КПД автомобильного генератора

Автомобильный генератор и его особенности

В рамках данной статьи поговорим об особенностях принципиального устройства автомобильных генераторов. Для владельцев автомобилей, разбирающихся в предмете, данная статья не будет интересна. Но для тех, кому автомобильные генераторы интересны в прикладном плане, эта информация может оказаться полезной.

В современных автомобилях в качестве генераторов применяются синхронные трёхфазные электрические машины переменного тока, у которых в выпрямителе применяется схема Ларионова.

Чтобы генератор после пуска двигателя отдавал ток в нагрузку, необходимо обеспечить питание обмотке возбуждения. Это происходит при повороте ключа замка зажигания в рабочее положение.

Ток в обмотке возбуждения управляется стабилизатором напряжения, который может быть выполнен в виде отдельного узла или встроен в щёточный узел генератора. В подавляющем большинстве современных генераторов стабилизатор напряжения (СН) питается от отдельной секции выпрямителя.

Среди прочих генераторов переменного тока, генератор автомобильный выделяется несколькими особенностями. Прежде всего, автомобильный генератор хотя и выдает постоянный ток, на деле он является генератором тока переменного, который затем выпрямляется диодным мостом и превращается в постоянный ток.

Такое решение весьма популярно, тот же генератор переменного тока из асинхронного двигателя можно превратить в генератор постоянного тока, достаточно лишь добавить диодный выпрямитель.

Генераторы с выпрямлением переменного тока называются вентильными генераторами постоянного тока. К таким генераторам и относится автомобильный генератор.

Выходное напряжение автомобильного генератора постоянно

Одна из отличительных черт автомобильного генератора — напряжение на его выходных клеммах поддерживается в узком диапазоне при помощи специального стабилизатора, называемого регулятором напряжения. Но и это не является чем-то исключительным для электрических машин.

Стабилизаторы напряжения можно встретить в комплектации многих источников бесперебойного питания, в том числе среди тех, которые берут энергию для своих аккумуляторов от механических генераторов тех же домашних ГЭС или от солнечных батарей.

Главная же отличительная черта именно автомобильного генератора — то что он получает механическую энергию через ремень от коленвала двигателя внутреннего сгорания, у которого частота вращения совсем не постоянна, зависит она от режима работы транспортного средства в текущий момент, и никак не связана с нуждами потребителей постоянного тока.

Вот и получается, что задача генератора и его электроники — суметь заряжать автомобильный аккумулятор и питать потребители стабилизированным напряжением, независимо от того, каковы текущие обороты якоря — напряжение обязано оставаться в узком коридоре в районе 14 вольт.

Если напряжение по какой-то причине выйдет за пределы диапазона стабилизации, зарядный ток аккумулятора может стать чрезвычайно высоким, и электролит попросту выкипит.

Такое явление не является чем-то невиданным, многие автолюбители сталкивались с ним, когда регулятор напряжения на генераторе выходил вдруг из строя — электролит в аккумуляторе в таком случае быстро выкипает.

Если же напряжение с генератора окажется слишком низким, то аккумулятор преждевременно разрядится. С данной проблемой также сталкивались многие автомобилисты.

Итак, стабильное выходное напряжение — обязательное условие правильной работы автомобильного генератора. Но этого достичь не так уж и просто. Диапазон варьирования частоты вращения ротора генератора в автомобиле довольно широк. На холостых оборотах это порядка 800 — 1200 оборотов в минуту, а в момент хорошего разгона — до 5000 и даже до 6000 оборотов в минуту, в зависимости от того, что это за автомобиль.

Токоскоростная характеристика автомобильного генератора

Таким образом, поскольку напряжение автомобильного генератора поддерживается почти постоянным благодаря регулятору напряжения, он имеет собственную токоскоростную характеристику (ТСХ), ведь при разных скоростях вращения ротора, ток нагрузки получается разным. Напряжение постоянное, но чем выше обороты — тем выше ток, и чем ниже обороты — тем ток с силовых клемм генератора меньше.

Примечательно кстати то, что автомобильный генератор имеет предел по току, и поэтому обладает свойством самоограничения. Это значит, что когда ток достигнет определенной предельной величины, как бы ни повышались обороты дальше, ток нарастать уже больше не будет, просто не сможет.

Токоскоростаня характеристика (ТСХ) автомобильного генератора снимается по методике, принятой в качестве международного стандарта. Она (характеристика) снимается в процессе испытания работы генератора на стенде в паре с полностью заряженным аккумулятором такой номинальной емкости, которая в ампер-часах составляет половину (50%) номинального тока генератора в амперах. На характеристике находят характерные важные точки: n0, nrg, nн, nmax.

Начальная частота вращения ротора n0 – это теоретическая частота вращения ротора без нагрузки. Так как характеристику начинают снимать начиная с тока в 2 ампера, то эту точку находят путем экстраполяции характеристики до пересечения с горизонтальной осью оборотов.

Минимальную рабочую частоту генератора nrg принимают соответствующей оборотам коленвала на холостом ходу. Это примерно от 1500 до 1800 оборотов в минуту для ротора генератора. Ток при данной частоте, как правило, составляет от 40 до 50% от номинала для данного генератора. Этого тока должно хватить для питания минимального количество жизненно важных потребителей в автомобиле.

Номинальные обороты ротора генератора nн — это как раз та частота, при которой генерируется номинальный ток Iн, он не должен быть меньше номинала по паспорту.

Максимальные обороты ротора генератора nmax – это та частота вращения ротора, при которой генератором отдается максимальный ток, величина которого не сильно отличается от номинала испытываемого генератора.

Для генераторов отечественного производства раньше было принято указывать номинальный ток при 5000 оборотах в минуту. Указывалась и расчетная частота nр для расчетного тока генератора Iр, равного двум третьим от номинального тока. Этот расчетный режим соответствовал такому режиму работы генератора, когда его узлы не сильно нагревались. Все характеристики снимались при напряжении 14 или 13 вольт.

