Автомобильный генератор. Виды и устройство. Работа и особенности

Любой автомобиль имеет свою электрическую сеть, выполняющую несколько функций: запуск двигателя стартером, обеспечение стабильного образования разряда искр для воспламенения бензиновой смеси, звуковой и световой сигнализации, а также освещения и создания комфортных условий в салоне.

Для обеспечения электрической энергией потребителей автомобильной электрической сети предусмотрены два источника питания: генератор и аккумуляторная батарея, которая питает энергией бортовую сеть до момента запуска двигателя. Ее особенностью является неспособность выработки электрического тока, а только его удержания внутри себя, и отдачи потребителям при необходимости. Поэтому аккумуляторная батарея не сможет одна долго обеспечивать электроэнергией сеть автомобиля, так как быстро разрядится, отдав всю энергию. Чем чаще запускается двигатель, и используются мощные потребители тока, тем быстрее произойдет ее разряд.

Для восстановления заряда батареи и обеспечения электричеством остальных потребителей автомобиля применяется автомобильный генератор, который постоянно вырабатывает электроэнергию во время работы двигателя.

Виды автогенераторов

Существует два вида генераторов, применяемых на автомобилях:

1. Генератор постоянного тока на современных автомобилях не используется. Для его работы не требуется выпрямление тока. Ранее применялся на автомобилях Победа, ГАЗ-51 и некоторых других марках, выпущенных до 1960 года.
2. Генератор переменного тока широко применяется на автомобилях в настоящее время. Первые такие генераторы были разработаны в Америке в 1946 году. Это более надежная и современная конструкция. На выходе генератора встроен полупроводниковый выпрямитель.

Устройство и работа

Оба вида генераторов служат для выработки электрического тока, необходимого для эксплуатации автомобиля. Их устройство и принцип работы имеют отличительные особенности, так как они вырабатывают разные виды тока. Рассмотрим конструктивные особенности и принцип действия, которые имеет автомобильный генератор каждого вида.

Автомобильный генератор постоянного тока

Такой автомобильный генератор имеет много недостатков:

• Малая эффективность работы.
• Недостаточная мощность.
• Несовершенная схема подключения.
• Необходим постоянный контроль.
• Частое техническое обслуживание.
• Малый срок службы.

Аналогичные конструкции, включающие в себя коллектор, могут одновременно функционировать в режиме генератора или двигателя. В гибридных автомобилях они нашли широкое применение.

Их отличием от автогенераторов переменного тока является то, что создающие магнитное поле электромагниты абсолютно неподвижны. Электродвижущая сила находится во вращающихся обмотках ротора. Электрический ток снимается с полуколец, изолированных между собой. На каждой щетке имеется напряжение одной полярности.

Автомобильный генератор переменного тока

Это популярная модель современных автогенераторов. Любая конструкция автогенератора включает в себя обмотку, расположенную в неподвижном статоре, который зафиксирован между двумя крышками: задней и передней. Со стороны задней крышки находятся контактные кольца ротора. Со стороны передней крышки находится привод со шкивом. Автомобильный генератор расположен впереди двигателя и крепится с помощью болтового соединения на специальные кронштейны. Натяжная проушина и крепежные лапы расположены на крышках генератора.

Крышки генератора изготовлены литьем из алюминиевых сплавов. Они имеют окна для вентиляции корпуса генератора. В разных конструкциях такие окна могут выполняться как в торцевой части генератора, так и на цилиндрической части над обмотками статора.

На задней крышке закреплен щеточный узел, объединенный с регулятором напряжения, а также блок выпрямителя. Крышки генератора стягиваются длинными винтами, зажимая между собой корпус статора с обмотками.

Статор автогенератора состоит:

Статор изготавливается из листовой стали толщиной 1 мм. Для экономии металла конструкторы создали статор, состоящий из отдельных сегментов в виде подковы. Листы статора скреплены между собой в одну конструкцию с помощью заклепок или сварки. Все основные виды конструкций статора содержат 36 пазов, в которых находится обмотка. Пазы статора изолированы эпоксидным компаундом или специальной пленкой.

Ротор генератора состоит:

Автомобильный генератор имеет особенный вид системы полюсов ротора , состоящей из двух половин, имеющих выступы в виде клюва. На каждой половине имеется шесть полюсов, которые изготавливаются методом штамповки. Полюсные половины напрессовываются на вал. Между ними устанавливается втулка, на которой расположена обмотка возбуждения. Вал ротора обычно изготавливается из автоматной стали низкой твердости. Но при использовании роликового подшипника, который работает на конце вала со стороны задней крышки, вал изготавливают из твердой легированной стали, при этом цапфу вала подвергают закалке. Конец вала имеет резьбу, шпоночный паз для фиксации шкива.

В современных генераторах шпонка не применяется. Шкив фиксируется на валу усилием затяжки гайки. Для облегчения разборки на валу имеется шестигранный выступ для ключа, или углубление.

