегат утворює завдяки зміні сили струму, що відбувається в обмотках. Якщо ротор обертатиметься на високій частоті без регулятора, напруга може досягати пари десятків вольт. Це призведе до перегорання ламп та поломки обмоток, діодів та інших приладів.

Типи регуляторів

За своєю конструкцією регулятори напруги діляться на дві основні категорії:

• гібридні;
• інтегральні.

До першої групи відносяться регулятори, в електронній схемі яких одночасно застосовують радіоелементи і . У сучасних моделях автомобілів найчастіше використовують інтегральні регулятори. Усі компоненти таких пристроїв (за винятком вихідного каскаду) виготовлені на основі тонкоплівкової мікроелектронної технології.

Контрольна лампа

Щоб уникнути проблем з регулятором, слідкуйте за контрольною лампою. Вона розташовується на панелі приладів автомобіля. Якщо лампа горить, коли генератор працює, це свідчить про несправність регулятора напруги або самого агрегату.

Кріплення автомобільного генератора

Генератор автомобіля, як правило, кріпиться до передньої частини двигуна за допомогою болтів і спеціальних кронштейнів. На кришках розташовуються кріпильні лапи та вухо пристрою. Якщо генератор кріпиться за допомогою двох лап – вони знаходяться на двох кришках двигуна. Якщо ж використовується тільки одна лапа кріплення - її розташовують тільки на одній кришці (передній). Задня лапа зазвичай має отвір, в якому встановлено дистанційну втулку. Вона усуває зазор, що утворюється між кронштейном двигуна і основою лапи.

Різні режими роботи генераторної установки

Для того щоб зрозуміти автомобільний генератор, необхідно розібратися з режимами його функціонування. Перший режим, який ми розглянемо - це робота автомобільного генератора під час запуску двигуна. При запуску двигуна електроенергію в основному споживає стартер. У такому режимі сила струму дуже велика, а це спричиняє істотне зниження напруги на виведенні акумулятора. Таким чином, споживачі електроенергії живляться лише від акумуляторної батареї, яка інтенсивно розряджається.

Відразу після запуску мотора генератор стає головним джерелом електроживлення. Пристрій забезпечує струм, необхідний для заряджання акумулятора та роботи різних електричних приладів. Після того як рівень зарядного струму падає. Джерелом електроенергії у своїй залишається генератор.

Коли включаються потужні споживачі електроенергії, такі як обігрівачі фар або вентилятори пічки, ротор починає обертатися повільно. Тоді генератор не може віддавати стільки струму, скільки потрібно. У такому режимі навантаження перекладається на акумулятор, який швидко розряджається.

Замінити генератор у машині можна, але для цього необхідно дотримуватися деяких правил:

• у нового агрегату повинні бути такі ж швидкісні характеристики, як і у штатного;
• енергетичні параметри генераторів обов'язково мають бути однаковими;
• розміри нового генератора повинні бути відповідними, щоб можна було легко встановити його на двигун;
• у агрегатів повинні бути однакові передавальні числа;
• схеми обох генераторів мають бути повністю ідентичними.

Зважайте на те, що в основному агрегати, встановлені на іномарках, кріпляться лише однією лапою. У той же час вітчизняні пристрої за допомогою двох лап. Тому, змінюючи закордонний агрегат на наш, вам доведеться замінити кронштейн кріплення на моторі.

Встановлюючи акумулятор в авто, необхідно переконатися, що коректно підключена полярність. У разі помилки випрямляч генератора вийде з ладу, а це може призвести до пожежі. Таку ж небезпеку таїть у собі запуск двигуна при неправильному визначенні полярності.

У процесі експлуатації машини необхідно дотримуватись наступних правил:

• контролювати, стежити за чистотою контактів та надійністю їх з'єднання (якщо контакти проводів погані - бортова напруга виходить за допустиму норму);
• від'єднувати дроти від автомобільного генератора та акумуляторної батареї при електрозварюванні елементів конструкції;
• стежити за тим, щоб ремінь генератора був правильно натягнутий (якщо він буде натягнутий слабо - генератор не зможе ефективно працювати, якщо надто сильно - його підшипники швидко зношуватимуться);
• у разі подачі сигналів контрольною лампою – негайно з'ясовувати причину цього.

На відео - ремонт генератора:

У жодному разі не можна робити таке:

• залишати машину з підключеною акумуляторною батареєю, якщо ви підозрюєте, що випрямляч несправний (це призведе до розрядки акумулятора та займання проводки);
• перевіряти чи працює генератор, замикаючи його висновки між собою або відключаючи акумулятор при працюючому моторі (через це може поламатися регулятор напруги, бортовий комп'ютер, електронні елементи системи запалювання);
• допускати попадання залишків тосолу чи іншої рідини на генератор;
• залишати увімкнений генератор, якщо зняті клеми акумуляторної батареї (це призводить до поломки електрообладнання машини та регулятора напруги).

Ми розповіли вам про основні особливості роботи генератора. Ці знання стануть у нагоді будь-якому водію, який прагне розбиратися в машинах. Пам'ятайте, що генератор - дуже складний пристрій, тому важливо дбайливо ставитись до нього. Постійно стежте за станом усіх деталей, а також за ступенем натягу приводного ременя. Тоді автомобільний генератор зможе прослужити максимально довго.

Будь ласка, залиште свій коментар про прочитане! Нам цікава ваша думка.

Електрообладнання будь-якого автомобіля включає генератор - основне джерело електроенергії. Разом із регулятором напруги він називається генераторною установкою. На сучасні автомобілі встановлюються генератори змінного струму. Вони найбільшою мірою відповідають вимогам, що висуваються.

Основні вимоги до автомобільних генераторів

1. Генератор повинен забезпечувати безперебійну подачу струму і мати достатню потужність, щоб:

– одночасно постачати електроенергію працюючих споживачів та заряджати АКБ;

– при включенні всіх штатних споживачів електроенергії на малих оборотах двигуна не відбувався сильний розряд акумуляторної батареї;

– напруга в бортовій мережі знаходилася в заданих межах у всьому діапазоні електричних навантажень та частот обертання ротора.

2. Генератор повинен мати достатню міцність, великий ресурс, невелику масу та габарити, невисокий рівень шуму та радіоперешкод.

Основні поняття

Вітчизняні розробники та виробники електроустаткування використовують такі поняття.

Система електропостачання автомобіля – призначена для безперебійного живлення електроприладів, що включені до бортової мережі автомобіля. Складається з генераторної установки, акумулятора та пристроїв, що забезпечують контроль працездатності та захист системи від перевантажень.

Генератор– пристрій, що перетворює механічну енергію, одержувану від двигуна, електричну.

Регулятор напруги – пристрій, що підтримує напругу бортової мережі автомобіля в заданих межах при зміні електричного навантаження, частоти обертання ротора генератора та температури навколишнього середовища.

Акумуляторна стартерна батарея (акумулятор) – накопичує та зберігає електроенергію для запуску двигуна та живлення електроприладів протягом нетривалого часу (при непрацюючому двигуні або недостатній потужності, що розвивається генератором).

Принцип дії генератора

В основі роботи генераторалежить ефект електромагнітної індукції. Якщо котушку, наприклад, з мідного дроту, пронизує магнітний потік, то при його зміні на висновках котушки з'являється змінна електрична напруга. І навпаки, для утворення магнітного потоку достатньо пропустити через котушку електричний струм. Таким чином, для отримання змінного електричного струму потрібні котушка, по якій протікає постійний електричний струм, утворюючи магнітний потік, що називається обмоткою збудження і сталева полюсна система, призначення якої - підвести магнітний потік до котушок, що називається обмоткою статора, в яких наводиться змінна напруга.

Ці котушки поміщені в пази сталевої конструкції, магнітопроводу (пакету заліза) статора. Обмотка статора з його магнітопроводом утворює власне статор генератора, його найважливішу нерухому частину, в якій утворюється електричний струм, а обмотка збудження з полюсною системою та деякими іншими деталями (валом, контактними кільцями) - ротор, його найважливішу частину, що обертається. Живлення обмотки збудження може здійснюватися від самого генератора. У цьому випадку генератор працює на збудженні.

При цьому залишковий магнітний потікв генераторі, тобто потік, який утворюють сталеві частини магнітопроводу за відсутності струму в обмотці збудження, невеликий і забезпечує самозбудження генератора тільки на занадто високих частотах обертання. Тому в схему генераторної установки, де обмотки збудження не з'єднані з акумуляторною батареєю, вводять таке зовнішнє з'єднання, зазвичай через лампу контролю працездатного стану генераторної установки. Струм, що надходить через цю лампу в обмотку збудження після включення вимикача запалювання та забезпечує початкове збудження генератора. Сила цього струму не повинна бути надто великою, щоб не розряджати акумуляторну батарею, але й не надто малою, тому що в цьому випадку генератор збуджується при занадто високих частотах обертання, тому фірми-виробники обумовлюють необхідну потужність контрольної лампи - зазвичай 2…3 Вт.