Самовозбуждение автомобильного генератора и КПД

Автомобильный генератор обязан самовозбуждаться на частоте вращения его ротора ниже частоты при оборотах коленвала на холостом ходу. Проверка проводится на стенде, где самовозбуждение должно произойти при подключении генератора к аккумулятору с контрольной лампой.

Возможности автомобильного генератора с энергетической точки зрения характеризуются величиной его КПД. Чем больше КПД — тем меньшая мощность отбирается от двигателя внутреннего сгорания для получения той же полезной отдачи в форме электрической мощности.

КПД генератора зависит главным образом от конструктивных особенностей конкретного изделия: какова толщина пластин в статоре и толщина набора, насколько качественно пластины друг от друга изолированы (насколько малы токи Фуко), каково сопротивление обмоток статора и ротора, насколько широки контактные кольца ротора, каково качество щеток и подшипников? И т. д.

Но одно сказать можно точно — чем выше номинальная мощность генератора — тем выше и КПД. Между тем, типичный КПД автомобильных генераторов, да и вообще вентильных генераторов, не превышает 60%.

Главный показатель возможностей генератора — это его токоскоростная характеристика, она показывает наглядно, чего можно ожидать от того или иного генератора, на что можно рассчитывать. По характерным точкам составляют таблицу для генератора.

Для примера приведем таблицу характеристик генераторов отечественного производства:

Диапазон выходного напряжения на разных оборотах и в зависимости от температуры и нагрузки, отражает возможности регулятора напряжения автомобильного генератора.

Что нужно знать про автогенераторы? И зачем

Даём короткий ликбез по устройству и работе генератора в машине. Пригодится любителям тюнига, экспедиций, тому, кто хочет знать, как устроен его собственный автомобиль.

1. Зачем нужен генератор в автомобиле и как он устроен?

Генератор снабжает электричеством автомобиль во время работы двигателя и попутно заряжает аккумулятор. Коленвал через ремень вращает вал генератора, и все системы автомобиля запитываются непосредственно от генератора.

Устройство современного автомобильного генератора. Источник: Simo Nieminen / Wikimedia

Уже более полувека в автомобилях применяются только генераторы переменного тока, так как они дешевле, надёжней и компактней, чем использовавшиеся до 1960-х годов генераторы постоянного тока. При этом для питания систем автомобиля требуется постоянный ток. Для превращения переменного тока в постоянный каждый генератор имеет диодный мост.

Генерируемое напряжение напрямую зависит от скорости вращения вала генератора — чем быстрее, тем выше напряжение. Автомобиль должен получать стабильное напряжение на уровне 14 вольт. Для поддержки этого уровня в генераторах установлен регулятор, который на малых оборотах поднимает выходное напряжение, а на высоких, наоборот, пропускает в сеть только необходимые 14 В.

Итак, генератор вырабатывает электричество, диодный мост превращает переменный ток в постоянный, а регулятор поддерживает напряжение на нужном уровне.

Регулятор Hella. Графитовые стержни, расположенные снизу, — это и есть щётки генератора. Источник: AlexxandrS / DRIVE2

2. Как узнать, что генератор требует замены или ремонта?

На неисправность генератора во время работы двигателя указывают лёгкие и тяжёлые симптомы.

К лёгким относится горящая лампа ошибки АКБ и снижение яркости галогенных фар и приборной панели при низких оборотах двигателя (на холостом ходу) — стоит вам остановиться на светофоре или тронуться, как фары и приборка начнут мерцать. При таком поведении чаще всего проблема оказывается в щётках генератора.

Тяжёлый симптом — гирлянда горящих ламп, сигнализирующих об ошибках на приборной панели. Если автомобиль сообщает, что в нём сломалось вообще всё, и непонятно, как вы ещё едете, это не значит, что пора брать кредит на ремонт половины машины. Куда более вероятно, что скачки напряжения в бортовой сети привели к появлению ошибок в бортовом компьютере.

Если во время езды на приборной панели всплывают все возможные ошибки, значит, генератор не справляется с отдачей требуемого напряжения и тока. Источник: Маша Глуховская / YouTube

Если автомобиль вообще не заводится, а неприятные щелчки втягивающего реле под капотом намекают на севший аккумулятор, это ещё не значит, что сломался именно генератор, допустив разрядку батареи. Вполне возможно, что аккумулятор выработал свой ресурс и отправился в страну вечной охоты, а генератору ещё жить и жить.

3. Это генератор плохо работает или к сети подключено слишком много потребителей?

Если у вас обычный легковой автомобиль в штатном оснащении, на котором вы передвигаетесь по маршруту дом — работа — магазин, то вам едва ли придётся задумываться о замене работающего генератора: он подбирается автопроизводителем исходя из уровня энергопотребления каждой конкретной комплектации, его мощности должно хватать для стабильного питания всех систем и подзарядки аккумулятора. Также предусмотрен небольшой запас выходного тока для подключения нетребовательной электроники, вроде телефона или сумки-холодильника.

Но бывают случаи, когда мощности штатного (и совершенно исправного) генератора не хватает для питания всех потребителей в автомобиле. Если вы вдруг решите поставить в багажник огромный сабвуфер, обвешать салон динамиками и установить мощный усилитель, то это будет повод задуматься о генераторе хотя бы на 30-40 А мощнее штатного.

Хотите поставить лобовое стекло с обогревом при том, что изначально обогрева не было? Практически наверняка придется менять генератор — на стадии сборки машины на заводе в неё поставили генератор, не готовый к таким нагрузкам.
Если же вы своими руками собираете экспедиционный автомобиль с двумя лебедками, дополнительным светом, рацией, инвертором на 220 В, видеорегистратором, радар-детектором, навигатором и USB-зарядками, то без нового генератора повышенной мощности не обойтись. Некоторые умельцы даже устанавливают два генератора одновременно — один для запитки требовательной бортовой сети, второй для подзарядки аккумулятора.

