Устройство ротора генератора автомобиля

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

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

Функции генератора

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

Автомобильный генератор

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

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

• постоянного тока;
• переменного тока.

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

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

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

Устройство генератора переменного тока

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

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

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

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

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

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

Привод

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

Ротор

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

Ротор генератора

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

Статор

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

Выпрямительный блок или диодный мост

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

Диодный мост

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

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

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

Регулятор напряжения

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

Регулятор напряжения и щеточный узел

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

Щеточный узел

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

Принцип работы

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

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

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

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

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

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

Характеристика генератора

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

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

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

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

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

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

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

Основные неисправности

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

Механические неисправности

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

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

Электрические неисправности

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

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

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

Особенности работы «сердца» автомобиля — генератора

Большинство автолюбителей знают, что генератор представляет собой основной автомобильный узел, необходимый для нормальной работы транспортного средства. В этой статье мы поговорим именно об этом устройстве. Каков его принцип работы и конструкция, и в целом все о генераторах вы можете узнать из этой статье.

Общий принцип работы

Итак, что такое генератор, каково его устройство и принцип работы? Принцип функционирования узла основан на преобразовании механических импульсов в электрические. Это преобразование достигается в результате помещения медной проводки в магнитное поле, характеризующееся переменной величиной.

Новый машинный генератор

В целом принцип работы автомобильного генератора основывается на передаче электронов посредством электродвижущей силы. Благодаря такому движения в проводах бортовой сети образуется ток, а на самих контактах появляется напряжение. Показатель напряжения полностью зависит от того, как быстро будет меняться магнитное поле. В конечном итоге переменный параметр напряжения будет поступать в бортовую сеть.

Принцип работы генератора подразумевает применение обмоток стартера для выполнения основной функции, причем в последнем, под воздействием поля, осуществляется вращение так называемого якоря. На самом валу якоря находятся специальные обмотки, необходимые для передачи тока, и эти обмотки подключаются к специальным контактам. Сами контакты зафиксированы на шкиве и перемещаются они вместе с ним. Принцип действия генератора подразумевает передачу тока с колец с применением щеток, в конечном итоге напряжение передается на электрооборудование автомобиля.

Устройство вступает в работу в результате воздействия приводного ремешка от фрикционного шкива коленвала двигателя. Причем последний, согласно схеме, запускается от батареи. Чтобы работа автомобильного генератора была наиболее эффективной, диаметр его вала должен быть значительно меньше, чем фрикционный шкив коленчатого вала. Благодаря этому обеспечивается наиболее эффективная работа в результате повышения числа оборотов. В данном случае генератор в машине работает с увеличенным коэффициентом полезного действия, что обеспечивает наиболее оптимальные токовые параметры (автор видео — Саня Киселев).

Требования

Итак, зачем нужен агрегат и как работает автомобильный генератор, мы разобрались, теперь перейдем к требованиям. Как известно, устройство и работа должна обеспечиваться в определенном диапазоне параметров всего электрооборудования. Кроме того, функционирование устройства должно обеспечивать стабильность девайса даже при скачках напряжения. Наиболее важным требованиям, предъявляемым к узлу, считается стабильная выработка напряжения с необходимым параметрами мощности.

Данные показатели позволяют обеспечить:

• регулярную подзарядку АКБ;
• возможность одновременной работы всех используемых устройств;
• стабильный параметр напряжения в бортовой цепи в большом диапазоне.

Помимо этого, автомобильные генераторы в соответствии со схемой оборудуются с учетом того, что узел может функционировать в достаточно жестких эксплуатационных условиях. Соответственно, механизм необходимо устанавливать в наиболее прочный корпус, при этом вес девайса должен быть минимальным, а размеры — сравнительно небольшие. Более того, характеристики генератора должны обеспечивать наименее шумную работу узла, при этом уровень помех, которые он производит, должен быть минимальным.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Устройство генераторного узла автомобиля

Крепление

Итак, если с назначением и принципом работы все ясно, перейдем к устройству. Генератор автомобиля фиксируется в подкапотном пространстве с помощью специального крепления. При помощи винтов и уголков он фиксируется на фронтальную часть силового агрегата. На самом корпусе узла вы сможете увидеть крепежные элементы, а также натяжную проушину механизма.

Корпус

Любой выбранный мощный генератор монтируется в крепком и надежном корпусе. Как показывает практика, корпус обычно изготовляется с использованием легких металлов, например, алюминия. Кстати, последний отлично подходит для обеспечения теплоотводных параметров.

Сама по себе конструкция состоит из нескольких компонентов, а именно:

• крышки, расположенной со стороны контактных колец;
• специальной заглушки, установленной со стороны привода.

