Генератор Автомобиля, Принцип Работы и Устройство, Мощностные Характеристики, Напряжение Выдаваемого Тока, Размеры и Схема

Назначение автомобильного генератора

Помимо питания бортовой сети, генератор автомобиля восполняет запас энергии, который использовал аккумулятор при запуске двигателя внутреннего сгорания. Первоначальное возбуждение обмотки также осуществляется за счет постоянного тока батареи. Затем генератор начинает вырабатывать мощность самостоятельно, когда вращение передается ремнем на шкив от коленчатого вала двигателя.

Другими словами — без генератора машина заведется стартером от аккумулятора, но далеко не уедет, и в следующий раз не заведется, так как аккумулятор не получает заряд. Факторы, влияющие на срок службы генератора:

• емкость аккумулятора и сила тока;
• стиль и режим вождения;
• количество встроенных сетевых потребителей;
• сезонные условия эксплуатации транспортных средств;
• качество изготовления и сборки генераторных установок.

Простая конструкция позволяет диагностировать и устранять большинство поломок самостоятельно.

Особенности конструкции

Принцип работы автомобильного генератора основан на эффекте электромагнитной индукции, что позволяет при зависании получать электрический ток, а затем изменять магнитное поле вокруг проводника. Для этого генератор имеет необходимые детали:

• ротор — катушка внутри двух пар разнонаправленных магнитов, которая получает вращение через шкив, а постоянный ток на обмотки возбуждения через щетки и токосъемные кольца
• статор — обмотки внутри магнитопровода, в которых индуцируется переменный ток
• диодный мост — преобразовывает переменный ток в постоянный
• реле напряжения — регулирует эту характеристику в пределах 13,8 — 14,8 В

При неработающем двигателе при его запуске ток возбуждения подается на якорь от аккумуляторной батареи. Затем генератор начинает самостоятельно вырабатывать электроэнергию, переходит на самовозбуждение и полностью восстанавливает заряд аккумулятора при движении автомобиля.

На холостом ходу зарядка не происходит, но бортовая сеть и все ее потребители (фары, музыка, кондиционер) доступны в полном объеме.

Статор

В генераторе самое сложное это статорный узел:

• пластины из трансформаторного железа толщиной 0,8 — 1 мм вырубаются перфоратором;
• из них собираются пакеты (сваркой или клепкой), 36 пазов по периметру изолируются эпоксидной или полимерной пленкой;
• затем в пакеты укладывают по 3 обмотки, фиксируя в пазах специальными клиньями.

Именно в статоре вырабатывается переменное напряжение, которое автомобильный генератор в дальнейшем выпрямляет в постоянный ток для бортовой сети и аккумулятора.

Ротор

При использовании подшипников качения штифт закаляют, а сам вал изготавливают из легированной стали. На вал намотана катушка, залитая специальным диэлектрическим лаком. Сверху на него надеваются половинки магнитного полюса и закрепляются на валу:

• имеют форму короны;
• содержит 6 лепестков;
• изготавливаются методом штамповки или литья.

Шкив фиксируется на валу шпонкой или гайкой с шестигранной головкой. Мощность генератора зависит от толщины провода катушки возбуждения и качества изоляции обмоток лаком.

При подаче напряжения на обмотки возбуждения вокруг них создается магнитное поле, взаимодействующее с аналогичным полем постоянных полюсных половинок магнитов. Именно вращение ротора создает электрический ток в обмотках статора.

Токосъемный узел

В щеточном генераторе узел токосъемного узла выглядит следующим образом:

• щетки скользят по кольцам коллектора;
• через них постоянный ток передается на обмотку возбуждения.

Электрографитные щетки изнашиваются меньше, чем у медно-графитовых модификаций, но наблюдается падение напряжения на коллекторных полукольцах. Для уменьшения электрохимического окисления колец их можно изготавливать из нержавеющей стали и латуни.

Поскольку работа токосъемного узла сопровождается интенсивным трением, щетки и токосъемные кольца изнашиваются чаще других деталей, они считаются расходными материалами. Поэтому они быстро доступны для периодической замены.

Выпрямитель

Поскольку в статоре электроприбора образуется переменное напряжение, а для бортовой сети необходим постоянный ток, в конструкцию добавляется выпрямитель, к которому подключаются обмотки статора. В зависимости от характеристик генератора выпрямительный блок имеет разную конструкцию:

• диодный мост впаян или запрессован в подковообразные пластины радиатора;
• на плате установлен выпрямитель, к диодам припаяны радиаторы с мощными ребрами.