Каждый любитель мощного автозвука задумывается о втором генераторе. И в этом случае зачастую без самодельных креплений (на фото) не обойтись. Источник: fanngorn / DRIVE2

Так что если вы стали замечать симптомы нехватки электроэнергии, описанные в ответе на вопрос 2, хотя в автомобиле из дополнительной электроники только зарядка для смартфона — генератор явно неисправен.

А если вы поставили лампы поярче, динамики помощнее, а заодно провели электроподогрев сидений, то севший наутро аккумулятор практически наверняка укажет, что штатного генератора не хватает; переходите к вопросу 8.

4. Как проверить самому, исправен ли генератор?

Базовую диагностику можно провести, вооружившись мультиметром — недорогой, но крайне полезной в хозяйстве вещью.

Если у вас есть подозрения, что напряжение с генератора недостаточно для зарядки аккумулятора, то переведите мультиметр в режим замера напряжения при постоянном токе (DC) и коснитесь клемм проводов у аккумулятора. При работающем на холостом ходу двигателе мультиметр должен показать порядка 13,8–14,8 В. Если на клеммах аккумулятора будет меньше 13 В, это непорядок.

Простейший способ проверки генератора на работающем авто — судя по показаниям мультиметра, всё в порядке. Источник: RusLikRK / DRIVE2

Чтобы удостовериться, что дело именно в генераторе, а не в проводке, тем же мультиметром надо замерить напряжение на выходах генератора. Для этого найдите на генераторе контакт с маркировкой «30» («B+») — с него ток поступает на аккумулятор, — и проверьте напряжение между ним и кузовом автомобиля. На мультиметре должны быть те же 13,8–14,8 В.

Если у вас найдется ещё и амперметр, то можно проверить силу выдаваемого генератором тока в зависимости от нагрузки. Для этого замерьте ток на выводе «30» («B+») на холостом ходу, включив дальний свет, обогрев сидений и стекол, кондиционер, а затем поддайте газу. Рабочий генератор должен выдавать одинаковый ток вне зависимости от оборотов двигателя. Если ток скачет, значит, генератор требует внимания.

5. Что ломается в генераторах?

В генераторах бывают и механические поломки, и выход из строя электронных компонентов — последние ломаются чаще, но и чинятся проще.

Самым популярным дефектом была и остается некорректная работа регулятора, сказывающаяся на выходном напряжении генератора (оно становится недостаточным для питания авто и зарядки аккумулятора). Причина при этом будет заключаться в порче графитовых щеток и токопроводящих колец на центральном валу ротора: с годами щетки и кольца стираются, нарушается контакт, а выходное напряжение начинает плавать. Но такая поломка вряд ли грозит генератору раньше, чем через 10 лет.

На фото сильнейший износ токопроводящих колец, на которых графитовые щетки оставили глубокие канавки. Источник: delnvrs87 / DRIVE2

Иногда выгорает диодный мост. Обычно это происходит при долгой эксплуатации полуживого аккумулятора, который потребляет слишком высокий ток зарядки. Также диоды мгновенно выходят из строя при неправильном подключении проводов к полюсам аккумулятора.

Механические повреждения — очень редкий случай, они могут произойти при ДТП. Скорее генератор может просто закоротить, если на него попадёт масло или вода.

6. Можно ли ехать со сломанным генератором?

Если сломался именно генератор, а не порвался приводной ремень, то можно, но недолго — 50-150 км. Когда генератор выходит из строя, электроснабжение машины не прекращается — потребители просто переключатся с генератора на аккумулятор. Насколько хватит последнего, зависит от изношенности батареи и количества работающих потребителей.

Допустим, генератор перестал выдавать ток и вы мгновенно узнали об этом. Значит, у вас в запасе полностью заряженный аккумулятор на 55–75 А·ч. Если у вас не совсем ретро-автомобиль, то электричество нужно для работы топливного насоса, инжектора, зажигания, систем безопасности (ABS/ESP), приборной панели. При движении в темноте или под дождем потребуются фары или хотя бы габаритные огни и стеклоочистители. Добавим такие излишества в экстренной ситуации, как кондиционер, вентиляцию, обогрев стекла и сидений, круиз-контроль и музыку.

Если расходовать заряд аккумулятора максимально экономно, то при движении по трассе без пробок можно рассчитывать на 150 км пути. Когда без дополнительных потребителей не обойтись, да и аккумулятору уже лет 5-6, в запасе у вас будет порядка 50 км. Чаще всего этого достаточно, чтобы доехать до дома или ближайшей автомастерской.

А что же с приводным ремнем, упомянутым выше? Обрыв ремня также прекратит передачу крутящего момента на генератор, но это будет меньшая из проблем: в некоторых машинах от приводного ремня работает не только генератор, но и помпа системы охлаждения двигателя, так что обрыв приведет к быстрому перегреву мотора со всеми вытекающими последствиями. Поэтому при подозрении на поломку генератора в первую очередь надо проверить ремень и лишь потом сам генератор.

7. Можно ли самостоятельно починить генератор?

Да, если вы понимаете, как он устроен. В принципе, автомобильный генератор — это относительно простая и понятная деталь, которую трудно сломать по незнанию. Но сперва рекомендуем почитать соответствующие посты на DRIVE2 и посмотреть видео на YouTube.

Так как в генераторах чаще всего из строя выходит регулятор, который легко можно докупить и заменить своими руками, то самостоятельный ремонт генератора не доставит особых проблем. Из инструментов достаточно будет гаечных ключей или головок к шуруповерту.

А вот более сложный ремонт без опыта лучше не проводить — пока на генератор действует гарантия, то лучше воспользоваться ею. У производителей качественных комплектующих гарантия весьма велика. К примеру, у Hella на генераторы и стартёры она составляет честные три года.