При обертанні ротора навпроти котушок обмотки статора з'являються поперемінно "північний", і "південний" полюси ротора, тобто напрямок магнітного потоку, що пронизує котушку, змінюється, що і викликає появу в ній змінної напруги. Частота цієї напруги f залежить від частоти обертання ротора генератора N та числа його пар полюсів р:

f=p*N/60

За рідкісним винятком генератори зарубіжних фірм, як і вітчизняні, мають шість "південних" і шість "північних" полюсів у магнітній системі ротора. У цьому випадку частота f у 10 разів менша за частоту обертання я ротора генератора. Оскільки своє обертання ротор генератора отримує від колінчастого валу двигуна, то частотою змінної напруги генератора можна вимірювати частоту обертання колінчастого валу двигуна. Для цього у генератора робиться висновок статора обмотки, до якого і підключається тахометр. При цьому напруга на вході тахометра має пульсуючий характер, тому він виявляється включеним паралельно діоду силового випрямляча генератора. З урахуванням передавального числа i ремінної передачі від двигуна до генератора частота сигналу на вході тахометра fт пов'язана з частотою обертання колінчастого валу двигуна Nдв співвідношенням:

f=p*Nдв(i)/60

Звичайно, у разі прослизання приводного ременя це співвідношення трохи порушується і тому слід стежити, щоб ремінь завжди був досить натягнутий. При р = 6, (у більшості випадків) наведене вище співвідношення спрощується fт = Nдв (i)/10. Бортова мережа вимагає підведення до неї постійної напруги. Тому обмотка статора живить бортову мережу автомобіля через випрямляч, вбудований у генератор.

Обмотка статора генераторівзарубіжних фірм, як і вітчизняних – трифазна. Вона складається з трьох частин, званих обмотками фаз або просто фазами, напруга і струми в яких зміщені один щодо одного на третину періоду, тобто на 120 градусів, як це показано на рис. I. Фази можуть з'єднуватись у “зірку” або “трикутник”. При цьому розрізняють фазні та лінійні напруги та струми. Фазні напруги Uф діють між кінцями обмоток фаз. я струми Iф протікають у цих обмотках, лінійні напруги Uл діють між проводами, що з'єднують обмотку статора з випрямлячем. У цих дротах протікають лінійні струми Jл. Звичайно, випрямляч випрямляє ті величини, які до нього підводяться, тобто лінійні.

Рис.1. Принципова схема генераторної установки.

Uф1 - Uф3 - напруга в обмотках фаз: Ud - випрямлена напруга; 1, 2, 3 – обмотки трьох фаз статора: 4 – діоди силового випрямляча; 5 – акумуляторна батарея; 6 – навантаження; 7 – діоди випрямляча обмотки збудження; 8 – обмотка збудження; 9 – регулятор напруги

При з'єднанні "трикутник" фазні струми в корінь з 3 рази менше лінійних, у той час як у "зірки" лінійні і фазні струми рівні. Це означає, що при тому ж струмі, що віддається генератором, струм в обмотках фаз, при з'єднанні в "трикутник", значно менше, ніж у "зірки". Тому в генераторах великої потужності досить часто застосовують з'єднання в "трикутник", тому що при менших струмах обмотки можна намотувати товстішим дротом, що технологічніше. Однак лінійні напруги у "зірки" в корінь з 3 більше фазного, у той час як у "трикутника" вони рівні і для отримання такої ж вихідної напруги, при тих же частотах обертання "трикутник" вимагає відповідного збільшення числа витків його фаз порівняно з "зіркою".

Більш тонкий провід можна застосовувати і при з'єднанні типу "зірка". У цьому випадку обмотку виконують із двох паралельних обмоток, кожна з яких з'єднана в "зірку", тобто виходить "подвійна зірка".

Випрямляч трифазної системи містить шість силових напівпровідникових діодів, три з яких: VD1, VD3 і VD5 з'єднані з виведенням “+” генератора, а інші три: VD2, VD4 і VD6 з виведенням “-” (“масою”). При необхідності форсування потужності генератора застосовується додаткове плече випрямляча на діодах VD7, VD8, показане на рис.1 пунктиром. Така схема випрямляча може мати місце лише при з'єднанні обмоток статора в "зірку", тому що додаткове плече запитується від "нульової" точки "зірки".

У значної кількостітипів генераторів зарубіжних фірм обмотка збудження підключається до власного випрямляча, зібраного на діодах VD9-VD 11. Таке підключення обмотки збудження перешкоджає протіканню через неї струму розряду акумуляторної батареї при двигуні автомобіля, що не працює. Напівпровідникові діоди знаходяться у відкритому стані і не надають суттєвого опору проходженню струму при додатку до них напруги у прямому напрямку та практично не пропускають струм при зворотній напрузі.

За графіком фазної напруги (див. рис.1) можна визначити, які діоди відкриті, а які закриті в даний момент. Фазна напруга Uф1 діє в обмотці першої фази, Uф2 – другий, Uф3 – третьої. Ці напруги змінюються за кривими, близькими до синусоїди і в одні моменти часу вони позитивні, інші негативні. Якщо позитивний напрямок напруги у фазі прийняти за стрілкою, спрямованої до нульової точки обмотки статора, а негативне від неї то, наприклад, для часу t1, коли напруга другої фази відсутня, першої фази – позитивно, а третьої – негативно. Напрям напруг фаз відповідає стрілкам показаним на рис. 1. Струм через обмотки, діоди та навантаження протікатиме у напрямку цих стрілок.

При цьому відкриті діоди VD1 та VD4. Розглянувши будь-які інші моменти часу, легко переконатися, що в трифазній системі напруги, що виникає в обмотках фаз генератора, діоди силового випрямляча переходять з відкритого стану в закритий і назад таким чином, що струм у навантаженні має тільки один напрямок – від виведення “+” генераторної установки до її виведення "-" ("масі"), тобто в навантаженні протікає постійний (випрямлений) струм. Діоди випрямляча обмотки збудження працюють аналогічно, живлячи випрямленим струмом цю обмотку. Причому випрямляч обмотки збудження теж входять 6 діодів, але три з них VD2, VD4, VD6 загальні з силовим випрямлячем. Так у момент часу t1 відкриті діоди VD4 і VD9, якими випрямлений струм і надходить в обмотку збудження. Цей струм значно менше, ніж струм, що віддається генератором у навантаження. Тому як діоди VD9-VD11 застосовуються малогабаритні слаботочні діоди на струм не більше 2 А (для порівняння, діоди силового випрямляча допускають протікання струмів силою до 25 ... 35 А).

Залишається розглянути принцип роботи плеча випрямляча, що містить діоди VD7 та VD8. Якби фазні напруги змінювалися суто по синусоїді, ці діоди взагалі брали участь у процесі перетворення змінного струму на постійний. Однак у реальних генераторах форма фазної напруги відрізняється від синусоїди. Вона являє собою суму синусоїд, які називаються гармонійними складовими або гармоніками - першою, частота якої збігається з частотою фазної напруги, і вищими, головним чином, третьою, частота якої втричі вища, ніж перша. Подання реальної форми фазної напруги у вигляді суми двох гармонік (першої та третьої) показано на рис.2.

Статор генератора (рис.3) набирається із сталевих листів завтовшки 0.8...1 мм, але частіше виконується навивкою "на ребро". Таке виконання забезпечує менше відходів при обробці та високу технологічність. При виконанні пакета статора навивкою ярмо статора над пазами зазвичай має виступи, якими при навивці фіксується положення шарів один щодо одного. Ці виступи покращують охолодження статора за рахунок більш розвиненої зовнішньої поверхні.

Необхідність економії металу призвела і до створення конструкції статора пакета, набраного з окремих підковоподібних сегментів. Скріплення між собою окремих листів пакета статора монолітну конструкцію здійснюється зварюванням або заклепками. Практично всі генератори автомобілів масових випусків мають 36 пазів, у яких розташовується статора обмотка. Пази ізольовані плівковою ізоляцією або напиленням епоксидного компаунду.