Основной выпрямитель можно продублировать дополнительным диодным мостом:

• герметичный компактный блок;
• прямоугольная или цилиндрическая форма;
• включение в общий контур с небольшими шинами.

Выпрямитель является «слабым звеном» генератора, так как любой посторонний предмет, проводящий ток, случайно попавший между теплоотводами диодов, автоматически приводит к короткому замыканию.

Регулятор напряжения

После преобразования переменной амплитуды в постоянный ток выпрямителем питание генератора подается на реле регулятора напряжения по следующим причинам:

• коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания вращается с разной скоростью в зависимости от режима вождения, расстояния и цикла движения автомобиля;
• поэтому автомобильный генератор по умолчанию физически не способен выдавать одинаковое напряжение через разные промежутки времени;
• устройство реле регулятора отвечает за тепловую компенсацию — следит за значением температуры воздуха, при ее снижении повышает зарядное напряжение и наоборот.

Стандартное значение температурной компенсации составляет 0,01 В/1 градус. Некоторые генераторы имеют ручные переключатели лето/зима, которые можно переместить в салон или под капот автомобиля.

Бывают реле регулятора напряжения, где бортовая сеть подключается к обмотке возбуждения генератора проводом «-» или кабелем «+». Эти конструкции не взаимозаменяемы, их невозможно спутать, чаще всего в легковых автомобилях устанавливаются «отрицательные» регуляторы напряжения.

Подшипники

Передним подшипником считается подшипник со стороны шкива, корпус запрессован в крышку, а на валу используется скользящая посадка. Задний подшипник расположен возле контактных колец, наоборот, насажен на вал с натягом, в корпусе используется скользящая посадка.

В последнем случае можно использовать роликовые подшипники, передний подшипник всегда представляет собой канавочный шарикоподшипник с нанесенной на заводе одноразовой смазкой, которой хватает на весь срок службы.

Чем выше мощность генератора, тем больше нагрузка на подшипник, тем чаще требуется замена обоих расходников.

Крыльчатка

Трущиеся детали внутри генератора охлаждаются нагнетаемым воздухом. Для этого на вал надеваются одна или две крыльчатки, и всасывают воздух через специальные щели/отверстия в корпусе изделия.

Существует три типа автомобильных генераторов с воздушным охлаждением:

• при наличии щеточного узла/коллекторных колец и выносе выпрямителя и регулятора напряжения из корпуса эти узлы защищаются кожухом, так что в нем образуются воздухозаборные отверстия (позиция а) в нижнем контуре;
• если конструкция механизмов под капотом герметична, а окружающий их воздух слишком горячий, чтобы нормально охлаждать внутренности генератора, применяют защитный кожух специальной конструкции (поз б) на нижнем рисунке;
• в небольших генераторах воздухозаборные отверстия выполнены в обеих крышках корпуса (точка с на нижнем рисунке).

Перегрев обмоток и подшипников резко снижает производительность генератора, может привести к заклиниванию, короткому замыканию и даже возгоранию.

Корпус

Традиционно для большинства электроприборов корпус генератора выполняет защитную функцию для всех узлов внутри него. В отличие от стартера машины генератор не имеет натяжителя, провисание зубчатого ремня регулируется сдвигом корпуса самого генератора. Для этого помимо шпилек крепления на корпусе имеется регулировочное ушко.

Корпус изготовлен из алюминиевого сплава и состоит из двух крышек:

• статор и якорь скрыты внутри передней крышки;
• внутри задней крышки находится выпрямитель и реле регулятора напряжения.

От этой детали зависит правильная работа генератора, так как подшипник ротора запрессован в одну крышку, а ремень протянут в проушину корпуса.

Регулятор напряжения — функции, типы, контрольная лампа

Ключевым элементом генераторной установки является регулятор напряжения – устройство, поддерживающее безопасный уровень U на выходе статора.

Эти изделия бывают двух видов:

• Гибридные – регуляторы, в электрическую схему которых входят как электронные устройства, так и радиодетали.
• Интегрированные — устройства на основе технологии тонкопленочной микроэлектроники. В современных автомобилях чаще всего используется именно этот вариант.

