Корпус генератора включает все основные компоненты, необходимые для его функционирования. Он состоит из двух крышек: фронтальной и задней, которые надежно соединяются между собой при помощи болтов. Изготовление крышек осуществляется из легких алюминиевых сплавов, которые обладают рядом полезных свойств: они не подвержены намагничиванию и эффективно отвели тепло, что критически важно для работы генератора. В каждой из крышек предусмотрены специальные вентиляционные отверстия и элементы для крепления, такие как фланцы.
Из чего состоит генератор авто
Автомобили оснащены бортовой электросетью, которая выполняет множество задач, начиная от старта двигателя с помощью электрического стартера и воспламенения топливовоздушной смеси, до обеспечения работы таких устройств, как фары, магнитола, сигнализация и прочее электрооборудование. Все перечисленные компоненты нуждаются в электроэнергии, производимой двумя основными элементами: генератором и аккумулятором. В данной статье мы глубже рассмотри, как устроен и функционирует автомобильный генератор, основные возможные неисправности и на что стоит обратить внимание в процессе эксплуатации этого устройства.
До момента запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) электроэнергия для питания бортовой сети поступает от аккумуляторной батареи (АКБ). Однако стоит помнить, что АКБ не производит ток – она лишь хранит его и выделяет по мере необходимости. Именно поэтому полагаться лишь на аккумулятор для обеспечения постоянной работы автомобильного электрооборудования нецелесообразно: он достаточно быстро разрядится. Даже при запуске силового агрегата батарея отдает значительное количество заряда, так как стартер требует много электричества.
Генератор автомобиля выполняет две основные функции: восстановление заряда аккумулятора и распределение питания для всех потребителей, подключенных к бортовой сети. В отличие от аккумулятора, который только хранит электроэнергию, генератор постоянно производит ее, пока двигатель работает. Однако во время запуска двигателя генератор не функционирует, и все питание идет исключительно от аккумулятора.
Принцип работы автомобильного генератора можно сравнить с работой электродвигателя, только в обратном порядке. Элетромотор получает энергию и трансформирует её в механическую работу; в то время как автогенератор преобразует механическое вращение ротора в электрическую энергию.
Кратко можно изложить принцип работы генератора следующим образом: вращение ротора создает магнитное поле, которое воздействует на обмотку статора, вызывая появление электротока, далее этот ток подается для питания всех включенных в бортовую сеть автомобилей потребителей.
Одной из ключевых особенностей работы автогенератора является наличие трех фаз с выработкой переменного тока, тогда как для нормальной работы бортовой сети необходим постоянный ток. Также параметры выдаваемого электротока должны строго соответствовать установленным нормативам, чтобы избежать возможных отказов в работе электрооборудования. Для этого в конструкцию генератора входят дополнительные элементы.
Устройство автомобильного генератора
Автомобильный генератор состоит из нескольких основных частей:
- Ротор.
- Статор.
- Блок щеток.
- Регулятор напряжения.
- Выпрямительный блок (или диодный мост).
На схеме устройства генератора можно наблюдать его ключевые составляющие: 1 — задний подшипник; 2 — выпрямительный блок; 3 — контактные кольца; 4 — щетка; 5 — щеткодержатель; 6 — кожух; 7 — диод; 8 — втулка подшипника; 9 — винт; 10 — задняя крышка; 11 — крыльчатка; 12 — винт; 13 — ротор; 14 — обмотка ротора; 15 — передняя крышка; 16 — вал ротора; 17 — шайба; 18 — гайка; 19 — шкив; 20 — передний подшипник; 21 — обмотка ротора; 22 — статор.
Ротор
Ротор, или вращающаяся часть генератора, выглядит как вал, на котором расположена обмотка возбуждения. Эта обмотка размещается между парой полюсных половинок, которые изготавливаются методом штамповки. Каждая половинка имеет шесть выступов, имеющих форму, напоминающую клюв, расположенных сверху обмотки. Эти полюсные половинки формируют полюсную систему и служат для создания магнитного поля.
Обмотка возбуждения предназначена для генерации магнитного поля и запускает процесс выработки электричества. Для работы этой обмотки требуется подача небольшого электрического тока. Пока двигатель не запущен, такую подачу осуществляет аккумуляторная батарея. После запуска силового агрегата и достижения определенных оборотов генератор будет производить ток для питания обмотки возбуждения самостоятельно.