Рис.4 Схема обмотки статора генератора:

А – петлева розподілена, Б – хвильова зосереджена, В – хвильова розподілена

--- 1 фаза, – – – – – – 2 фаза, -..-..-..- 3 фаза

У пазах розташовується обмотка статора, що виконується за схемами (рис.4) у вигляді петлевої розподіленої (рис.4, А) або зосередженої хвильової (рис.4, Б), хвильової розподіленої (рис.4, В) обмоток. Петльова обмотка відрізняється тим, що її секції (або півсекції) виконані у вигляді котушок з лобовими з'єднаннями по обидва боки статора пакета навпроти один одного. Хвильова обмотка дійсно нагадує хвилю, тому що її лобові з'єднання між сторонами секції (або півсекції) розташовані по черзі то з одного, то з іншого боку статора пакета. У розподіленої обмотки секція розбивається на дві півсекції, що виходять з одного паза, причому одна напівсекція виходить ліворуч, інша праворуч. Відстань між сторонами секції (або напівсекції) кожної обмотки фази становить 3 пазові поділки, тобто. якщо одна сторона секції лежить у пазу, умовно прийнятому за перший, друга сторона укладається в четвертий паз. Обмотка закріплюється в пазу пазовим клином із ізоляційного матеріалу. Обов'язковою є просочення статора лаком після укладання обмотки.

Особливістю автомобільних генераторів є вид полюсної системи ротора (рис.5). Вона містить дві полюсні половини з виступами - полюсами дзьобоподібної форми по шість на кожній половині. Полюсні половини виконуються штампуванням і можуть мати виступи - напіввтулки. У разі відсутності виступів при напресуванні на вал між полюсними половинами встановлюється втулка з обмоткою збудження, намотаною на каркас, при цьому намотування здійснюється після встановлення втулки всередину каркаса.

Рис.5. Ротор автомобільного генератора: а – у зборі; б – полюсна система у розібраному вигляді; 1,3 - полюсні половини; 2 – обмотка збудження; 4 – контактні кільця; 5 – вал

Якщо полюсні половини мають напіввтулки, то обмотка збудження попередньо намотується на каркас і встановлюється при напресуванні полюсних половин так, що напіввтулки входять всередину каркаса. Торцеві щічки каркаса мають виступи-фіксатори, що входять у міжполюсні проміжки на торцях полюсних половин і перешкоджають проворот каркаса на втулці. Напресування полюсних половин на вал супроводжується їх зачеканкою, що зменшує повітряні зазори між втулкою та полюсними половинами або напіввтулками, і позитивно позначається на вихідних характеристиках генератора.

При закарбуванні метал затікає у проточці валу, що ускладнює перемотування обмотки збудження при її перегоранні або обриві, тому що полюсна система ротора стає важкорозбірною. Обмотка збудження у зборі з ротором просочується лаком. Клюви полюсів по краях зазвичай мають скоси з одного або двох сторін зменшення магнітного шуму генераторів. У деяких конструкціях для тієї ж мети під гострими конусами дзьобів розміщується антишумове кільце немагнітне, розташоване над обмоткою збудження. Це кільце запобігає можливості коливання дзьобів при зміні магнітного потоку і, отже, випромінювання ними магнітного шуму.

Після збирання проводиться динамічна балансування ротора, що здійснюється висвердлюванням надлишку матеріалу у полюсних половин. На валу ротора розташовуються також контактні кільця, що виконуються найчастіше з міді, з опресуванням їхньою пластмасою. До кільця припаюються або приварюються висновки обмотки збудження. Іноді кільця виконуються з латуні або нержавіючої сталі, що знижує їх зношування та окислення особливо при роботі у вологому середовищі. Діаметр кілець при розташуванні щітково-контактного вузла поза внутрішньою порожниною генератора не може перевищувати внутрішній діаметр підшипника, що встановлюється в кришку з боку контактних кілець, тому що при складанні підшипник проходить над кільцями. Мінімальний діаметр кілець сприяє також зменшенню зносу щіток. Саме за умовами монтажу деякі фірми застосовують як задню опору ротора роликові підшипники, т.к. кулькові того ж діаметра мають менший ресурс.

Вали роторів виконуються , як правило, з м'якої автоматної сталі, однак, при застосуванні роликового підшипника, ролики якого працюють безпосередньо по кінці валу з боку контактних кілець, вал виконується з легованої сталі, а цапфа валу цементується та загартовується. На кінці валу, з різьбленням, прорізається паз під шпонку для кріплення шківа. Однак у багатьох сучасних конструкціях шпонка відсутня. В цьому випадку торцева частина валу має заглиблення або виступ під ключ у вигляді шестигранника. Це дозволяє утримувати вал від провороту при затягуванні гайки кріплення шківа, або при розбиранні, коли необхідно зняти шків та вентилятор.

Щітковий вузол – це пластмасова конструкція, де розміщуються щітки тобто. ковзаючі контакти. В автомобільних генераторах застосовуються щітки двох типів - міднографітні та електрографітні. Останні мають підвищене падіння напруги в контакті з кільцем у порівнянні з міднографітними, що несприятливо позначається на вихідних характеристиках генератора, проте вони забезпечують значно менший знос контактних кілець. Щітки притискаються до кільця зусиллям пружин. Зазвичай щітки встановлюються по радіусу контактних кілець, але трапляються і звані реактивні щіткотримачі, де вісь щіток утворює кут з радіусом кільця у місці контакту щітки. Це зменшує тертя щітки у напрямних щіткотримача і тим забезпечується надійніший контакт щітки з кільцем. Часто щіткотримач і регулятор напруги утворюють єдиний нерозбірний вузол.

Випрямні вузли застосовуються двох типів - або це пластини-тепловідведення, в які запресовуються (або припаюються) діоди силового випрямляча або на яких розпаюються і герметизуються кремнієві переходи цих діодів, або це конструкції з сильно розвиненим ребра, в яких діоди, зазвичай таблеткового типу, припаюються до тепловідводів . Діоди додаткового випрямляча зазвичай мають пластмасовий корпус циліндричної форми або у вигляді горошини або виконуються у вигляді окремого герметизованого блоку, включення в схему якого здійснюється шинками. Включення випрямних блоків у схему генератора здійснюється розпаюванням або зварюванням висновків фаз на спеціальних монтажних майданчиках випрямляча або гвинтами.

Найбільш небезпечним для генератора і особливо для проведення автомобільної бортової мережі є перемикання пластин тепловідводів, з'єднаних з "масою" і виведенням "+" генератора металевими предметами, що випадково потрапили між ними, або провідними містками, утвореними забрудненням, т.к. при цьому відбувається коротке замикання ланцюга акумуляторної батареї і можлива пожежа. Щоб уникнути цього пластини та інші частини випрямляча генераторів деяких фірм, частково або повністю покривають ізоляційним шаром. У монолітну конструкцію випрямного блоку тепловідведення об'єднуються в основному монтажними платами з ізоляційного матеріалу, армованими сполучними шинками.

Підшипникові вузли генераторів це, як правило, радіальні кулькові підшипники з одноразовою закладкою пластичного мастила на весь термін служби та одне або двосторонніми ущільненнями, вбудованими в підшипник. Роликові підшипники застосовуються лише з боку контактних кілець і досить рідко, переважно, американськими фірмами. Посадка кулькових підшипників на вал з боку контактних кілець – зазвичай щільна, з боку приводу – ковзна, посадкове місце кришки навпаки – з боку контактних кілець – ковзна, з боку приводу – щільна. Так як зовнішня обойма підшипника з боку контактних кілець може прокручуватися в посадковому місці кришки, то підшипник і кришка можуть незабаром вийти з ладу, виникне зачіплення ротора за статор. Для запобігання провертанню підшипника в посадкове місце кришки поміщають різні пристрої – гумові кільця, пластмасові стаканчики, гофровані сталеві пружини тощо.

Конструкцію регуляторів напруги значною мірою визначає технологія їхнього виготовлення. При виготовленні схеми на дискретних елементах регулятор зазвичай має друковану плату, на якій розташовуються ці елементи. При цьому деякі елементи, наприклад, настроювальні резистори можуть виконуватися за товстоплівковою технологією. Гібридна технологія передбачає, що резистори виконуються на керамічній пластині та з'єднуються з напівпровідниковими елементами – діодами, стабілітронами, транзисторами, які в безкорпусному або корпусному виконанні розпаюються на металевій підкладці. У регуляторі, виконаному на монокристалі кремнію, вся схема регулятора розміщена у цьому кристалі. Гібридні регулятори напруги та регулятори напруги на монокристалі ні розбирання, ні ремонту не підлягають.

Охолодження генератора здійснюється одним або двома вентиляторами, закріпленими на його валу. При цьому у традиційної конструкції генераторів (рис. 7,а) повітря засмоктується відцентровим вентилятором в кришку контактних кілець. У генераторів, що мають щітковий вузол, регулятор напруги та випрямляч поза внутрішньою порожниною та захищених кожухом, повітря засмоктується через прорізи цього кожуха, що направляють повітря в найбільш нагріті місця – до випрямляча та регулятора напруги. На автомобілях з щільним компонуванням підкапотного простору, в якому температура повітря занадто велика, застосовують генератори зі спеціальним кожухом (рис. 7,б), закріпленим на задній кришці і з патрубком зі шлангом, через який в генератор надходить холодне і чисте забортне повітря. Такі конструкції використовуються, наприклад, на автомобілях BMW. У генераторів "компактної" конструкції охолодне повітря забирається з боку як задньої, так і передньої кришок.