Не менее важным элементом является контрольная лампа, закрепленная на приборной панели, по которой можно сделать вывод о проблемах с регулятором.

Загорание лампочки при запуске двигателя должно быть кратковременным. Если он горит постоянно (при работе генераторной установки), это свидетельствует о поломке регулятора или самого узла, а также о необходимости ремонта.

Режимы работы

При использовании машинного генератора есть 2 режима:

• пуск двигателя внутреннего сгорания — в этот момент стартер автомобиля и обмотка ротора генератора являются единственными потребителями, расходуется энергия аккумуляторной батареи, пусковые токи значительно выше, чем при эксплуатации, поэтому зависит от качества аккумулятор заряжается независимо от того, заведется автомобиль или нет;
• режим работы — стартер в этот момент выключен, обмотка ротора генератора переходит в режим самовозбуждения, но появляются другие потребители (кондиционер, подогревы стекол и зеркал, фары, автозвук), необходимо восстановить заряд аккумулятора.

Внимание: При резком увеличении общей нагрузки (аудиосистема с усилителем, сабвуфер) ток генератора становится недостаточным для обеспечения нужд встроенной системы, начинает расходоваться заряд аккумулятора.

Поэтому для уменьшения падения напряжения владельцы автомагнитол часто устанавливают дополнительный аккумулятор, увеличивают мощность генератора или дублируют его другим устройством.

Привод генератора

Генератор получает обороты для выработки электроэнергии посредством клиноременной передачи от коленчатого вала к двигателю. Поэтому натяжение ремня нужно проверять регулярно, желательно перед каждой поездкой. Основными нюансами работы генератора являются:

• натяжение проверяют усилием 3 – 4 кг, прогиб при этом не может превышать 12 мм;
• диагностика проводится линейкой, мощность которой до одного края обеспечивает дворовая сталь бытовая;
• ремень может проскальзывать при попадании на него масла из-за течи прокладок и уплотнений в соседних узлах под капотом;
• слишком жесткий ремень вызывает повышенный износ подшипников;
• несоосность шкивов коленчатого вала и генератора приводит к свисту и неравномерному износу ремня в сечении.

Средний ресурс шкивов 150 — 200 тысяч километров автомобиля. У ремня эта характеристика слишком разная для разных производителей, моделей автомобилей и стиля вождения владельца.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в реверсивном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает электроэнергию. По типу конструкции современные генераторы делятся на два типа: компактные и традиционные. Они имеют общую конструкцию, но отличаются конструкцией корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Современные устройства также имеют три фазы.

Генераторная установка

Генератор состоит из следующих основных элементов:

• привод со шкивом, подшипниками и валом;
• ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
• статор с сердечником и обмоткой;
• корпус, состоящий из двух крышек;
• регулятор напряжения;
• выпрямительный блок или диодный мост;
• щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

Корпус содержит все основные элементы генератора. Состоит из двух крышек (передней и задней). Крышки скреплены болтами. Для производства крышек используются легкие алюминиевые сплавы, которые не намагничиваются и хорошо рассеивают тепло. Крышки имеют вентиляционные отверстия и монтажные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке находится выходной разъем, через который протекает ток через генератор.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается диску генератора и вращает ротор. Скорость шкива в 2-3 раза выше скорости коленчатого вала. Крутящий момент от двигателя передается через ременную передачу. В зависимости от конструкции могут использоваться поликлиновые и клиновые ремни. Поликлиновой ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и фактически представляет собой обычный электромагнит. Обмотка размещена между двумя половинками полюсов (сердечниками), которые необходимы для регулирования и контроля магнитного поля. Каждая из половинок имеет шесть треугольных выступов, называемых клювами. На валу ротора также есть два медных шлифовальных кольца. Иногда их изготавливают из стали или латуни. Через контактные кольца обмотка возбуждения получает ток от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится ведущий шкив, а на другом конце крепится крыльчатка вентилятора. Это может быть два. Они необходимы для охлаждения внутренних частей генератора. Кроме того, на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шарикоподшипники.

Статор

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная часть, которая служит для создания переменного тока из магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь сердечник состоит из соединенных между собой стальных пластин, где образовано 36 канавок. В пазы намотаны три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Схем соединения обмоток может быть две: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединяются в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выдаются отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный ток, необходимый для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает стабильное и ровное напряжение.