Драйвовчанин w00dencase написал отличный подробный отчёт о самостоятельной замене в генераторе подшипников, щёток и колец. Источник: w00dencase / DRIVE2

Но, как говорится, есть нюанс. Некоторые автопроизводители, чаще всего премиальные марки, делают генераторы неремонтопригодными, с фирменными регуляторами, заменить которые можно только таким же фирменными и часто очень дорогими деталями. Если вас не устраивает цена на новый оригинальный генератор, которая может доходить до 70-100 тысяч рублей, попробуйте подобрать альтернативу от известного производителя. Например, от Hella — мы разрабатываем и производим генераторы, регуляторы и стартеры.

8. Как подобрать генератор помощнее?

Перед тем, как искать замену старому генератору, нужно точно узнать, модель с каким током у вас установлена сейчас. Простой способ узнать это: уточнить через поисковую систему, какой генератор ставится на ваш автомобиль с учётом двигателя.

Надёжный способ — заглянуть под капот и найти на генераторе наклейку с указанием мощности в амперах. Иногда до неё не так-то просто добраться, потребуется включить фонарик в телефоне или сделать несколько фотографий.

Чтобы понять, какая мощность необходима для дополнительной электроники в автомобиле, сложите мощность потребителей (если она указана в ваттах, разделите их на 12 В), прибавьте ее и запас в 20-30 А к параметрам установленного генератора.

В продаже встречаются генераторы даже на 250 А, но для экспедиционных автомобилей может потребоваться ещё больший ток. В таком случае стоит подумать об установке сразу двух генераторов.

Если вы хотите поставить генератор раза в два мощнее предыдущего, придётся подумать и о замене проводки, идущей непосредственно к генератору, — старые провода с малым сечением могут перегреться, изоляция расплавится, и случится неприятное короткое замыкание с массой авто, или провод просто сгорит.

Выходной ток — не единственный параметр, на который нужно обращать внимание при покупке генератора. Чтобы не заморачиваться с поиском модели с подходящей шириной шкива под ремень и тем более не менять шкив самому, лучше сразу обратиться к каталогу запчастей, совместимых конкретно с вашим автомобилем.
В нашем каталоге более 1100 моделей для 24 000 различных модификаций автомобилей, то есть для 80% существующего в мире автопарка. Кстати, у нас есть приложение-каталог для Android и iOS.

В онлайн-каталоге можно подобрать подходящую модель для Kia, Hyundai, Ford, Volkswagen, Lada и подавляющего большинства других эксплуатируемых в России марок. За совместимость генератора с вашим автомобилем можно не беспокоиться: если каталог говорит, что для вашей модели конкретного года выпуска с конкретным объемом двигателя подходит определенный генератор Hella, значит, так оно и есть. Машина старше 10 лет? Не вопрос — для авто в возрасте Hella продолжает выпускать генераторы, ведь новой машине новый генератор обычно не нужен.

Нужен генератор на, скажем, 20-летний Land Cruiser? В мобильном приложении-каталоге Hella выберите в настройках Россию (чтобы видеть доступный ассортимент), далее марку и точную модель автомобиля. Для удобства поиска выберите тип продукта: Alternator — так по-английски называется генератор — и вы получите номер подходящего устройства, по которому его (и другие запчасти) можно потом найти в продаже. Источник: Hella

9. Если поставить генератор(ы) мощнее штатного, упадет ли мощность двигателя?

Совсем немного. Генератор переводит механическую энергию двигателя в электрическую энергию, забирая часть его мощности. Типовой КПД автогенераторов на высоких оборотах составляет 50-60%. Посчитать долю потребления генератора очень просто, для этого берем его ток, умножаем на выходное напряжение, а затем получившуюся мощность в ваттах переводим в лошадиные силы и делим на 0,6 (КПД генератора).

Например, вы захотели поставить серьёзный генератор на 150 А со стандартным для легковых автомобилей напряжением 14 В. 150 × 14 = 2100 Вт, или 2,1 кВт. В одном киловатте около 1,35 лошадиные силы. 2,1 × 1,35 = 2,8 л. с. Учитываем КПД генератора: 2,8 / 0,6 = 4,6 л.с. Генератор на 150 А заберет от двигателя максимум 5 л. с. — если у вас не атмосферная микролитражка, жить можно. Причём эти 5 л. с. генератор на 150 А будет забирать не постоянно, а только если бортовая сеть автомобиля будет потреблять все 150 А.

10. А в чем разница между дорогим и дешевым генераторами с одинаковой силой тока?

Конечно, в качестве. Серьёзные компании могут применять в обмотке провода с квадратным сечением, что позволяет уменьшить габариты генератора. Кольца и щётки у них более долговечны, валы идеально отцентрованы. Качественные диоды снабжены большими радиаторами для отвода тепла. Если низкокачественный генератор может напомнить о себе уже через 50 тыс. км, то хороший брендовый продукт пройдет 200-300 тыс. км без обслуживания. Затем потребуется очень недорогой ремонт щеток и колец, и генератор продолжит работу.

Генератор Hella. Источник: Hella

Бывают ли поддельные генераторы? Возможно, бывают, но даже на DRIVE2 постов с однозначно выявленными подделками нет — есть только редкие подозрения на подделки. Дело в том, что афтемаркет генераторов слишком мал, чтобы подпольные конторы вкладывались в производство контрафакта. Многие автовладельцы при поломке этого элемента просто обращаются в сервис и не заморачиваются поиском новых генераторов в магазинах. Кроме того, у генераторов высокая себестоимость относительно конечной цены — сказывается большое количество меди. Производителям подделок гораздо выгоднее штамповать детали для ТО и элементы подвески, спрос на которые стабильно велик, чем пытаться продавать генераторы. Проще говоря, подделок под известные бренды нет, есть просто очень дешевые и некачественные генераторы с малым сроком службы.

Есть ещё вопросы? Задавайте в комментариях!