Рис.7. Система охолодження генераторів.

а - генератори звичайної конструкції; б – генератори для підвищеної температури у підкапотному просторі; в – генератори компактної конструкції.

Стрілками показано напрям повітряних потоків

Генератори великої потужності, що встановлюються на спецавтомобілі, вантажівки та автобуси, мають деякі відмінності. Зокрема, у них зустрічаються дві полюсні системи ротора, насаджені на один вал і, отже, дві обмотки збудження, 72 пази на статорі тощо. Однак принципових відмінностей у конструктивному виконанні цих генераторів від розглянутих конструкцій немає.

Характеристики автомобільних генераторів

Здатність генераторної установки забезпечувати споживачів електроенергією на різних режимах роботи двигуна визначається його струмошвидкісною характеристикою (ТСХ) - залежністю найбільшої сили струму, що віддається генератором, від частоти обертання ротора при постійній величині напруги силових висновків. На рис. 1 представлена ​​швидкісна характеристика генератора.

Мал. 1. Струмошвидкісна характеристика генераторних установок.

На графіку є такі характерні точки:

n0 – початкова частота обертання ротора без навантаження, коли він генератор починає віддавати струм;

Iхд - Струм віддачі генератора при частоті обертання, що відповідає мінімальним стійким оборотів холостого ходу двигуна.

На сучасних генераторах струм, що віддається в цьому режимі, становить 40-50% від номінального;

Idm – максимальний (номінальний) струм віддачі при частоті обертання ротора 5000 хв”(6000 хв” для сучасних генераторів).

Розрізняють ТСХ, визначені:

– при самозбудженні (ланцюг обмотки збудження живиться від власного генератора);

– при незалежному збудженні (ланцюг обмотки збудження живиться від стороннього джерела);

– для генераторної установки (регулятор напруги включений до схеми);

– для генератора (регулятор напруги вимкнено);

– у холодному стані (під холодним розуміють такий стан, при якому температура вузлів генератора практично дорівнює температурі навколишнього повітря (25 ±10) °С, оскільки при експериментальному визначенні ТШХ генератор нагрівається, час експерименту має бути мінімальним, тобто не більше 1 хв, а повторний експеримент повинен проводитися після того, як температура вузлів знову стане рівною температурі навколишнього повітря);

– у нагрітому стані.

У технічної документації на генератори часто вказується не вся ТСХ, а лише окремі її характерні точки (див. рис. 1).

До таких точок відносяться:

- Початкова частота обертання при холостому ході n0. Вона відповідає заданому напрузі генератора без навантаження;

- Найбільша сила струму, що віддається генератором Idm. (Автомобільні вентильні генератори мають самообмеження, т. е. досягнувши сили Idm значення якої близько до значення сили струму короткого замикання, генератор при подальшому збільшенні частоти обертання не може віддати споживачам струму більшого значення. Струм Idm помножений на номінальну напругу, визначає номінальну потужність );

– частота обертання npн та сила струму Idн у розрахунковому режимі. (Точка розрахункового режиму визначається в місці торкання ТСХ дотичної, проведеної з початку координат. Приблизно розрахункове значення сили струму може бути визначене як 0,67 Idm. частоти обертання зростає струм генератора і, отже, нагрів його вузлів, але одночасно зростає і інтенсивність охолодження генератора вентилятором, розташованим на його валу.

– частота обертання nхд та сила струму Iхд у режимі, що відповідає холостому ходу двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ). У цьому режимі генератор повинен віддавати силу струму, необхідну для живлення ряду найважливіших споживачів, насамперед запалювання в карбюраторних ДВЗ.

Як визначити параметри свого генератора:

Для вітчизняних генераторів: На нові моделі вітчизняних двигунів (ВАЗ-2111, 2112, ЗМЗ-406 та ін.): Встановлюються генератори компактної конструкції (94.3701 та ін.). Безщіткові (індукторні) генератори (955.3701 для ВАЗів, Г700А для УАЗів) відрізняються від традиційної конструкції тим, що у них на роторі розташовані постійні магніти, а обмотки збудження – на статорі (змішане збудження). Це дозволило обійтися без щіткового вузла (уразлива частина генератора) та контактних кілець. Однак ці генератори мають дещо більшу масу та вищий рівень шуму.

На щитку генератора зазвичай вказуються його основні параметри:

– номінальна напруга 14 або 28 В (залежно від номінальної напруги системи електроустаткування);

– номінальний струм, який приймається максимальний струм віддачі генератора.

– Тип, марка генератора

Основною характеристикою генераторної установки є її струмошвидкісна характеристика (ТСХ), тобто залежність струму, що віддається генератором у мережу, від частоти обертання його ротора при постійній величині напруги силових виводах генератора.

Характеристика ця визначається при роботі генераторної установки в комплекті з повністю зарядженою акумуляторною батареєю з номінальною ємністю, вираженою в А/год, що становить не менше 50% номінальної сили струму генератора. Характеристика може визначатися в холодному та нагрітому станах генератора. При цьому під холодним станом розуміється таке, при якому температура всіх частин і вузлів генератора дорівнює температурі навколишнього середовища, величина якої має бути 23±5°С. Температура повітря визначається у точці на відстані 5 см від повітрозабірника генератора. Оскільки генератор під час зняття характеристики нагрівається за рахунок втрат потужності, що виділяються в ньому, то методично важко зняти ТСХ в холодному стані і більшість фірм наводить струмошвидкісні характеристики генераторів у нагрітому стані, тобто в стані при якому вузли і деталі генератора нагріті в кожній визначеній точці до встановленої величини за рахунок втрат потужності, що виділяються в генераторі при зазначеній вище температурі охолоджуючого повітря.

Діапазон зміни частоти обертання при знятті характеристики укладено між мінімальною частотою, при якій генераторна установка розвиває силу струму 2А (близько 1000 хв-1) та максимальною. Зняття характеристики здійснюється з інтервалом 500 до 4000 хв-1 та 1000 хв-1 при більш високих частотах. Деякі фірми наводять швидкісні характеристики, визначені при номінальній напрузі, тобто при 14 В, характерному для легкових автомобілів. Однак зняти такі характеристики можна тільки з регулятором, спеціально перебудованим на високий рівень підтримки напруги. Щоб запобігти роботі регулятора напруги при знятті струмошвидкісної характеристики, її визначають при напругах Ut=13,5±0,1 для 12-вольтової бортової системи. Допускається і прискорений метод визначення струмошвидкісної характеристики, що вимагає спеціального автоматизованого стенду, при якому генератор прогрівається протягом 30 хв при частоті обертання 3000 хв-1, що відповідає цій частоті, силі струму та зазначеній вище напрузі. Час зняття характеристики не повинен перевищувати 30 с при постійно мінливій частоті обертання.

Токошвидкісна характеристика має характерні точки, до яких належать:

n0 - Початкова частота обертання без навантаження. Оскільки зазвичай зняття характеристики починають із струму навантаження (близько 2А, то ця точка виходить екстраполяцією знятої характеристики до перетину з віссю абсцис.

nL – мінімальна робоча частота обертання, т. е. частота обертання, що приблизно відповідає частоті холостого ходу двигуна. Умовно приймається nL = 1500 хв-1. Цій частоті відповідає струм IL. Фірма Bosch для "компактних" генераторів прийняла nL = 1800 хв-1. Зазвичай IL становить 40-50% номінального струму.

nR – номінальна частота обертання, коли він виробляється номінальний струм IR. Ця частота обертання прийнята nR = 6000 хв-1. IR – найменша сила струму, який генераторна установка має виробити за частоти обертання nR.

NМАХ - максимальна частота обертання. За цієї частоти обертання генератор виробляє максимальну силу струму Imax. Зазвичай, максимальна сила струму мало відрізняється від номінального IR (не більше, ніж на 10%).

Виробники наводять у своїх інформаційних матеріалах переважно лише характерні точки струмошвидкісної характеристики. Однак, для генераторних установок легкових автомобілів з достатнім ступенем точності можна визначити струмошвидкісну характеристику відомої номінальної величини сили струму IR і характеристиці по рис.8, де величини сили струму генератора дані по відношенню до її номінальної величини.

Крім струмошвидкісної характеристики генераторну установку характеризує ще й частота самозбудження. При роботі генератора на автомобілі в комплекті з акумуляторною батареєю генераторна установка повинна самозбуджуватися при частоті обертання двигуна меншою, ніж частота його холостого ходу. При цьому, звичайно, у схему повинні бути включені лампа контролю працездатного стану генераторної установки потужністю, обумовленої для неї фірмою-виробником генератора і паралельно резистори, якщо вони передбачені схемою.