Щетки автогенератора расположены в щеточном узле и прижимаются к кольцам с помощью пружин.

Автомобильный генератор может оснащаться двумя типами щеток:

1. Меднографитовые.
2. Электрографитовые.

Второй тип обладает значительной потерей напряжения при контакте с кольцом. Это отрицательно влияет на выходные параметры генератора. Положительным моментом является длительный срок службы колец и щеток.

Узел выпрямления используется двух типов:

1. Теплоотводящие пластины, в которые запрессованы силовые диоды выпрямителя.
2. Конструкция с большими ребрами охлаждения, на которые припаиваются таблеточные диоды.

Вспомогательный выпрямитель включает в себя диоды в пластиковом корпусе формой в виде горошины или цилиндра, а также могут изготавливаться отдельным герметичным блоком, подключаемым к схеме специальными шинами.

Большую опасность для автогенератора может вызвать короткое замыкание теплоотводящих пластин положительного и отрицательного полюса. Это может произойти из-за случайного попадания металлического предмета или токопроводящей грязи. При этом в цепи аккумулятора возникает замыкание, которое может привести к пожару. Чтобы этого не произошло, многие токопроводящие элементы выпрямителя покрывают слоем изоляции.

В генераторе используются шариковые радиальные подшипники с заложенной в них разовой смазкой и уплотнением. Роликовые подшипники иногда применяются на импортных генераторах.

Охлаждение автогенератора происходит за счет закрепленных на валу лопастей вентилятора. Воздух засасывается в отверстия задней крышки. Существуют и другие способы охлаждения.

На автомобилях, у которых подкапотное пространство слишком плотное, и имеющее большую температуру, используют генераторы с особым кожухом, по которому отдельно поступает прохладный воздух для охлаждения.

Регулятор напряжения

Служит для поддержания напряжения автогенератора в необходимом диапазоне для нормальной работы электрооборудования автомобиля.

Такие регуляторы работают на основе полупроводниковых элементов. Их конструктивное исполнение может быть различным, но принцип их действия не отличается.

Регуляторы напряжения имеют свойство термокомпенсации. Это способность изменять величину напряжения в зависимости от температуры рабочего пространства для наилучшей зарядки аккумулятора. Чем прохладнее воздух, тем выше должно быть подводимое к аккумулятору напряжение.

Работа генератора

При запуске двигателя автомобиля главным потребителем электричества является стартер. При этом сила тока может достичь нескольких сотен ампер. В таком режиме электрооборудование работает только от аккумулятора, который подвержен сильному разряду. После запуска мотора автомобильный генератор является основным источником питания.

Во время работы двигателя происходит непрерывная дозарядка аккумулятора и обеспечивается работа электрических потребителей, подключенных к бортовой сети автомобиля. Если генератор выйдет из строя, то аккумуляторная батарея быстро разрядится. После зарядки напряжение аккумулятора и генератора отличается незначительно, поэтому зарядный ток уменьшается.

При работе мощных электроприборов автомобиля и низких оборотах двигателя, общий ток потребления становится выше способности генератора, поэтому реле напряжения переключает питание на аккумулятор.

Крепление и привод

Генератор приводится в действие с помощью шкива двигателя через ременную передачу. Обороты вращения генератора зависят от диаметра шкива генератора и шкива коленвала двигателя.

Современные автомобили оснащены поликлиновым ремнем, так как он обладает большей гибкостью и может приводить в действие шкивы небольшого диаметра. Это позволяет получить большие обороты генератора. Ремень может натягиваться разными способами, в зависимости от марки автомобиля и конструкции натяжителя. Чаще всего в качестве натяжителя используют специальные ролики.

Неисправности

Автогенераторы представляют собой надежное устройство, однако у них также случаются некоторые неисправности, которые делятся на два вида:

1. Механические неисправности чаще всего возникают вследствие износа деталей: шкива, приводного ремня, подшипников качения, меднографитных щеток. Такие неисправности легко обнаруживаются, так как возникают посторонние шумы, стуки со стороны генератора. Эти поломки устраняют путем замены изношенных деталей, так как восстановлению они не подлежат.
2. Электрические неисправности возникают гораздо чаще. Они могут выражаться в замыкании обмоток статора или ротора, поломке регулятора напряжения, пробое выпрямителя и т.д. До выявления неисправностей такие поломки могут отрицательно повлиять на аккумуляторную батарею. Например, пробитый регулятор напряжения будет постоянно перезаряжать батарею. При этом нет особых внешних признаков. Это выявляется только с помощью замеров напряжения выхода генератора.

Электрические неисправности также устраняются путем замены неисправных деталей новыми. Замыкание в обмотках требует их перемотки, что значительно повышает стоимость ремонта. В торговой сети можно найти запчасти к генераторам, в том числе и корпус статора с обмотками.

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).