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

  1. Функции генератора
  2. Виды генераторов
  3. Устройство генератора переменного тока
  4. Корпус
  5. Привод
  6. Ротор
  7. Статор
  8. Выпрямительный блок или диодный мост
  9. Регулятор напряжения
  10. Щеточный узел
  11. Принцип работы
  12. Параметры генератора
  13. Мощность автогенератора
  14. Основные неисправности
  15. Механические неисправности
  16. Электрические неисправности

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

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

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Диодный мост

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

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

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

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

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Так как генератор автомобиля и аккумулятор работают неотъемлемо друг от друга, при неисправности любого из устройств загорится лампа разряда аккумулятора, а также может загореться индикатор “Check Engine”. Проверить состояние аккумулятора и диагностировать неисправность можно с помощью универсального автомобильного сканера Rokodil ScanX Pro.

Rokodil ScanX Pro

На неисправность, связанную с генератором или плохим электрическим соединением в цепи управления часто указывают ошибки P0620 и P0622.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

КПД автомобильного генератора

Рейтинг 2.2/5 (101 голосов)

Автомобильные генераторы имеют ряд особенностей, в отличие от других генераторов. Дело в том, что автомобильные генераторы генерируют переменное напряжение, а затем, диодный мост выпрямляет переменное напряжение в постоянное. Но это дело не хитрое, подобных установок достаточно много. Такие генераторные установки еще называют вентильными.

Следующая особенность заключается в том, что выходное напряжение поддерживается в определенных диапазонах специальным стабилизирующим устройством и называют такие устройства в автомобилях регулятором напряжения. Это в свою очередь тоже не редкость в электротехнике и электронике.

Исключительная особенность автомобильных генераторов в том, что их частота вращения определяется и зависит только от частоты вращения приводного двигателя. Как известно двигатели в автомобилях работают в своих режимах и эти режимы никоим образом не зависят от нужд генератора. Таким образом, получается, что генератор сам, каким-то образом должен обеспечивать зарядку аккумулятора и обеспечивать питанием другие потребители в автомобиле, и при этом, стабильность напряжения питания должна оставаться в узких пределах.

Диапазон стабилизации напряжения должен не выходить за такой высокий уровень, при котором ток зарядки аккумулятора будет слишком высоким, что может привести к выкипанию электролита. Впрочем, при выходе из строя регулятора напряжения выкипание довольно частое явление. С другой стороны, слишком низкий уровень выходного напряжения приводит к разряду аккумулятора, что тоже не такое уж редкое явление.

Исходя из вышесказанного, стабильность напряжения в автомобильном генераторе должна обеспечиваться гарантированно. Однако не все так просто. Частота вращения генератора может меняться в достаточно больших пределах, так как двигатель внутреннего сгорания может работать на холостом ходу (800-1200 об/мин), а может разгоняться до максимального значения (до 5000 об/мин, в зависимости от марки авто).

В итоге можно точно сказать, что способность генераторной установки обеспечивать электропитанием потребителей электроэнергии на автомобиле во всех режимах его работы характеризует токоскоростная характеристика (ТСХ), т.е. зависимость силы тока, отдаваемого генератором в нагрузку, от частоты вращения его ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах генератора.

Следует, однако, заметить, что у автомобильных генераторов есть одно замечательное достоинство – их самозащита и самоограничение отдаваемого ими тока. Достигнув определенной величины, ток практически не увеличивается с ростом частоты вращения ротора.

Методика определения ТСХ имеет международный стандарт. Характеристика эта определяется при работе генераторной установки в комплекте с полностью заряженной аккумуляторной батареей с номинальной емкостью, выраженной в А·ч, составляющей не менее 50% номинальной силы тока генератора.

Токоскоростная характеристика имеет характерные точки, к которым относятся:

n – начальная частота вращения ротора без нагрузки. Поскольку обычно снятие характеристики начинают с тока нагрузки около 2 А, то эта точка получается экстраполяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

nrg – минимальная рабочая частота вращения ротора, т.е. частота вращения, примерно соответствующая оборотам холостого хода двигателя. Условно принимается nrg=1500 мин -1 (для высокоскоростных генераторов – 1800 мин -1 ). Сила тока 1dg при этой частоте обычно составляет 40-50% номинального тока и во всяком случае должна быть достаточна для обеспечения питанием тех потребителей энергии на автомобиле, от которых зависит безопасность.

пн – номинальная частота вращения ротора, при которой вырабатывается номинальный ток IdH т.е. ток, сила которого не должна быть меньше номинальной величины.

nmах – максимальная частота вращения ротора. При этой частоте генератор вырабатывает максимальный ток Imах сила которого мало отличается от силы номинального тока.

Отечественные изготовители ранее обычно указывали номинальный ток генератора при частоте вращения ротора 5000 мин -1 , а также указывали частоту вращения ротора генератора в расчетном режиме nр, соответствующему расчетному току генератора Idp обычно составляющему две трети номинального тока. В расчетном режиме нагрев узлов генератора наибольший. Характеристики определялись при напряжении 13 или 14 В.

Автомобильная генераторная установка должна самовозбуждаться при частоте вращения ротора ниже числа оборотов холостого хода коленчатого вала двигателя. Конечно, проверка на самовозбуждение должна производиться при работе генераторной установки в комплекте с аккумуляторной батареей при включении контрольной лампы в схемах рис.5 и рис.6 .

Энергетическую способность генератора характеризует его коэффициент полезного действия (КПД). Чем выше КПД, тем меньшую мощность отнимает генератор у двигателя при той же полезной отдаче. Величина КПД зависит от конструкции генератора – толщины пластины пакета статора и способа изоляции их друг от друга, величины сопротивления обмоток, диаметра контактных колец, марки щеток и подшипников и т.п., но, главным образом, от мощности генератора: чем генератор мощнее, тем КПД выше. Значения КПД по точкам токоскоростной характеристики представлены на рисунке для ориентировки. Обычно максимальное значение КПД вентильных автомобильных генераторов не превышает 50 – 60%.

Вообще, ТСХ довольно показательна, но, как правило, характерные точки характеристики сводят в таблицы основных данных автомобильных генераторов. Таблицу основных данных автомобильных генераторов отечественного производства можно просмотреть здесь , а таблицу основных данных автомобильных генераторов зарубежного производства – здесь .