Іншою характеристикою, за якою можна представити енергетичні здібності генератора, тобто визначити величину потужності, що забирається генератором від двигуна, є величина його коефіцієнта корисної дії (ККД), що визначається в режимах відповідних точках токошвидкісної характеристики (рис.8), величина ККД по рис.8 наведено для орієнтування, т.к. вона залежить від конструкції генератора - товщини пластин, з яких набраний статор, діаметр контактних кілець, підшипників, опору обмоток і т. п., але, головним чином, від потужності генератора. Чим генератор потужніший, тим його ККД вищий.

Рис.8 Вихідні характеристики автомобільних генераторів:

1 – струмошвидкісна характеристика; 2 – ККД за точками струмошвидкісної характеристики.

Нарешті, генераторну установку характеризує діапазон її вихідної напруги при зміні в певних межах частоти обертання, сили струму навантаження і температури. Зазвичай у проспектах фірм вказується напруга між силовим висновком "+" і "масою" генераторної установки в контрольній точці або напруга налаштування регулятора при холодному стані генераторної установки частоті обертання 6000 хв-1, навантаженні силою струму 5 А та роботі в комплекті з акумуляторною батареєю, і навіть термокомпенсація – зміна регульованого напруги залежно від температури довкілля. Термокомпенсація вказується як коефіцієнта, що характеризує зміна напруги при зміні температури навколишнього середовища на ~1°С. Як було показано вище, зі зростанням температури напруга генераторної установки зменшується. Для легкових автомобілів деякі фірми пропонують генераторні установки з наступною напругою налаштування регулятора та термокомпенсацією:

Напруга налаштування, …………………………… 14,1±0,1 14,5+0,1

Термокомпенсація, мВ/°С …………………………. -7+1,5 -10±2

Привід генераторів

Привід генераторів здійснюється від шківа колінчастого валу ремінною передачею. Чим більший діаметр шківа на колінчастому валу і менший діаметр шківа генератора (відношення діаметрів називають передатним ставленням), тим вище обороти генератора, відповідно, він здатний віддати споживачам більший струм.

Привід клиновим ременем не застосовується для передавальних відносин більше 1,7-3. Насамперед це пов'язано з тим, що при малих діаметрах шківів клиновий ремінь посилено зношується.

На сучасних моделях, як правило, привід здійснюється полікліновим ременем. Завдяки більшій гнучкості він дозволяє встановлювати на генераторі шків малого діаметра і, отже, отримувати вищі передатні відносини, тобто використовувати високооборотні генератори. Натяг поліклінового ременя здійснюється, як правило, натяжними роликами при нерухомому генераторі.

Кріплення генератора

Генератори кріпляться у передній частині двигуна болтами на спеціальних кронштейнах. Кріпильні лапи та натяжний вушок генератора знаходяться на кришках. Якщо кріплення здійснюється двома лапами, то вони розташовані на обох кришках, якщо одна лапа – вона знаходиться на передній кришці. В отворі задньої лапи (якщо кріпильні лапи – дві) зазвичай є дистанційна втулка, що усуває зазор між кронштейном двигуна та посадковим місцем лапи.

Регулятори напруги

Регулятори підтримують напругу генератора у певних межах для оптимальної роботи електроприладів, включених до бортової мережі автомобіля. Усі регулятори напруги мають вимірювальні елементи, що є датчиками напруги, та виконавчі елементи, що здійснюють його регулювання.

У вібраційних регуляторах вимірювальним та виконавчим елементом є електромагнітне реле. У контактно-транзисторних регуляторів електромагнітне реле знаходиться у вимірювальній частині, а електронні елементи – у виконавчій частині. Ці два типи регуляторів нині повністю витіснені електронними.

Напівпровідникові безконтактні електронні регулятори зазвичай вбудовані в генератор і об'єднані зі щітковим вузлом. Вони змінюють струм збудження шляхом зміни часу включення обмотки ротора в мережу живлення. Ці регулятори не піддаються розрегулюванню та не вимагають жодного обслуговування, крім контролю надійності контактів.

Регулятори напруги мають властивість термокомпенсації – зміни напруги, що підводиться до акумуляторної батареї, залежно від температури повітря в підкапотному просторі для оптимального заряду АКБ. Чим нижча температура повітря, тим більше напруга повинна підводитися до батареї і навпаки. Величина термокомпенсації досягає до 0,01 на 1°С. Деякі моделі виносних регуляторів (2702.3702, РР-132А, 1902.3702 та 131.3702) мають ступінчасті ручні перемикачі рівня напруги (зима/літо).

Принцип дії регулятора напруги

В даний час всі генераторні установки оснащуються напівпровідниковими електронними регуляторами напруги, як правило, вбудованими всередину генератора. Схеми їх виконання та конструктивне оформлення можуть бути різні, але принцип роботи у всіх регуляторів однаковий. Напруга генератора без регулятора залежить від частоти обертання його ротора, магнітного потоку, створюваного обмоткою збудження, отже, від сили струму в цій обмотці і величини струму, що віддається генератором споживачам. Чим більша частота обертання та сила струму збудження, тим більша напруга генератора, чим більша сила струму його навантаження – тим менша ця напруга.

Функцією регулятора напруги є стабілізація напруги при зміні частоти обертання та навантаження за рахунок впливу струму збудження. Звичайно можна змінювати струм в ланцюзі збудження введенням в цей ланцюг додаткового резистора, як це робилося в колишніх вібраційних регуляторах напруги, але цей спосіб пов'язаний із втратою потужності в цьому резисторі та в електронних регуляторах не застосовується. Електронні регулятори змінюють струм збудження шляхом включення та відключення обмотки збудження від мережі живлення, при цьому змінюється відносна тривалість часу включення обмотки збудження. Якщо для стабілізації напруги потрібно зменшити силу струму збудження, час увімкнення обмотки збудження зменшується, якщо потрібно збільшити - збільшується.

Принцип роботи електронного регулятора зручно продемонструвати на простій схемі регулятора типу ЕЕ 14V3 фірми Bosch, представленій на рис. 9:

Рис.9 Схема регулятора напруги EE14V3 фірми BOSCH:

1 – генератор, 2 – регулятор напруги, SA – замок запалювання, HL – контрольна лампа на панелі приладів.

Щоб зрозуміти роботу схеми, слід згадати, що, як було показано вище, стабілітрон не пропускає через себе струм при напругах нижче величини напруги стабілізації. При досягненні напругою цієї величини, стабілітрон "пробивається" і по ньому починає протікати струм. Таким чином, стабілітрон у регуляторі є еталоном напруги з яким порівнюється напруга генератора. З іншого боку відомо, що транзистори пропускають струм між колектором і емітером, тобто. відкриті, якщо у ланцюзі “база – емітер” струм протікає, і пропускають цього струму, тобто. закрито, якщо базовий струм переривається. Напруга до стабілітрона VD2 підводиться від виведення генератора "D+" через дільник напруги на резисторах R1(R3 і діод VD1, що здійснює температурну компенсацію. Поки напруга генератора невелика і напруга на стабілітроні нижче його напруги стабілізації, стабілітрон закритий, через нього, а, отже, і в базовому ланцюгу транзистора VT1 струм не протікає, транзистор VT1 також закритий.У цьому випадку струм через резистор R6 від виведення “D+” надходить у базовий ланцюг транзистора VT2, який відкривається, через його перехід емітер – колектор починає протікати струм у базі транзистора VT , який також відкривається, при цьому обмотка збудження генератора виявляється підключеною до ланцюга живлення через перехід емітер – колектор VT3.

З'єднання транзисторів VT2 та VT3, у якому їх колекторні висновки об'єднані, а живлення базової ланцюга одного транзистора виробляється від емітера іншого, називається схемою Дарлінгтона. При такому з'єднанні обидва транзистори можуть розглядатися як один складовий транзистор з більшим коефіцієнтом посилення. Зазвичай такий транзистор і виконується однією кристалі кремнію. Якщо напруга генератора зросла, наприклад, через збільшення частоти обертання його ротора, то зростає напруга на стабілітроні VD2, при досягненні цією напругою величини напруги стабілізації, стабілітрон VD2 "пробивається", струм через нього починає надходити в базовий ланцюг транзистора VT1, який відкривається і своїм переходом емітер - колектор закорочує виведення бази складеного транзистора VT2, VT3 на "масу".

Складовий транзистор закривається, розриваючи ланцюг живлення обмотки збудження. Струм збудження спадає, зменшується напруга генератора, закриваються стабілітрон VT2, транзистор VT1, відкривається складовий транзистор VT2,VT3, обмотка збудження знову входить у ланцюг живлення, напруга генератора зростає і повторюється. Таким чином, регулювання напруги генератора регулятором здійснюється дискретно через зміну відносного часу включення обмотки збудження в ланцюг живлення. У цьому струм в обмотці збудження змінюється оскільки показано на рис.10. Якщо частота обертання генератора зросла чи навантаження його зменшилася, час включення обмотки зменшується, якщо частота обертання зменшилася чи збільшилася навантаження – збільшується. У схемі регулятора (див. рис.9) є елементи, характерні для схем всіх регуляторів напруги, що застосовуються на автомобілях.