Ротор размещается внутри статора, который находится между двумя крышками корпусной части. Крышки оснащены посадочными местами для роторных подшипников. Также в крышке, что расположена со стороны приводного шкива, предусмотрены вентиляционные отверстия для отведения тепла.
Статор
Статор же, в отличие от ротора, остается неподвижным, что и определяет его название. Основное назначение статора заключается в получении переменного тока, генерируемого под воздействием магнитного поля ротора. Конструкция статора включает обмотки и сердечник, который изготовлен из листовой стали и имеет пазы для укладки трех обмоток (соответствующих числу фаз). Обмотки могут располагаться по одной из двух схем: петлевым или волновым способом. Также схемы соединения могут иметь различия: в виде «звезды» или «треугольника».
При соединении обмоток по схеме типа «звезда» все окончания объединяются в одной точке, а вторые концы служат выводами. Схема «треугольник» предполагает другое соединение: первая обмотка соединяется со второй, вторая — с третьей, а третья — с первой, что делает точки соединения выводами. Обе схемы наглядно изображены на рисунке.
Блок щеток
Блок щеток служит для передачи электричества на обмотку возбуждения. Конструктивно он представляет корпус, внутри которого расположены две подпружиненные графитные щетки, которые прижимаются к контактным кольцам. Они жестко не фиксируются, что позволяет обеспечить гибкость в передаче электричества.
Регулятор напряжения
Регулятор напряжения необходим для поддержания выходного напряжения в установленных пределах. Это важно, так как сила тока и его параметры варьируются в зависимости от оборотов двигателя, и правильная подача разности потенциалов напрямую влияет на срок службы аккумулятора. Нехватка напряжения может привести к хроническому недозаряду АКБ, а избыточное — к перезаряду, что тоже сокращает срок эксплуатации батареи. В современных автомобилях используются электронные полупроводниковые регуляторы.
Выходное напряжение генератора должно находиться в диапазоне 13,5В – 14,2В, тогда как сила тока у разных моделей колеблется от 80А до 140А, с усредненным значением в 100А.
Виды генераторов
Существует два основных типа автомобильных генераторов:
Первый тип генераторов уже не применяется в современных автомобилях, и его можно встретить лишь на старых моделях, таких как ГАЗ-51 или Победа. Эти устройства обладают рядом недостатков, среди которых можно выделить:
- Низкая мощность и эффективность;
- Необходимость постоянного контроля и обслуживания;
- Короткий срок службы.
Сейчас в производстве используются генераторы переменного тока, которые идеально справляются с задачей питания бортовой сети постоянным током вне зависимости от режима работы двигателя. Это реализуется благодаря использованию полупроводникового выпрямителя.
Устройство генератора переменного тока
Работу любого генератора можно представить как процесс, аналогичный работе электродвигателя, только в обратном направлении: генератор не потребляет, а производит электрическую энергию. Современные генераторы различаются по конструкции на два типа: компактные и традиционные. Несмотря на общие компоненты, различия касаются компоновки корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Кроме того, современные устройства работают на трехфазной системе.
В состав генератора входят следующие ключевые элементы:
- Привод со шкивом, подшипниками и валом;
- Ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
- Статор с сердечником и обмоткой;
- Корпус, который состоит из двух крышек;
- Регулятор напряжения;
- Выпрямительный блок или диодный мост;
- Щеточный узел.
Теперь детально рассмотрим каждый из этих компонентов.
Корпус
Корпус генератора включает в себя все основные компоненты, которые обеспечивают его работоспособность. Он состоит из двух частей: передней и задней крышек, которые соединяются между собой с помощью болтов. Крышки изготовлены из легких алюминиевых сплавов, что обеспечивает их намагниченность и хорошую теплоотводящую способность. В каждой из крышек находятся вентиляционные отверстия и фланцы для крепления.
Внутри задней крышки намонтирован диодный мост и щеткодержатель с установленными щетками. Кроме этого, в задней крышке есть выводной контакт, через который ток подается от генератора для питания системы.
Привод
Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора, что приводит к вращению ротора. Частота вращения шкива в 2-3 раза выше, чем у коленвала. Крутящий момент от двигателя передается через ременную передачу, которая может включать как поликлиновые, так и клиновые ремни — выбор зависит от конструкции автомобиля. Поликлиновый ремень считается более современным и универсальным.