Диодный мост

Блок, также называемый диодным мостом, состоит из двух пластин-радиаторов (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу по два диода. Сами диоды герметично запаяны в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется» и подается на выходной контакт на задней крышке.

Ток протекает через диоды только в одном направлении, а токи противоположной полярности отсекаются. Диодный мост можно разместить в корпусе генератора, а можно вынуть из корпуса. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор удерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях используются электронные полупроводниковые регуляторы напряжения. Они устанавливаются поверх блока щеткодержателя.

Регулятор напряжения и щеточный узел

При работе двигателя на высоких оборотах напряжение на обмотке статора может достигать 16В. Такое напряжение нельзя подавать в бортовую сеть. Для устранения этого регулятор напряжения, получающий питание от аккумулятора, уменьшит его значение. Небольшой ток на обмотке ротора создаст такое же небольшое магнитное поле. Это означает, что напряжение на обмотке статора уменьшится.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные шлифовальные кольца на роторе. Это простая конструкция, состоящая из щеткодержателя, двух графитовых щеток и пружин сжатия.

Маркировка клемм на корпусе

В случае самодиагностики мультиметром для владельца актуальна информация о том, как промаркированы клеммы, изображенные на корпусе генератора. Единого обозначения нет, но общие принципы соблюдаются всеми производителями:

• от выпрямителя выходит «плюс», обозначенный «+», 30, V, B+ и BAT, «минус», обозначенный «-», 31, D-, B-, E, M или GRD;
• клемма 67, W, F, DF, E, EXC, FLD отклоняются от обмотки возбуждения;
• «плюсовой» провод от дополнительного выпрямителя к контрольной лампочке имеет маркировку D+, D, WL, L, 61, IND;
• фазу можно узнать по волнистой линии, буквам R, W или STA;
• нулевая точка обмотки статора обозначается «0» или МП;
• вывод реле регулятора для подключения к «плюсу» бортовой сети (обычно аккумуляторной) обозначают 15, В или S;
• кабель от замка зажигания необходимо подключить к клемме регулятора напряжения с маркировкой IG;
• бортовой компьютер подключается к выводу реле регулятора с обозначением F или FR.

Других обозначений нет, а вышеперечисленных нет на корпусе генератора в целом, так как они встречаются на всех существующих модификациях электроприборов.

Основные неисправности

Поломка «бортовой электростанции» вызвана неправильной эксплуатацией автомобиля, исчерпанием ресурса трущихся деталей или ошибками электриков. Сначала проводится визуальная диагностика и выявление посторонних звуков, затем мультиметром (тестером) проверяется электрическая часть. Наиболее важные ошибки сведены в таблицу:

Ломать	причина	Ремонт
свист, потеря мощности на высоких скоростях	недостаточное натяжение ремня, сломан подшипник/втулка	регулировка натяжения, замена втулки/подшипника
недооцененный	неисправное реле регулятора	замена реле
перезарядка	неисправное реле регулятора	замена реле
люфт вала	выход из строя подшипника или износ втулки	замена расходников
утечка тока, падение напряжения	пробой диода	замена диодов в выпрямителе
отказ генератора	подгорание или износ коллектора, обрыв обмотки возбуждения, примерзание щеток, заклинивание ротора в статоре, обрыв провода, идущего от аккумулятора	исправить ущерб

При диагностике тестер измеряет напряжение генератора при разных оборотах двигателя — в режиме холостого хода, под нагрузкой. Проверяется целостность обмоток и соединительных проводов, диодного моста и регулятора напряжения.

Устройство автомобильного генератора и его проверка

Как проверить генератор автомобиля

Устройство и принцип работы автомобильного генератора
В состав электрооборудования любого автомобиля входит генератор – устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую энергию. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. Генераторы устанавливаются на современные автомобили. Они лучше всего соответствуют требованиям.

Требования к генератору:
выходные параметры генератора должны быть такими, чтобы не было прогрессирующей разрядки аккумуляторной батареи при любом режиме движения автомобиля;
напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемое генератором, должно быть стабильным в широком диапазоне изменения скорости и нагрузки.

Последнее требование связано с тем, что батарея очень чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение приводит к недозаряду аккумулятора и, как следствие, затруднениям при запуске двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду аккумулятора и ускоренному выходу его из строя.