Діод VD3 під час закриття складового транзистора VT2,VT3 запобігає небезпечним сплескам напруги, що виникають через обрив ланцюга обмотки збудження зі значною індуктивністю. В цьому випадку струм обмотки збудження може замикатися через цей діод і небезпечних сплесків напруги не відбувається. Тому діод VD3 носить назву гасить. Опір R7 є опором жорсткого зворотного зв'язку.

Рис.10. Зміна сили струму в обмотці збудження JB за часом t під час роботи регулятора напруги: tвкл, tвыкл – відповідно час включення та вимкнення обмотки збудження регулятора напруги; n1 n2 – частоти обертання ротора генератора, причому n2 більше n1; JB1 та JB2 – середні значення сили струму в обмотці збудження

При відкритті складеного транзистора VT2, VT3 воно виявляється підключеним паралельно опору R3 дільника напруги, при цьому напруга на стабілітрон VT2 різко зменшується, це прискорює перемикання схеми регулятора і підвищує частоту цього перемикання, що благотворно позначається на якості напруги генераторної установки. Конденсатор С1 є своєрідним фільтром, що захищає регулятор від впливу напруги імпульсів на його вході. Взагалі конденсатори в схемі регулятора або запобігають перехід цієї схеми в коливальний режим і можливість впливу сторонніх високочастотних перешкод працювати регулятора, або, прискорюють перемикання транзисторів. В останньому випадку конденсатор, заряджаючи в один момент часу, розряджається на базовий ланцюг транзистора в інший момент, прискорюючи кидком розрядного струму перемикання транзистора і, отже, знижуючи його нагрівання та втрати енергії в ньому.

З рис.9 добре видно роль лампи HL контролю за працездатним станом генераторної установки (лампа контролю заряду на панелі приладів автомобіля). При непрацюючому двигуні автомобіля замикання контактів вимикача запалювання SA дозволяє струму від акумуляторної батареї GA через цю лампу надходити в обмотку збудження генератора. Цим забезпечується початкове збудження генератора. Лампа при цьому горить, сигналізуючи, що в ланцюзі обмотки збудження немає урвища. Після запуску двигуна, на висновках генератора “D+” та “В+” з'являється практично однакова напруга та лампа гасне.

Якщо генератор при працюючому двигуні автомобіля не розвиває напруги, то лампа HL продовжує горіти і в цьому режимі, що є сигналом про відмову генератора або обрив приводного ременя. Введення резистора R в генераторну установку сприяє розширенню діагностичних здібностей лампи HL. За наявності цього резистора у разі обриву ланцюга обмотки збудження при працюючому двигуні автомобіля лампа HL спалахує. Нині дедалі більше фірм перетворюється на випуск генераторних установок без додаткового випрямляча обмотки возбуждения.

В цьому випадку в регулятор заводиться виведення фази генератора. При непрацюючому двигуні автомобіля напруга на виведенні фази генератора відсутня і регулятор напруги в цьому випадку переходить у режим, що перешкоджає розряду акумуляторної батареї на обмотку збудження. Наприклад, при включенні вимикача запалення схема регулятора переводить його вихідний транзистор в коливальний режим, при якому струм в обмотці збудження невеликий і становить частки ампера. Після запуску двигуна сигнал з виведення фази генератора переводить схему регулятора нормальний режим роботи. Схема регулятора здійснює у разі управління лампою контролю працездатного стану генераторної установки.

Рис.11. Температурна залежність напруги, що підтримується регулятором EE14V3 фірми Bosch при частоті обертання 6000 хв-1 та силі струму навантаження 5А.

Акумуляторна батарея для своєї надійної роботи вимагає, щоб зі зниженням температури електроліту, напруга, що підводиться до батареї від генераторної установки, дещо підвищувалася, а з підвищенням температури – зменшувалася. Для автоматизації процесу зміни рівня напруги застосовується датчик, поміщений в електроліт акумуляторної батареї і включений в схему регулятора напруги. Але це доля лише просунутих автомобілів. У найпростішому випадку термокомпенсація в регуляторі підібрана таким чином, що в залежності від температури генератора, що надходить в генератор охолоджуючого повітря, напруга генераторної установки змінюється в заданих межах.

На рис.11 показано температурну залежність напруги, яку підтримує регулятор EE14V3 фірми Bosch в одному з робочих режимів. На графіку вказано також поле допуску величину цієї напруги. Падаючий характер залежності забезпечує хороший заряд акумуляторної батареї при негативній температурі та запобігання посиленому википанню її електроліту при високій температурі. З цієї ж причини на автомобілях, призначених спеціально для експлуатації в тропіках, встановлюють регулятори напруги із свідомо нижчою напругою налаштування, ніж для помірного та холодного клімату.

Робота генераторної установки на різних режимах

При пуску двигуна основним споживачем електроенергії є стартер, сила струму досягає сотень ампер, що спричиняє значне падіння напруги на виводах акумулятора. У цьому режимі споживачі електроенергії живляться лише від акумулятора, що інтенсивно розряджається. Відразу після запуску двигуна генератор стає основним джерелом електропостачання. Він забезпечує необхідний струм для заряду акумулятора та роботи електроприладів. Після підзарядки акумулятора різниця його напруги та генератора стає невеликою, що призводить до зниження зарядного струму. Джерелом електроживлення, як і раніше, є генератор, а акумулятор згладжує пульсації напруги генератора.

При включенні потужних споживачів електроенергії (наприклад, обігрівача заднього скла, фар, вентилятора обігрівача і т.п.) і невеликій частоті обертання ротора (малі обороти двигуна) сумарний струм споживання може бути більше, ніж здатний віддати генератор. У цьому випадку навантаження ляже на акумулятор, і він почне розряджатися, що можна контролювати показання додаткового індикатора напруги або вольтметра.

Заміна одного типу генератора на автомобілі іншим завжди можлива, якщо дотримуються чотирьох умов:

- генератори мають однакові струмошвидкісні характеристики або за енергетичними показниками характеристики генератора, що замінює, не гірше, ніж у замінного;

- Передавальне число від двигуна до генератора однаково;

– габаритні та приєднувальні розміри замінного генератора дозволяють встановити його на двигун. Слід мати на увазі, що більшість генераторів закордонних легкових автомобілів мають однолапне кріплення, у той час як вітчизняні генератори кріпляться на двигуні за дві лапи, тому заміна зарубіжного генератора вітчизняним швидше за все вимагатиме заміни кронштейна кріплення генератора на двигуні;

– схеми замінної та замінної генераторної установки ідентичні.

Під час встановлення акумулятора на автомобіль переконайтеся, що підключення правильно. Помилка призведе до негайного виходу з ладу випрямляча генератора, може виникнути пожежа. Такі ж наслідки можливі при запуску двигуна від зовнішнього джерела струму при неправильній полярності підключення.

При експлуатації автомобіля необхідно:

– стежити за станом електропроводки, особливо за чистотою та надійністю з'єднання контактів проводів, що підходять до генератора, регулятора напруги. У разі поганих контактів бортова напруга може вийти за допустимі межі;

– від'єднати всі дроти від генератора та від акумулятора при електрозварюванні кузовних деталей автомобіля;

– стежити за правильним натягом ременя генератора. Слабо натягнутий ремінь не забезпечує ефективної роботи генератора, натягнутий занадто сильно призводить до руйнування його підшипників;

– негайно з'ясувати причину загоряння контрольної лампи генератора.

Неприпустимо робити такі дії:

– залишати автомобіль із підключеним акумулятором у разі підозри на несправність випрямляча генератора. Це може призвести до повного розряду акумулятора та навіть до займання електропроводки;

– перевіряти працездатність генератора замиканням його висновків на “масу” та між собою;

– перевіряти справність генератора шляхом відключення акумуляторної батареї при працюючому двигуні через можливість виходу з ладу регулятора напруги, електронних елементів систем упорскування, запалювання, бортового комп'ютера тощо;

- Допускати попадання на генератор електроліту, "Тосола" і т. д.

Будь-який автомобіль має свою електричну мережу, що виконує кілька функцій: запуск двигуна стартером, забезпечення стабільного утворення розряду іскор для займання бензинової суміші, звукової та світлової сигналізації, а також освітлення та створення комфортних умов у салоні.