Регуляторную часть генераторной установки характеризует диапазон изменения выходного напряжения при изменении частоты вращения ротора, нагрузки и температуры. Диапазоны изменения напряжения отечественных автомобильных генераторов можно посмотреть здесь .

Генератор автомобиля: как работает и какие функции выполняет?

Для питания бортовой сети транспортного средства предусмотрено два источника тока. И водителю очень важно разбираться в принципах работы автомобильного генератора, который наряду с аккумуляторной батареей, предназначен для обеспечения энергией электрооборудования машины.

К надёжности и стабильности устройств такого рода предъявляются жесткие требования.

В Российской Федерации производимое и используемое электрооборудование должно соответствовать ГОСТ Р 52230–2004. Документ устанавливает общие технические условия, которые распространяются и на стартерные аккумуляторы автомобилей. Упомянутый национальный стандарт полностью соответствует международным нормативам, что позволяет использовать на отечественных машинах компоненты иностранного производства.

На заре автомобилестроения и вплоть до 60-х годов прошлого века в бортовых сетях использовались генераторы постоянного тока — капризные и маломощные. С появлением полупроводниковых (селеновых и кремниевых) выпрямителей на машины стали ставить агрегаты переменного тока. Они втрое меньше по массе и при той же нагрузке обеспечивают более высокую стабильность выходного тока.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе — в частности, для:

  • Заряда аккумулятора.
  • Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
  • Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.

Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое‐то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2‐х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2‐х видов одинаково — они состоят из следующих элементов:

  • Шкива с валом и подшипниками.
  • Ротора с контактными кольцами.
  • Обмоток статора.
  • Корпуса генератора.
  • Регулятора напряжения.
  • Выпрямительного устройства.
  • Щеточного узла.

Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий.

Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:

  • Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
  • Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
  • Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
  • Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
  • Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение — управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
  • Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
  • Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.


Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

  • Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230–2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
  • Ток отдачи.
  • Частота возбуждения и самовозбуждения.

Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин−1.

Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.


Как работает автомобильный генератор?

Устройство начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который запитывается напрямую от аккумуляторной батареи. Ключевой принцип работы генератора автомобиля состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который раскручивает через ременную передачу установленный на необслуживаемых подшипниках ротор.

Питание обмотки возбуждения, расположенной на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Для защиты батареи от саморазряда подключение производится через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Величина напряжения в этой цепи регулируется электронным или электромеханическим стабилизатором, интегрированным или выполненным в виде отдельного устройства.

Вращающийся якорь создает электромагнитные поля, которые индуцируют в обмотках статора переменный ток. Он поступает на выпрямитель, представляющий собой блок диодов. В него входят шесть вентилей: по три отрицательных и положительных. Они обеспечивают преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме «треугольника» или «звезды». В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, нежели во втором. Треугольник применяется на моделях авто повышенной мощности.

Описываемый принцип действия автомобильного генератора обеспечивает поддержание в бортовой сети напряжения в диапазоне от 13,9 до 14,5 В. Точная величина зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки. Потребители (например, аккумулятор) к электроагрегату подключаются через вывод «В+».

Для чего в генераторе регулятор напряжения?

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

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

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

Автомобильный генератор

Автомобильный генератор – электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрический ток. В автомобиле генератор используется для зарядки аккумуляторной батареи и питания электрооборудования при работающем двигателе. В качестве автомобильного генератора применяется генератор переменного тока.

Генератор располагается, как правило, в передней части двигателя и приводится от коленчатого вала. На гибридных автомобилях генератор выполняет функции стартера, т.н. стартер-генератор. Аналогичная схема используется в некоторых конструкциях системы стоп-старт. Ведущими производителями генераторов являются фирмы Bosch, Denso, Delphi.

Различают два типа конструкций автомобильных генераторов – традиционную и компактную. Помимо геометрических размеров, данные конструкции имеют отличия в компоновке вентилятора, устройстве корпуса, приводного шкива, выпрямительного узла. Вместе с тем, можно выделить следующее общее устройство автомобильного генератора, включающее ротор, статор, щеточный узел, выпрямительный блок, регулятор напряжения. Все элементы помещены в корпус.

Основное предназначение ротора – создание вращающегося магнитного поля. Для этого на валу ротора находится обмотка возбуждения, помещенная в две полюсные половины. Каждая из полюсных половин имеет по шесть выступов – клювов. На валу ротора расположены два контактных кольца, через которые осуществляется питание обмотки возбуждения. Кольца, как правило, медные, реже стальные или латунные. Выводы обмотки возбуждения припаяны непосредственно к кольцам.

В зависимости от конструкции на валу ротора размещается одна или две крыльчатки вентилятора, а также закрепляется ведомый приводной шкив. Подшипниковый узел ротора представлен двумя шариковыми необслуживаемыми подшипниками. На валу со стороны контактных колец также может устанавливаться роликовый подшипник.

Статор служит для создания переменного электрического тока. Конструктивно он объединяет металлический сердечник и обмотки. Сердечник набирается из стальных пластин. Для навивки обмоток в сердечнике выполнено 36 пазов. В пазах укладывается три обмотки, образующие т.н. трехфазное соединение. Различают петлевой или волновой способ укладки обмоток в пазы. Соединение обмоток между собой может осуществляться по двум схемам:

  • схема «звезда» (одни концы обмоток соединены в одной точке, другие являются выводами);
  • схема «треугольник» (последовательное кольцевое соединение концов обмоток, выводы из точек соединения).

В корпусе размещается большинство конструктивных элементов генератора. Корпус представляет собой две крышки – переднюю (со стороны приводного шкива) и заднюю (со стороны контактных колец). Крышки стянуты между собой с помощью болтов. Крышки изготавливаются, как правило, из алюминиевого сплава – легкого, немагнитного и легко рассеивающего тепло. На поверхности крышек выполнены вентиляционные окна, а также две (двухлапное крепление генератора) или одна (однолапное крепление генератора) крепежные лапы.