Принцип работы генератора и его базовая конструктивная схема одинаковы для всех автомобилей, отличаются они только качеством исполнения, размерами и расположением узлов подключения.

1

Основные части генератора:
1. Шкив – служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора через ремень;
2. Корпус генератора состоит из двух крышек: передней (со стороны шкива) и задней (со стороны контактных колец), предназначенных для крепления статора, установки генератора на двигатель и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке расположены выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроен) и внешняя проводка для подключения к системе электрооборудования;
3. Ротор — стальной вал с размещенными на нем двумя клювовидными стальными втулками. Между ними расположена обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы в основном оснащены цилиндрическими медными шлифовальными кольцами;
4. Статор — пакет из стальных пластин, в виде трубы. В пазах находится трехфазная обмотка, где вырабатывается мощность генератора;
5. Сборка с выпрямительными диодами — объединяет шесть мощных диодов, напечатанных по три в положительном и отрицательном радиаторах;
6. Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети ТС в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды;
7. Щеточный узел — съемная пластиковая конструкция. Имеет подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора;
8. Защитная крышка на диодный модуль.

Рассмотрим электрическую схему соединения элементов генератора.

2

Принципиальная схема генераторной установки:
1. Замок зажигания;
2. Противопомеховый конденсатор;
3. Аккумуляторная батарея;
4. Лампа-индикатор исправности генератора;
5. Выпрямительные диоды с положительным эффектом;
6. Диоды выпрямителя отрицательной мощности;
7. Диоды обмотки возбуждения;
8. Обмотки трех фаз статора;
9. Обмотка возбуждения (ротор);
10. Щеточный узел;
11. Регулятор напряжения;
B+ Выход генератора «+»;
Б- «Масса» генератора;
D+ Питание обмотки возбуждения, опорное напряжение для регулятора напряжения.

Работа генератора основана на эффекте электромагнитной индукции. Если катушку, например из медной проволоки, пронизать магнитным потоком, то при его изменении на выводах катушки появляется электрическое напряжение, пропорциональное скорости изменения магнитного потока. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются источник переменного магнитного поля и катушка, с которой непосредственно будет сниматься переменное напряжение.

Обмотка возбуждения с системой полюсов, валом и контактными кольцами образует ротор, его основную вращающуюся часть, являющуюся источником переменного магнитного поля.

3
Ротор генератора
1 вал ротора;
2 стойки ротора;
3 обмотка возбуждения;
4 тормозных кольца.

Система полюсов ротора имеет остаточный магнитный поток, который присутствует даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Однако его величина невелика и способна обеспечить самовозбуждение генератора только при слишком высоких скоростях. Поэтому для начального намагничивания ротора через обмотку пропускают небольшой ток от аккумулятора, обычно через лампу контроля исправности генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумулятор, но и не слишком маленькой, чтобы генератор можно было возбудить уже на холостых оборотах. Исходя из этих соображений, мощность контрольной лампы обычно составляет 2…3 Вт. После того, как напряжение на обмотках статора достигнет рабочего значения, лампа гаснет, а обмотка возбуждения питается от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении.

Выходное напряжение снимается с обмоток статора. При вращении ротора напротив катушек обмотки статора поочередно появляются «северный» и «южный» полюса ротора, т.е меняется направление магнитного потока, пронизывающего катушку статора, вызывая появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения зависит от скорости вращения ротора генератора и числа пар полюсов.

4

Статор генератора
1 статорная обмотка;
2 вывода обмотки;
3 магнитопровод.

Обмотка статора трехфазная. Он состоит из трех отдельных обмоток, называемых фазными обмотками или просто фазами, намотанных на магнитопровод по определенной технологии. Напряжение и токи в обмотках смещены относительно друг друга на треть периода, т е на 120 электрических градусов, как показано на рисунке.

5

Осциллограммы фазных напряжений обмоток
U1, U2, U3 — напряжения обмотки;
Т — период сигнала (360 градусов);
F – фаза смещения (120 градусов).

Обмотки фаз могут быть соединены в «звезду» или «треугольник».

6

Типы соединения обмотки
1. «звезда»;
2. «треугольник».