Для забезпечення електричною енергією споживачів автомобільної електричної мережі передбачено два джерела живлення: генератор і живлення енергією бортову мережу до моменту запуску двигуна. Її особливістю є нездатність вироблення електричного струму, лише його утримання у собі, і віддачі споживачам за необхідності. Тому акумуляторна батарея не зможе одна довго забезпечувати електроенергією мережу автомобіля, оскільки швидко розрядиться, віддавши всю енергію. Чим частіше запускається двигун і використовуються потужні споживачі струму, тим швидше відбудеться її розряд.

Для відновлення заряду батареї та забезпечення електрикою інших споживачів автомобіля застосовується автомобільний генератор, який постійно виробляє електроенергію під час роботи двигуна.

Види автогенераторів

Існує два види генераторів, що застосовуються на автомобілях:

1. Генератор постійного струму на сучасних автомобілях не використовується. Для його роботи не потрібне випрямлення струму. Раніше застосовувався на автомобілях Перемога, ГАЗ-51 та деяких інших марках, випущених до 1960 року.
2. Генератор змінного струму широко застосовується на автомобілях зараз. Перші такі генератори були розроблені в Америці у 1946 році. Це більш надійна та сучасна конструкція. На виході генератора вбудований.

Пристрій та робота

Обидва види генераторів служать для вироблення електричного струму, необхідного для експлуатації автомобіля. Їх пристрій і принцип роботи мають відмінні риси, оскільки вони виробляють різні види струму. Розглянемо конструктивні особливості та принцип дії, які має автомобільний генератор кожного виду.

Автомобільний генератор постійного струму

Такий автомобільний генератор має багато недоліків:

• Мінімальна ефективність роботи.
• Недостатня потужність.
• Недосконала схема підключення.
• Потрібний постійний контроль.
• Часте технічне обслуговування.
• Мінімальний термін служби.

Аналогічні конструкції, що включають колектор, можуть одночасно функціонувати в режимі генератора або двигуна. У гібридних автомобілях вони знайшли широке застосування.

Їхньою відмінністю від автогенераторів змінного струму є те, що електромагніти, що створюють, абсолютно нерухомі. Електрорушійна сила знаходиться в обертових обмотках ротора. Електричний струм знімається з напівкілець, ізольованих між собою. На кожній щітці є напруга однієї полярності.

Автомобільний генератор змінного струму

Це найпопулярніша модель сучасних автогенераторів. Будь-яка конструкція автогенератора включає обмотку, розташовану в нерухомому статорі, який зафіксований між двома кришками: задньої і передньої. З боку задньої кришки знаходяться контактні кільця ротора. З боку передньої кришки знаходиться привід зі шківом. Автомобільний генератор розташований попереду двигуна та кріпиться за допомогою болтового з'єднання на спеціальні кронштейни. Натяжний вух і кріпильні лапи розташовані на кришках генератора.

Кришки генератора виготовлені литтям із алюмінієвих сплавів. Вони мають вікна для вентиляції корпуса генератора. У різних конструкціях такі вікна можуть виконуватися як у торцевій частині генератора, так і на циліндричній частині над статорними обмотками.

На задній кришці закріплений щітковий вузол, об'єднаний із регулятором напруги, а також блок випрямляча. Кришки генератора стягуються довгими гвинтами, затискаючи між собою корпус статора з обмотками.

Статор автогенератораскладається:

Статор виготовляється із листової сталі товщиною 1 мм. Для економії металу конструктори створили статор, що складається із окремих сегментів у вигляді підкови. Листи статора скріплені між собою в одну конструкцію за допомогою заклепок або зварювання. Всі основні види статорних конструкцій містять 36 пазів, в яких знаходиться обмотка. Пази статора ізольовані епоксидним компаундом чи спеціальною плівкою.

Ротор генератораскладається:

Автомобільний генератор має особливий вид системи. полюсів ротора , що складається з двох половин, що мають виступи у вигляді дзьоба. На кожній половині є шість полюсів, які виготовляються методом штампування. Полюсні половини напресовуються на вал. Між ними встановлюється втулка, де розташована обмотка збудження. Вал роторазазвичай виготовляється із автоматної сталі низької твердості. Але при використанні роликового підшипника, який працює на кінці валу з боку задньої кришки, вал виготовляють із твердої легованої сталі, при цьому піддають цапфу валу загартування. Кінець валу має різьблення, шпонковий паз для фіксації шківа.

У сучасних генераторах шпонка не застосовується. Шків фіксується на валу зусиллям затягування гайки. Для полегшення розбирання на валу є шестигранний виступ ключа, або поглиблення.

Щітки автогенератора розташовані в щітковому вузлі та притискаються до кільця за допомогою пружин.

Автомобільний генератор може оснащуватися двома типами щіток:

1. Міднографітові.
2. Електрографітові.

Другий тип має значну втрату напруги при контакті з кільцем. Це негативно впливає вихідні параметри генератора. Позитивним моментом є тривалий термін служби кілець та щіток.

Вузол випрямленнявикористовується двох типів:

1. Тепловідвідні пластини, які запресовані силові діоди випрямляча.
2. Конструкція з великими ребрами охолодження, на які припаюються таблеткові діоди.

Допоміжний випрямляч включає діоди в пластиковому корпусі формою у вигляді горошини або циліндра, а також можуть виготовлятися окремим герметичним блоком, що підключається до схеми спеціальними шинами.

Велику небезпеку для автогенератора може спричинити коротке замикання тепловідвідних пластин позитивного та негативного полюса. Це може статися через випадкове влучення металевого предмета або струмопровідного бруду. При цьому в ланцюзі акумулятора виникає замикання, яке може призвести до пожежі. Щоб цього не сталося, багато струмопровідних елементів випрямляча покривають шаром ізоляції.

У генераторі використовуються кулькові радіальні підшипники із закладеним у них разовим мастилом та ущільненням. Роликові підшипники іноді використовуються на імпортних генераторах.

Охолодження автогенератора відбувається за рахунок закріплених на валу лопат вентилятора. Повітря засмоктується в отвори задньої кришки. Існують інші способи охолодження.

На автомобілях, у яких підкапотний простір занадто щільний і має велику температуру, використовують генератори з особливим кожухом, яким окремо надходить прохолодне повітря для охолодження.

Регулятор напруги

Служить для підтримки напруги автогенератора у необхідному діапазоні для нормальної роботи електроустаткування автомобіля.

Такі регулятори працюють на основі напівпровідникових елементів. Їхнє конструктивне виконання може бути різним, але принцип їх дії не відрізняється.

Регулятори напруги мають властивість термокомпенсації. Це може змінювати величину напруги в залежності від температури робочого простору для найкращої зарядки акумулятора. Чим прохолодніше повітря, тим вище повинна бути напруга, що підводиться до акумулятора.

Робота генератора

При запуску двигуна автомобіля основним споживачем електрики є стартер. При цьому сила струму може досягти кількох сотень амперів. У такому режимі електрообладнання працює тільки від акумулятора, який схильний до сильного розряду. Після запуску двигуна автомобільний генератор є основним джерелом живлення.

Під час роботи двигуна відбувається безперервна дозарядка акумулятора та забезпечується робота електричних споживачів, підключених до бортової мережі автомобіля. Якщо генератор вийде з ладу, акумуляторна батарея швидко розрядиться. Після заряджання напруга акумулятора та генератора відрізняється незначно, тому зарядний струм зменшується.

При роботі потужних електроприладів автомобіля та низьких оборотах двигуна, загальний струм споживання стає вищим за здатність генератора, тому реле напруги перемикає живлення на акумулятор.

Кріплення та привід

Генератор приводиться в дію за допомогою шківа двигуна через передачу. Оберти обертання генератора залежать від діаметра шківа генератора та шківа колінвала двигуна.

Сучасні автомобілі оснащені полікліновим ременем, так як він має більшу гнучкість і може приводити в дію шківи невеликого діаметру. Це дозволяє отримати більші обороти генератора. Ремінь може натягуватися різними способами, залежно від марки автомобіля та конструкції натягувача. Найчастіше як натягувач використовують спеціальні ролики.

Несправності

Автогенератори є надійним пристроєм, однак у них також трапляються деякі несправності, які діляться на два види:

1. Механічні несправності найчастіше виникають внаслідок зношування деталей: шківа, приводного ременя, підшипників кочення, міднографітних щіток. Такі несправності легко виявляються, оскільки виникають сторонні шуми, стукіт з боку генератора. Ці поломки усувають шляхом заміни зношених деталей, оскільки вони не підлягають відновленню.
2. Електричні несправності виникають набагато частіше. Вони можуть виражатися в замиканні обмоток статора або ротора, поломки регулятора напруги, пробої випрямляча і т.д. До виявлення несправностей такі поломки можуть негативно вплинути на акумулятор. Наприклад, пробитий регулятор напруги постійно перезаряджатиме батарею. У цьому немає особливих зовнішніх ознак. Це виявляється лише за допомогою вимірів напруги виходу генератора.