Щеточный узел обеспечивает передачу тока возбуждения на контактные кольца. Узел включает две графитные щетки, пружины их прижимающие и щеткодержатель. На современных генераторах щеткодержатель объединен с регулятором напряжения в единый неразборный узел.

Выпрямительный блок служит для преобразования синусоидального напряжения, вырабатываемого генератором, в напряжение постоянного тока бортовой сети автомобиля. Выпрямительный блок представляет собой пластины, выполняющие роль теплоотводов, на которых смонтированы диоды. Блок содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, по два на каждую фазу, один на «положительный», другой – на «отрицательный» вывод генератора.

На некоторых генераторах обмотка возбуждения подключена через отдельную группу, состоящую из двух диодов. Данные выпрямители препятствуют протеканию тока разряда аккумуляторной батареи через обмотку при неработающем двигателе. При соединении обмоток по типу «звезда» на нулевом выводе устанавливается два дополнительных силовых диода, что позволяет увеличить мощность генератора до 15%.

Включение выпрямительного блока в схему генератора производится на специальных монтажных площадках с помощью пайки, сварки или болтового соединения.

Регулятор напряжения предназначен для поддержания напряжения генератора в определенных пределах. Современные генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными (интегральными) регуляторами напряжения. Различают следующие конструкции электронных регуляторов:

  • гибридное исполнение – электронные приборы и радиоэлементы используются в электронной схеме вместе с толстопленочными микроэлектронными элементами;
  • интегральное исполнение – все компоненты регулятора напряжения, кроме выходного каскада, выполнены с помощью тонкопленочной микроэлектронной технологии.

Стабилизация напряжения, необходимая при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки, осуществляется автоматически за счет воздействия на ток в обмотке возбуждения. Регулятор управляет частотой импульсов тока и их продолжительностью.

Регулятор напряжения осуществляет изменение напряжения, подводимого для зарядки аккумуляторной батареи, в зависимости от температуры воздуха (т.н. термокомпенсация напряжения). Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение подводится к аккумуляторной батарее.

Привод генератора осуществляется посредством ременной передачи и обеспечивает вращение ротора со скоростью в 2-3 раза превышающую частоту вращения коленчатого вала. В зависимости от конструкции генератора в передаче используется клиновый или поликлиновый ремень. Область применения клинового ремня ограничена размерами ведомого шкива (при определенном диаметре шкива клиновый ремень быстро изнашивается).

Поликлиновый ремень более универсальный, т.к. применим при небольших диаметрах ведомого шкива, и следовательно с его помощью может быть реализовано большее передаточное число. На современных моделях генераторов привод осуществляется поликлиновым ремнем.

На автомобилях может устанавливаться т.н. индукторный (бесщеточный) генератор. Такой генератор имеет ротор, представляющий собой набор спрессованных тонких пластин из трансформаторного железа (ротор из магнитомягкой пассивной ферромассы). Обмотка возбуждения помещена на статоре. Электродвижущая сила в индукторном генераторе получается путем изменения магнитной проводимости воздушного зазора между ротором и статором.

Работа автомобильного генератора

При повороте ключа в замке зажигания, ток от аккумуляторной батареи через щеточный узел и контактные кольца поступает на обмотку возбуждения. В обмотке наводится магнитное поле. С вращением коленчатого вала двигателя начинает вращаться ротор генератора. Магнитное поле ротора пронизывает обмотки статора, на выводах которых возникает переменное напряжение. При достижении определенной частоты вращения генератор переходит в режим самовозбуждения, т.е. обмотка возбуждения запитывается непосредственно от генератора.

Выпрямительный блок преобразует переменное напряжение в напряжение постоянного тока. В таком состоянии генератор обеспечивает требуемый ток для зарядки аккумуляторной батареи и питания потребителей. При изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в работу включается регулятор напряжения. Он регулирует время включения обмотки возбуждения. При возрастании частоты вращения генератора и уменьшении внешней нагрузки время включения обмотки возбуждения уменьшается, наоборот, при уменьшении частоты вращения и увеличения нагрузки – увеличивается.

В случае, когда потребляемый ток превышает возможности генератора, в работу включается аккумуляторная батарея. Для контроля работоспособного состояния генератора на панели приборов имеется контрольная лампа (лампа контроля заряда).

Параметры генератора

К основным параметрам генератора относятся: номинальное напряжение, номинальный ток, номинальная частота вращения, частота самовозбуждения, коэффициент полезного действия.

В зависимости от конструкции электрической системы автомобиля номинальное напряжение составляет 12 или 24 В. За номинальный ток принимается максимальный ток отдачи при номинальной частоте вращения, которая составляет 6000 об/мин. Зависимость величины силы тока от частоты вращения генератора называется токоскоростной характеристикой. Помимо номинальных значений токоскоростная характеристика включает другие характерные точки:

Что нужно знать о генераторе: схема, принцип работы и основные характеристики

Работу электрооборудования машины обеспечивает генератор – преобразователь в электричество энергии вращения коленного вала двигателя. В чем заключается работа генератора автомобиля – в обеспечении бесперебойного функционирования всех электросистем машины и восстановлении заряда аккумуляторной батареи.

Что называют генератором

Агрегат, преобразующий в электричество энергию вращения вала двигателя, называют электрогенератором. Так как механизм связан с коленчатым валом, его располагают в передней части двигателя.

Первоначально для машин применяли генераторные узлы постоянного тока, но появление диодных выпрямителей позволило заменить их на источники переменного тока – более надежные, легкие, мощные и стабильные.

Конструкционно различают два вида современных агрегатов, производящих переменный ток: традиционный и компактный.

При одинаковых функциях виды генераторов автомобиля различаются:

  • габаритными размерами;
  • компоновкой вентиляторов;
  • устройством приводного шкива;
  • комплектацией выпрямительного узла.

Интересно! Первые генераторы переменного тока появились в 1946 году в США и предназначались для военных машин.

Чтобы соответствовать своему назначению, генератор должен отвечать ряду требований.