Ротор
На валу ротора располагается обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и функционирует как обычный электромагнит. Обмотка находится между двумя полюсными половинками, которые необходимы для формирования и направления магнитного поля. Каждая половинка имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора установлены два медных контактных кольца, а иногда они изготавливаются из латуни или стали. Ток поступает к обмотке возбуждения через эти кольца от аккумулятора. Кольца соединяются с обмоткой посредством припойки.
На передней части вала ротора находится приводной шкив, а на задней — крыльчатка вентилятора, необходимых для охлаждения внутренних деталей генератора. На обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.
Статор
Статор, в свою очередь, представляет собой кольцевую конструкцию, которая служит для генерации переменного тока под воздействием магнитного поля ротора. Он состоит из обмотки и сердечника, который формируется из соединённых стальных пластин с 36 пазами, куда укладываются три обмотки для создания трехфазного соединения. Обмотки могут соединяться по двум схемам: «звезда» и «треугольник». Схема «звезда» предполагает, что все концы обмоток соединяются в одной точке, тогда как при схеме «треугольник» концы обмоток выводятся по отдельности.
Входное напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от стандартных 12В. После активации всех потребителей тока, оно должно находиться в пределах 13,5В – 14В. Если значение ниже 13В, это может свидетельствовать о неисправности устройства генератора.
Как работает генератор
Когда запускается двигатель, АКБ подает напряжение на щетки генератора. При помощи щеток ток проходит через медные кольца и затем на обмотку ротора. После старта мотора генератор начинает вращаться, внутри статора формируется магнитное поле, что приводит к выработке тока. Позже обмотка возбуждения продолжает получать питание уже от самого генератора.
Ток, протекающий через диодный мост, преобразуется в постоянный, обеспечивая тем самым питание бортовой сети. При увеличении оборотов коленчатого вала регулятор напряжения вносит изменения в напряжение на обмотке возбуждения, тем самым обеспечивая стабильную работу генератора и всех подключенных энергосистем.
Правила эксплуатации генератора (по Остеру)
В дальнейшем приведены вредные советы, соблюдение которых может вызвать поломку генератора и более серьезные проблемы с электрическим оборудованием авто:
- “Переполюсовка” – поменяв местами два провода на АКБ, вы не только увидите яркую вспышку, но и услышите звуки, такие как писк и шипение, а также впитаете запах горелой проводки. В результате такой “шалости” вы рискуете вывести из строя диодный мост с вероятностью 99.9%, статор – на 60%, регулятор – на 20%, а провода – на 10%; вероятность потери автомобиля в этом случае составляет всего 0.01%. Аналогичные риски присутствуют и при «прикуривании» от другого автомобиля, где возможны массовые повреждения всей электроники бортовой сети. Главный плюс данной методики – отсутствие необходимости в специальных знаниях, она отлично осваивается даже новичками;
- “Мойка” – старательно мойте двигатель, особое внимание уделяя генератору, обильно обрызгивая его струей воды. Однако не стоит просушивать генератор, а лучше сразу запустить мотор, и включить множество электрооборудований. Скоро вы станете владельцем сгоревшего, но идеального чистого генератора;
- Метод “дедовский” – это старый, но такой же опасный способ, как отключение плюсовой клеммы с АКБ на работающем моторе. Это может увеличить риск сгорания релюшек и предохранителей на 70%, также вполне реально вывести из строя генератор или какой-то энергопотребитель. Стоит отметить, что на старых моделях этот метод не столь эффективен, но при должном усилии и настойчивости можно достичь результата;
- Метод “лужа” – этот широкоизвестный способ включает в себя элегантное проезжание по луже на высокой скорости. Многие уверены, что их автомобили совершенно не пропускают воду, особенно при отсутствии защитных кожухов, и могут испытать мощный поток. Плюсом данного метода является возможность выполнить его не покидая машину;
- “Меломан” – начинающим любителям музыки следует установить по несколько головных устройств и до десяти динамиков, и тестировать музыку на максимальной громкости. Если генератор не сгорит, значит пора добавить еще больше динамиков;
- “Аккумулятор” – этот метод заключается в повседневном использовании АКБ в течение 10-12 лет до полной деградации. Это значительно увеличивает шансы замыкания в банке и, соответственно, выведением генератора из строя.