При соединении «треугольником» ток в каждой из обмоток в 1,7 раза меньше тока, отдаваемого генератором. Это означает, что при одинаковом токе, обеспечиваемом генератором, ток в обмотках при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем в «звезду». Поэтому в генераторах большой мощности часто применяют соединение «треугольник», так как при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Более тонкий провод также можно использовать при соединении звездой. В этом случае обмотка делается из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединяется в «звезду», т е получается «двойная звезда».

Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подавался непосредственно на обмотку статора и не распространялся в пространстве, катушки размещают в пазах стальной конструкции — магнитопровода. Поскольку переменное магнитное поле индуцируется не только в катушках, но и в магнитопроводе статора, это приводит к возникновению паразитных вихревых токов, которые приводят к потерям мощности и нагреву статора. Для уменьшения проявления этого эффекта магнитопровод выполнен из набора стальных пластин (железный пакет).

Бортовая сеть автомобиля требует наличия на ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор. Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых подключены к выводу «+» генератора, а остальные три к выводу «-» («земля»). Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают значительного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при приложении обратного напряжения. Следует учитывать тот факт, что под термином «выпрямительный диод» не всегда скрывается обычная конструкция, имеющая корпус, провода и прочее, иногда это просто полупроводниковое кремниевое соединение, запаянное на теплоотвод.

7

Сборка с выпрямительными диодами
1 токовый диод;
2 дополнительных диода;
3 радиатора.

Многие производители, чтобы защитить электронные компоненты автомобиля от скачков напряжения, заменяют диоды силового моста на стабилитроны. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при подаче на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток только до определенного значения этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25…30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «прорываются», т е начинают пускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах При изменении силы этого тока напряжение на стабилитроне, а следовательно, и на «+» выводе генератора остается неизменным и не достигает опасных для электронных компонентов значений. Свойство стабилитрона сохранять постоянное напряжение на своих выводах после «пробая» используется и в стабилизаторах напряжения.

Как было сказано выше, напряжения на обмотках изменяются по кривым, близким к синусоиде, причем в одни моменты они положительные, в другие — отрицательные. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной в нулевую точку обмотки статора, а отрицательное от нее, например, в момент времени t, когда напряжение второй фазы отсутствует, то первая фаза будет положительным, а третий отрицательным. Направление фазных напряжений соответствует стрелкам, показанным на рисунке.

8
Направление токов в обмотках и выпрямителе генератора

Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет течь в направлении этих стрелок. Рассмотрев другие моменты времени, нетрудно убедиться, что в трехфазной системе напряжений, возникающих в обмотках фаз генератора, диоды выпрямителя тока переходят из открытых в закрытые и наоборот таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление — от «+» вывода генераторной установки к выводу «-» («масса»), т е в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток.

У значительного числа типов генераторов обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на трех диодах. Такое подключение обмотки возбуждения предотвращает протекание через нее разрядного тока аккумулятора при неработающем двигателе автомобиля. Аналогично работают выпрямительные диоды обмотки возбуждения, питая эту обмотку выпрямленным током. Кроме того, выпрямитель обмотки возбуждения также включает 6 диодов, три из которых общие с выпрямителем тока (отрицательные диоды). Ток возбуждения намного меньше тока, подаваемого генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов обмотки возбуждения применяют слаботочные диоды малых размеров на ток не более 2 А (для сравнения, токовыпрямительные диоды пропускают токи до 25…35 А).

При необходимости увеличения мощности генератора используется дополнительное плечо выпрямителя.

9

Схема генераторной установки с дополнительными диодами

Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», так как вспомогательное плечо приводится из «нулевой» точки в «звезду». Если бы фазные напряжения изменялись чисто синусоидально, то эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Но в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоидальной. Она представляет собой сумму синусоид, которые называют гармоническими составляющими или гармониками — первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, в основном третьей, частота которой в три раза выше первой.

Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т е в напряжении, подводимом к выпрямителю и выпрямляемом, третья гармоника отсутствует. Это связано с тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений находятся в фазе, то есть одновременно достигают одинаковых значений и одновременно уравновешивают и компенсируют друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника присутствует в фазном напряжении, а не в линейном напряжении. Следовательно, мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения, не может быть использована потребителями. Для использования этой мощности добавляются диоды, подключенные к нулевой точке фазных обмоток, т.е к точке, где сказывается влияние фазного напряжения. Таким образом, эти диоды только выпрямляют напряжение третьей гармоники до фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5…15 % при частоте вращения более 3000 мин-1.