Електричні несправності також усуваються шляхом заміни несправних деталей на нові. Замикання в обмотках потребує їх перемотування, що значно підвищує вартість ремонту. У торговій мережі можна знайти запчастини до генераторів, у тому числі корпус статора з обмотками.

Для того, щоб забезпечити нормальну роботу автомобіля, необхідний автогенератор. Цей пристрій дозволяє перетворити енергію руху на електричний струм.

Як виглядає автомобільний генератор

Генератор струму необхідний електроживлення світлотехнічної продукції, зарядки АКБ (акумуляторної батареї), вимірювальних приладів, підключення бортового комп'ютера та інших.

Генератор постійного струму

Першими для автомобілів були застосовані генератори постійного струму, які мали масу недоліків. Впровадження нових випрямлячів нового типу (кремнієвих та селенових) дозволило застосовувати для транспорту генератори змінного струму, які дозволили підвищити ефективність установки та забезпечити більшу потужність за однакового вхідного струму.

Як виглядає сучасний генератор

На автотранспорті, що вироблявся до середини 60-х років. ХХ століття застосовували генератори постійного струму.

Головним недоліком пристроїв був швидкий вихід з ладу обладнання, недосконала схема підключення, мала потужність установки, необхідність постійного контролю та обслуговування обладнання, при тому що вихідна потужність була незначною.

Електрична схема авто включає реле регулятора напруги. У статорі розташована обмотка збудження, яка з'єднується паралельно із силовою обмоткою (на якорі генератора) пружинними щітками.

Загальний вигляд регулятора напруги

Пристрій та принцип роботи генератора

• Статор триобмотувальний (зірка).
• Ротор з обмоткою збудження. Струм на нього подається за допомогою підключення контактних кілець та щіток.
• Випрямний щит складається з шести напівпровідникових діодів. Перетворює струм на постійний, і направляє в електричну мережу автомобіля. Виконує також функцію реле зворотного струму.
• Стабілізатор напруги. Дозволяє контролювати значення струмових навантажень на обмотках збудження, тобто стабілізує рівень напруги у пристрої. Зазвичай виконаний в одному корпусі. Схема виконується у трьох варіантах: безконтактні (виключено електромагнітне реле; регулювання змінного струму здійснюється електронним ключем); контактно-транзисторні (управління здійснюється транзисторами); вібраційні (контроль здійснюється електромагнітним реле).
• Реле увімкнення індикації роботи генератора змінного струму. Працює від 2-х фаз джерела або від нуля випрямляча.

Вид пружинної щіточки

Токові обмежувачі не передбачені, тому що схема включає самообмежувальні елементи.

Переваги:

• зменшення габаритів генераторів автомобілів;
• висока надійність та безаварійність.
• отримання генераторів більшої потужності порівняно з моделями постійного струму.

Реле регулятора

Пристрій складається з трьох основних елементів:

1. ВІД (обмежувач струму) – складова частина реле, яка контролює струм. При перевищенні постійного струму вище заданого відбувається відключення пристрою. Включається в схему послідовно між генератором і вихідною напругою. Принцип роботи: реле спрацьовує при досягненні постійного струму заданого значення. Потім відбувається підключення в електроланцюг додаткового опору зменшення струмового навантаження.

При відключеному навантаженні підтримує параметри АКБ на одному рівні. Вихід струму верхнє граничне значення супроводжується розрядкою АКБ.

1. СН (Стабілізатор напруги). Контролює потужність магнітного потоку на обмотці збудження статора. Після досягнення максимального значення напруги спрацьовує захист і в електроланцюг включається додатковий опір, рахунок якого відбувається зниження потенціалу.

Стабілізатор напруги, необхідний контролю потужності магнітного потоку

При зниженні напруги нижче робочого реле виключає один або кілька опорів (за допомогою шунтів) і струм починає підвищуватися.

1. РОТ (реле зворотного струму). Пристрій необхідний автоматичного включення і відключення генератора від зовнішнього навантаження при зниженні (перевищенні) напруги зовнішнього ланцюга АКБ. Відсутність РОТ спричиняє перегрів обмоток і безконтрольну розрядку акумуляторів.

Для повного контролю роботи генератора електрична схема доповнена реле включення лампи, яке сигналізує про низьку напругу на обмотках та малу ємність акумулятора.

ВІД і регулятор напруги не можуть працювати одночасно. Після досягнення критичної величини починає працювати обмежувач змінного струму.

Автогенератор на змінному струмі

Робота ґрунтується на дії електромагнітної індукції – обертанні постійного магніту у прямокутному полі.

Види за конструктивними особливостями:

• З магнітними полюсами, що обертаються, при нерухомому статорі. Знайшли широке застосування за рахунок відсутності необхідності компенсувати струми великої величини на роторі.
• Моделі з нерухомим магнітним полем та рухомим якорем. Менш поширені через малу ефективність.

За типом збудження:

• Порушення від постійних магнітів.
• Порушення здійснюється випрямленим струмом. У конструкції відсутні щітки.
• Порушення здійснюється від первинного малопотужного генератора, встановленого одному валу з основним.
• Живлення обмотки збудження від автономного джерела електричного струму, акумуляторних батарей та ін.

За кількістю фаз: одно-, дво- та трифазні.

Кожен пристрій містить ротор, відлитий цілісно з металу. Наконечники ротора виготовляють із листової сталі. Задля більшої нормальної роботи процесу магнітної індукції необхідно витримати зазор.

На сердечники насаджено котушки збудження, які працюють на постійному струмі. Подача змінного струму на автогенераторах змінного струму здійснюється за рахунок щіток або контактних кілець.

У сучасних моделях використовуються генератори на змінному струмі. Випрямляч виконаний у вигляді вбудованого напівпровідника.

Пристрій та принцип роботи автомобільного генератора

Основним вузлом, який приводить у дію механізм автомобіля, є автогенератор. Агрегат дозволяє отримати електричну енергію рахунок перетворення механічної. Обов'язковим елементом електросистеми автомобіля є реле регулятора напруги, який контролює параметри системи.

Завдання регулятора напруги:

• Стабілізувати потенціал у мережі під час розкидання частоти обертання.
• Виключити безконтрольну розрядку акумулятора. Низьке значення потенціалу викликає недозаряд, підвищене значення провокує швидкий вихід із ладу АКБ.

Пристрій генератора постійного струму:

• Корпус. Відкривається з двох сторін: з боку контактних кілець – задня (у ній розміщені підшипники та закріплений статор, знаходяться щітки та ін. вузли, які відповідають за вироблення та контроль електричної енергії), передня – з боку шківа (приєднана до механічної частини автомобіля).
• Статор. Циліндрична оболонка з листової сталі, в якій розташована трифазна обмотка. Цей вузол виробляє електричну енергію.
• Ротор дзьобоподібної форми, всередині якої розташовані дві втулки. У просторі між ними знаходиться обмотка збудження, що безпосередньо приєднана до мідних контактних кільців (циліндричної форми).
• Реле регулятора напруги необхідно для регулювання струмового навантаження на автогенератор.
• Шків - пристрій передачі механічної енергії до генератора ремінної передачі.
• Випрямлячі шестидіодні, які розподілені у двох групах, з'єднаних по три в позитивний та негативний тепловідведення.
• Пружні щітки.
• Захисна кришка.

Як виглядає шків авто

Автогенератор змінного струму відрізняється габаритами, місцем встановлення основних вузлів та якістю. Схема та принцип роботи генератор та складові частини для всіх моделей ідентичні.

Автогенератор у сільській техніці:

• У тракторах не передбачено встановлення АКБ, тому на них встановлюють генератори змінного струму із збудженням на постійних магнітах. На перших моделях використовувалися автогенератори постійного струму, які запускалися вручну. Реле регулятора напруги було встановлено на всіх моделях.

При поздовжньому пристрої двигуна автогенератор струму знаходиться із зовнішнього боку картера, при поперечному – ротор закріплений на лицьовій частині колінчастого валу, а генератор у закритому відсіку між коробкою передачі та картері ДВС.

• На мототехніці схема виробника струму ідентична автомобільним з АКБ. Для інших моделей передбачалися конструкції на неодимових магнітах.

Прикурювання повинно проводитися з дотриманням правил безпеки, тому що струм стартера на автомобілі-донорі значно перевищує допустимі струмові навантаження на генераторі, що підключається. Найбільш частими поломками цієї ситуації є вихід з ладу регулятора напруги.

Щоб уникнути виходу з ладу обладнання, необхідно відключати ДВС і вивільняти клему «-» на АКБ.

Для нормального руху ротора без навантаження необхідно додати 5% номінальної потужності пристрою.

Вал генератора починає чинити опір лише з появі магнітного поля статора, т. до. навантаження (включення ламп, музичних пристроїв та інших.)

Необхідна величина потужності, яка забезпечить живлення обмотки збудження генератора, становить 5% загального вихідного навантаження.