На крышке монтируются щетки, устройство регулятора напряжения, а также выпрямительный мост. Все крышки узла соединены в одну конструкцию благодаря использованию дополнительных винтов. Кроме того, на крышках также крепится поверхность статора. В корпусе находится тыловой, а также фронтальный подшипниковые элементы, предназначенные для обеспечения работы ротора (автор видео — Рамиль Абдуллин).

Ротор

Следующим компонентом схемы является ротор. Его конструкция включает в себя электромагнитную схему, оснащенную обмоткой возбуждения. Сама обмотка устанавливается на несущем шкиве. Что касается вала, то он всегда производится из легированной стали, в состав которой добавляются свинцовые присадки. На валу компонента фиксируются контактные кольца, а также щеточные элементы. Следует отметить, что токоскоростная характеристика генератора обеспечивается именно благодаря кольцам.

Статор

Еще одним компонентом, определяющим мощность узла, является статор. Статор представляет собой устройство, которое состоит из так называемого сердечника с большим количеством пазов. В эти пазы установлены витки от трех обмоток, которые соединены между собой посредством специальной схемы.

Сам сердечник является магнитопроводом, он всегда имеет форму окружности, и изготовляется сердечник из металла, в частности, из пластин, которые соединены друг с другом с помощью заклепок. Также эти заклепки могут быть заварены в один блок. Чтобы параметр напряжения был наиболее высоким, при изготовлении пластин применяется специальные трансформаторный металл.

Регулятор напряжения

Регулятор генераторного узла

Данный механизм предназначен для того, чтобы компенсировать нестабильность функционирования роторного вала. Сам вал работает в обширном диапазоне изменения количества оборотов и соединяется он с коленчатым валом двигателя. Благодаря регулятору осуществляется стабилизация параметра выходного напряжения, которое поступает в бортовую сеть авто. Благодаря регулятору обеспечивается бесперебойное использование электрических устройств и всего оборудования в целом. Регуляторы могут отличаться между собой по конструкции, они бывают дискретные либо интегральные.

К дискретным элементам относятся блоки, на схемах которых устанавливаются радиокомпоненты, при производстве которых соблюдалась дискретная технология. Следует отметить, что такая технология отличается нехарактерной плотностью компоновки. Что касается интегральны конструкций, то к этому типу относятся большая часть используемых сегодня регуляторов. Интегральные конструкции изготавливаются с соблюдением интегрального метода компоновки.

Выпрямитель

Поскольку генераторное устройство должно обеспечить напряжением все электрооборудование транспортного средства, на его выходе монтируется специальный узел из диодов. Этот элемент представляет собой трехфазное выпрямительное устройство, в основе которого лежат несколько полупроводниковых диодов. Причем половина из них соединяются с минусовым выходом генератора, и другая половина — с положительным. Сам выпрямитель обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный (автор видео — Автошкола для всех).

Щеточный узел

Весь щеточный узел выполняет функцию передачи тока на кольца. В корпусе щеточного узла расположены несколько компонентов, основные из них — сами контакты, которые могут быть электрографитными или меднографитными. Следует отметить, что последние имеют более высокий срок службы. По своему устройству щеточный узел обычно монтируется в блок с регулятором.

Система охлаждения

Система охлаждения выполняет функцию отвода тепла, появляющегося в корпусе генераторного устройства. Сам отвод осуществляется благодаря использованию вентиляторов, установленных на валу ротора. Если щеточный узел и прочие компоненты установлены снаружи генераторного устройства, в этом случае забор воздуха осуществляется через специальные щели. Если же эти компоненты находятся внутри, это позволяет обеспечить подачу воздуха со стороны колец.

Режим работы

Если вы решили осуществить выбор генератора для своего авто, вам полезно будет знать о режимах его функционирования. Это может быть начальный режим перед стартом силового агрегата, а также режим работы при включенном моторе. Когда запускается мотор, электроэнергию потребляет только стартер. Когда запуск силового агрегата будет осуществлен, генераторный узел начинает полноценно вырабатывать энергию, чтоб обеспечивает работу всех устройств. Когда мотор работает, генератор также подзаряжает АКБ.

В том случае, если батарея будет заряжена, уровень потребления энергии начинает снижаться, при этом генераторный узел продолжает обеспечивать работу электрических устройств. Если водитель дополнительно включает какое-то оборудование, а мощности генератора для обеспечения его работоспособности не хватает, в работу вступает АКБ.

Извините, в настоящее время нет доступных опросов.

Видео «Наглядный пример работы генераторного устройства»

Как работает генераторный узел и в чем заключается его принцип функционирования — смотрите на видео ниже (автор ролика -zrenie2015).

Источник статьи: http://autocentrum.ru/articles/17681-opisanie-ustroystva-i-principa-raboty-avtomobilnogo-generatora.html