Напряжение генератора без регулятора сильно зависит от частоты вращения ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем выше скорость вращения и ток возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше ток нагрузки, тем меньше это напряжение. Функция регулятора напряжения заключается в стабилизации напряжения при изменении скорости и нагрузки за счет влияния на ток возбуждения. Раньше применялись виброрегуляторы, а потом уже контактные транзисторы. Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью заменены электронными.

Конструкция электронно-полупроводниковых регуляторов может быть разной, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Конечно, можно изменить ток в цепи возбуждения, введя в эту цепь дополнительное сопротивление, как это было сделано в предыдущих вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерями мощности в этом сопротивлении и не применяется в электронных схемах регуляторы. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от сети, изменяя при этом относительную длительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения необходимо уменьшить силу тока возбуждения, время коммутации обмотки возбуждения уменьшается, если необходимо увеличить — увеличивается.

Недостатком приведенного выше варианта подключения регулятора является то, что регулятор поддерживает напряжение на выводе «D+» генератора, а потребители, в том числе аккумуляторная батарея, подключаются к выводу «B+». Кроме того, при таком включении регулятор не воспринимает падение напряжения в соединительных проводах между генератором и аккумуляторной батареей и не вносит поправок в напряжение генератора для компенсации этого падения. Эти недостатки устранены в следующей схеме, где напряжение на входной контур регулятора подается от узла, где оно должно быть стабилизировано, обычно от вывода «В+» генератора.

10

Усовершенствованная схема регулирования напряжения

Некоторые регуляторы напряжения имеют функцию термокомпенсации — изменение подаваемого на аккумулятор напряжения в зависимости от температуры воздуха в моторном отсеке для оптимальной зарядки аккумулятора. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение необходимо подавать на аккумулятор и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1 °С.

Как проверить генератор автомобиля своими руками

Генератор играет очень важную роль в автомобиле, ведь двигатель представляет собой как бы мини-электростанцию, которая питает всю бортовую сеть автомобиля, включая аккумулятор (аккумулятор). Выход из строя генератора приведет к неизбежной полной разрядке аккумуляторной батареи, после чего двигатель вашего автомобиля просто перестанет работать, как и вся бортовая сеть. В итоге приходится «зажигать» свой автомобиль или искать новый источник энергии. Очень важно вовремя обнаружить отказ генератора, чтобы предотвратить описанный выше сценарий. Для диагностики генератора необходимо иметь определенные навыки и инструменты. В этой статье я расскажу как проверить генератор в домашних условиях мультиметром.

Для начала о мерах предосторожности и правилах безопасности при осмотре

Вы должны быть предельно осторожны и понимать, что делаете, чтобы случайно не повредить генератор или его части (реле регулятора, диоды выпрямительного моста).

Запрещенный:

Проверить работу генератора, проверив его «на искру», то есть методом короткого замыкания.
Соедините клемму 30 (иногда обозначаемую как B+) с клеммой 67 (D+) или заземлением».
Разрешить работу генератора при отключенных потребителях, например, когда он отсоединен от аккумуляторной батареи.
Проверьте клапаны генератора на наличие напряжения выше 12 В.

Можно и нужно:

Проверьте генератор на наличие повреждений с помощью вольтметра или амперметра.
Во время сварочных работ на кузове автомобиля необходимо отсоединить провода от генератора и аккумулятора.
При замене кабелей в системе генератора кабели должны иметь то же сечение и длину, что и «родные» кабели.
Перед проверкой генератора убедитесь, что ремень генератора правильно натянут, а все разъемы и клеммы в хорошем состоянии. Натяжение ремня считается нормальным, при нажатии на середину ремня большим пальцем он не прогнется более чем на 10-15 мм.

Проверка генератора автомобиля своими руками

Для проверки регулятора напряжения необходим вольтметр со шкалой от 0 до 15 В. Прежде чем приступить к проверке, запустите двигатель на средних оборотах с включенными фарами примерно на 15 минут. Проверьте напряжение между «массой» генератора и выводами «30» («В+»), на вольтметре должно быть нормальное для вашего автомобиля напряжение (у владельцев «девяток», например, напряжение считается нормальным — 13,5 — 14,6 В). Если напряжение выше или ниже указанного производителем, регулятор, скорее всего, нуждается в замене. Не лишним будет также проверить регулируемое напряжение, для этого подключите вольтметр непосредственно к клеммам аккумулятора. Правда, результаты такой проверки нельзя считать верными на 100%, ведь есть вероятность проблем с проводкой. Если вы уверены, что проводка выполнена правильно, вы можете доверять результатам. Двигатель должен работать на высоких оборотах, близких к максимальным, должны быть включены фары и другие потребители электроэнергии автомобиля. Величина напряжения должна соответствовать параметрам вашего автомобиля.

Диодный мост

Управление диодным мостом относится к набору органов управления на генераторе. Для проверки диодного моста подключите вольтметр или мультиметр к выводу «30» («В+») генератора, а также к «массе» и включите блок в режиме измерения переменного тока. Переменный ток на диодном мосту не должен превышать 0,5 В, если у вас больше — скорее всего диоды неисправны.

Разбивка на «массу»

проверка проникновения на «массу» не будет лишней, если «ген мозги компостирует». Для этого отсоедините аккумуляторную батарею и провод генератора, идущий к клемме «30» («В+»). После этого подключите устройство между клеммой «30» («В+») и отключенным проводом генератора. Смотрим показания — если ток разряда на приборе превышает 0,5 мА, то скорее всего пробой диодов или изоляции обмоток генератора.

Ток отдачи

Ток отдачи генератора контролируют с помощью специального щупа («прибамбаса» в дополнение к мультиметру в виде зажима или пассатижей), которым обхватывают провод, измеряя тем самым ток, протекающий по проводу.

Для проверки тока отдачи зажать провод, идущий к «30» (клемма «В+») щупом+»).
Запустите двигатель — во время измерения он должен работать на высоких оборотах.
Включайте по очереди электропотребители и считывайте показания прибора отдельно по каждому потребителю.
По окончании измерений нужно подсчитать сумму показаний. Затем включите все потребители (которые вы включали по одному) одновременно и замерьте показания мультиметра. Значение не должно быть меньше суммы показаний отдельно измеряемых показателей, допустимое отклонение 5 А.
Ток возбуждения генератора регулируется запуском двигателя, а затем его работой на высокой скорости. Затем поместите измерительный щуп вокруг провода, ведущего к клемме 67 («D+»). Исправный генератор должен показывать значение тока возбуждения — равное 3-7 А.

Обернуть чек

Для проверки обмоток возбуждения необходимо снять регулятор напряжения, а также щеткодержатель. При необходимости очистите контактные кольца и проверьте обмотку на наличие обрывов и замыканий на массу. Необходимо проверить омметром, щупы прикладывают к контактным кольцам, после чего снимают показания. Сопротивление должно быть в пределах 5-10 Ом. Затем подключите один электрод прибора к одному из контактных колец, а другой к статору генератора. Дисплей должен показывать бесконечно большое сопротивление, иначе обмотка возбуждения где-то приближается к земле».

Выбор генератора для легкового авто

За счет разного диаметра шкивов клиноременной передачи генератору придается большая угловая скорость по сравнению с оборотами коленчатого вала. Скорость ротора достигает 12 – 14 тысяч оборотов в минуту. Поэтому ресурс генератора составляет как минимум половину двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Машина комплектуется генератором на заводе, поэтому при его замене выбирайте модификацию со схожими характеристиками и крепежными отверстиями. Но при тюнинге автомобиля мощность генератора может не устроить владельца. Например, после увеличения количества потребителей (обогрев сидений, зеркал, окон), установки сабвуфера, аудиосистемы с усилителем необходимо выбрать новый, более мощный генератор или установить другое электроустройство в комплекте с дополнительным аккумулятором.

В первом случае следует выбирать мощность, достаточную для зарядки аккумулятора с запасом 15%. Когда вы устанавливаете второй генератор, ваш стартовый и эксплуатационный бюджет резко увеличивается:

• для дополнительного генератора нужно установить дополнительный шкив на коленчатый вал;
• найти место для крепления корпуса электроприбора так, чтобы шкив располагался в одной плоскости со шкивом коленчатого вала;
• обслуживать и менять расходные материалы для двух «передвижных электростанций» одновременно».

С появлением моделей бесколлекторных генераторов некоторые владельцы заменяют этим блоком стандартный блок.