Требования к генераторному устройству

При работающем двигателе агрегат обеспечивает работу электросети машины и восполняет потери аккумуляторного блока, в чем и заключается работа генератора автомобиля, поэтому:

  • независимо от режима эксплуатации машины необходимы такие выходные параметры генераторного устройства, чтобы не допустить прогрессивного разряда аккумулятора;
  • при работающем двигателе нормальное напряжение в электросети машины должно быть стабильным.

Требование к напряжению связано с чувствительностью к нему аккумулятора:

  • при заниженных значениях напряжения в автомобильной сети батарея не полностью заряжается могут возникнуть сложности с запуском двигателя;
  • при завышенном напряжении аккумулятор перезаряжается, что сокращает срок его службы.

Интересно! В гибридных бензино-электрических машинах применяется стартер-генератор – агрегат осуществляет функцию стартера.

Ведущие производители

В ТОП-5 производителей автомобильных генераторов входят Bosch, Butec, Cav, Delphi и Ford.

Из бюджетных хорошо зарекомендовали себя СтартВольт, Прамо и АТЭ.

Схема генераторного устройства автомобиля

  1. Аккумулятор.
  2. Выход «+».
  3. Зажигание.
  4. Индикатор исправности.
  5. Конденсато, подавляющий всплески напряжения.
  6. Три положительных диода.
  7. Три отрицательных диода.
  8. «Масса».
  9. Диоды ротора.
  10. Обмотки статора (три фазы).
  11. Питание ротора.
  12. Ротор (обмотка возбуждения).
  13. Регулятор напряжения.

Интересно! Переменный ток, вырабатываемый синхронным трехфазным генератором, преобразуется шестью диодами выпрямительного щита и как постоянный поступает в электросеть автомобиля.

Устройство генераторной установки

Конструктивно устройство генераторного узла автомобиля для всех машин одинаково. Различия могут состоять в габаритах, расположении сочлененных деталей или в качестве изготовления.

Генераторный узел состоит из нескольких частей:

  1. Шкив, передающий через приводной ремень вращение двигателя на вал генератора.
  2. Крышки корпуса – передняя (сторона шкива) и задняя (сторона контактных колец).
  3. Ротор представляет собой стальной вал с двумя втулками, между которыми расположена обмотка с выводами и контактными кольцами.
  4. Статор выполняется как труба, набранная из стальных листов.
  5. По три диода в положительном и отрицательном теплоотводах.
  6. Регулятор напряжения, обеспечивает стабильную работу автомобильной сети при колебаниях электрической нагрузки, изменении частоты вращения ротора и перепадах температуры окружающей среды.
  7. Щеточный узел – пластиковая основа с установленными подпружиненными щетками.
  8. Защитная крышка –закрывает диодный модуль.

Интересно! Чем больше величина передаточного отношения (отношение диаметров шкива коленчатого вала к шкиву генератора), тем больше тока генераторный узел отдает в автосеть.

Принцип работы

Пусковой ток стартера варьируется от 100 до 500 А и разряжает аккумуляторную батарею. Сразу после запуска двигателя автомобиля электрообеспечение (зарядка аккумулятора и работа автосети) переходит к генератору – вот для чего он нужен.

После подзарядки аккумуляторной батареи, разность напряжений ее и генератора становится незначительной и зарядовый ток уменьшается.

Сколько вольт выдает генератор автомобиля:

  • под нагрузкой до 14 В;
  • на аккумулятор 14,5 – 14,8 В.

Завышение показателей указывает на неисправность реле-регулятора.

Основные параметры

Базовые характеристики генератора указываются изготовителем на щитке устройства. К ним относятся:

  • номинальный ток (максимальный ток отдачи генератора автомобиля), А;
  • номинальное напряжение 14 (или 28), В;
  • тип, марка.

Показательные данные генератора автомобиля

Характеристика Что отражает
Токоскоростная характеристика (ТСХ) Показывает зависимость того, сколько тока выдает генератор автомобиля в сеть, от частоты вращения ротора при постоянном напряжении на выходе.
Частота самовозбуждения При работе с аккумулятором генератор должен самовозбуждаться при частоте вращения двигателя меньшей величины холостого хода.
КПД устройства Мощность, которую генераторный блок способен получить от двигателя.
Выходное напряжение при изменении частоты вращения, величины нагрузки и температуры В инструкциях указывают, сколько генератор выдает вольт при частоте вращения 6000 мин-1 и нагрузке в 5 А.

Возможные неисправности

Автомобильный генератор относится к устройствам высокой надежности. Возможные причины его неработоспособности делятся, по источнику неполадки, на две группы.

Механические

Причина неисправностей, относящихся к этой группе – механический износ в результате эксплуатации. Механические неисправности выявляются быстро, так как сопровождаются стуком или иным шумом.

Для устранения неисправности изношенные детали заменяют рабочими.

Детали генератора, износ которых приводит к механическим неисправностям:

  • шкив;
  • подшипник качения;
  • меднографитные щетки;
  • приводной ремень.

Электрические

Неполадки, связанные с этой группой, возникают чаще, чем механические и, не имея внешних признаков, негативно влияют на работу всего электрооборудования автомобиля и особенно, аккумулятора.

Как пример: при отказе регулятора напряжения происходит постоянный перезаряд батареи, что определяется только в результате замеров тока генератора.

К электрическим неисправностям относятся:

  • замыкание обмотки ротора или статора;
  • пробой выпрямителя;
  • отказ регулятора напряжения и другое.

Неисправности этой группы устраняются заменой детали на рабочую. При пробое обмотки ее можно перемотать.

  • проверять работоспособность устройства путем короткого замыкания, «на искру»;
  • допускать работу без нагрузки;
  • проводить кузовные работы не отключив провода генератора и аккумулятора;
  • использовать устройство с отключенным или неработающим аккумулятором.

Генератор обеспечивает надежную работу всего электрооборудования автомобиля. Его мощность и исправность влияют на надежность машины и являются одним из факторов безопасности на дороге.

Читайте также:
Как правильно выбрать скинали для кухни
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: