Генераторы

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор - основной источник электроэнергии. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.

Основные требования к автомобильным генераторам:

1. Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:

одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АКБ;

при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах двигателя не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;

напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.

2. Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радио-помех.

Основные понятия.

Отечественные разработчики и производители электрооборудования используют следующие понятия.

Система электроснабжения автомобиля - предназначена для бесперебойного питания электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Состоит из генераторной установки, аккумулятора и устройств, обеспечивающих контроль работоспособности и защиту системы от перегрузок.

Генератор - устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую.

Регулятор напряжения - устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды.

Аккумуляторная стартерная батарея (аккумулятор) - накапливает и хранит электроэнергию для запуска двигателя и питания электроприборов в течение непродолжительного времени (при неработающем двигателе или недостаточной мощности, развиваемой генератором).

Принцип действия генератора.

Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции - возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита - ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется в постоянное полупроводниковым выпрямителем.

Подробнее об этом

Устройство генератора.

На современных автомобилях применяют в основном трехфазные синхронные генераторы переменного тока с электромагнитным возбуждением и контактными кольцами.
Основными частями генератора являются:

статор - пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора;

ротор - стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками кпювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными кольцами;

крышки - передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования;

щеточный узел - съемная пластмассовая конструкция. В ней установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора. В отечественных генераторах применяются медно-графитные щетки типа М1 размером 5х8х18 мм (генераторы Г222, 37.3701) или 6х6,5х13 мм (генераторы 16.3701, 58.3701);

подшипники - как правило, радиальные шариковые со встроенными уплотнениями и заводской закладкой смазки на заданный срок службы генератора;

выпрямитель - объединяет шесть мощных диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы. В схемах с самовозбуждением на положительном теплоотводе установлены три дополнительных маломощных (на 2 А) диода в пластмассовом цилиндрическом корпусе;

вентилятор - обеспечивает охлаждение узлов генератора. Располагается на приводном шкиве генератора или отдельно от него. В современных компактных конструкциях генераторов внутри находятся два вентилятора (у передней и задней крышек), обеспечивающих низкий уровень шума, более эффективное охлаждение и высокий к.п.д.

Подробнее об этом

Характеристики генераторных установок:

Способность генераторной установки обеспечивать потребителей электроэнергией на различных режимах работы двигателя определяется его токоскоростной характеристикой (ТСХ) - зависимостью наибольшей силы тока, отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах. На рис. 1 представлена токоскоростная характеристика генератора.

Рис. 1. Токоскоростная характеристика генераторных установок.
На графике имеются следующие характерные точки:
n₀ - начальная частота вращения ротора без нагрузки, при которой генератор начинает отдавать ток;
I_хд - ток отдачи генератора при частоте вращения, соответствующей минимальным устойчивым оборотам холостого хода двигателя. На современных генератоpax ток, отдаваемый в этом режиме, составляет 40-50% от номинального;
I_dm - максимальный (номинальный) ток отдачи при частоте вращения ротора 5000 мин"' (6000 мин'' для современных генераторов).

Различают ТСХ, определенные:

при самовозбуждении (цепь обмотки возбуждения питается от собственного генератора);

при независимом возбуждении (цепь обмотки возбуждения питается от постороннего источника);

для генераторной установки (регулятор напряжения включен в схему);

для генератора (регулятор напряжения отключен);

в холодном состоянии (под холодным понимают такое состояние, при котором температура узлов генератора практически равна температуре окружающего воздуха (25 ±10) °С, поскольку при экспериментальном определении ТСХ генератор нагревается, время эксперимента должно быть минимальным, т. е. не более 1 мин, а повторный эксперимент должен производиться после того, как температура узлов вновь станет равной температуре окружающего воздуха);

в нагретом состоянии.

В технической документации на генераторы часто указывается не вся ТСХ,
а лишь ее отдельные характерные точки (см. рис. 1).

К таким точкам относятся:

начальная частота вращения при холостом ходе n₀. Она соответствует заданному напряжению генератора без нагрузки;

наибольшая сила тока, отдаваемого генератором I_dm. (Автомобильные вентильные генераторы обладают самоограничением, т. е. достигнув силы I_dm значение которой близко к значению силы тока короткого замыкания, генератор при дальнейшем увеличении частоты вращения не может отдать потребителям тока большего значения. Ток I_dm умноженный на номинальное напряжение, определяет номинальную мощность автомобильных генераторов);

частота вращения n_pн и сила тока I_dн в расчетном режиме. (Точка расчетного режима определяется в месте касания ТСХ касательной, проведенной из начала координат. Приблизительно расчетное значение силы тока может быть определено как 0,67 I_dm Расчетному режиму соответствуют максимальный механический момент генератора и в области этого режима наблюдается наибольший нагрев узлов, так как с ростом частоты вращения растет ток генератора и, следовательно, нагрев его узлов, но одновременно возрастает и интенсивность охлаждения генератора вентилятором, расположенным на его валу. При больших частотах вращения над ростом интенсивности нагрева преобладает рост интенсивности охлаждения и нагрев узлов генератора уменьшается.);

частота вращения n_хд и сила тока I_хд в режиме, соответствующем холостому ходу двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В этом режиме генератор должен отдавать силу тока, необходимую для питания ряда важнейших потребителей, прежде всего зажигания в карбюраторных ДВС.

Как определить параметры своего генератора:

Для отечественных генераторов: На новые модели отечественных двигателей (ВАЗ-2111, 2112, ЗМЗ-406 и др.):
устанавливаются генераторы компактной конструкции (94.3701 и др.). Безщеточные (индукторные) генераторы (955.3701 для ВАЗов, Г700А для УАЗов) отличаются от традиционной конструкции тем, что у них на роторе расположены постоянные магниты, а обмотки возбуждения - на статоре (смешанное возбуждение). Это позволило обойтись без щеточного узла (уязвимая часть генератора) и контактных колец. Однако эти генераторы имеют несколько большую массу и более высокий уровень шума.

На щитке генератора обычно указываются его основные параметры:

номинальное напряжение 14 или 28 В (в зависимости от номинального напряжения системы электрооборудования);

номинальный ток, за который принимается максимальный ток отдачи генератора.

Тип, марка генератора

Подробнее об этом

Электрические схемы генераторных установок:

Рис. 2. Схемы генераторных установок.
1 - генератор;
2 - обмотка статора генератора;
3 - обмотка возбуждения генератора;
4 - силовой выпрямитель;
5 - регулятор напряжения;
6,8 - резисторы в системе контроля работоспособности генератора;
7 - дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения;
9 - лампа контроля работоспособности генератора;
10 - замок зажигания;
11 - конденсатор;
12 - аккумуляторная батарея

От электрической схемы генераторной установки зависит вариант подключения обмотки возбуждения к бортовой сети автомобиля и отклонение уровня напряжения при работе. Соединение генератора с регулятором напряжения и элементами контроля работоспособности генератора выполняются, в основном, по схемам, приведенным на рис.2. Обозначения выводов на схемах 1,2 соответствует принятому фирмой BOSCH, а 3 - NIPPON DENSO. Однако другие фирмы могут применять отличные от этих обозначения.

Схема 1 применяется наиболее широко особенно на автомобилях европейского производства Volvo, Audi, Mercedes, Opel, BMW и др. В зависимости от типа генератора, его мощности, фирмы изготовителя и особенно от времени начала его выпуска, силовой выпрямитель может не содержать дополнительного плеча выпрямителя, соединенного с нулевой точкой обмотки статора, т.е. иметь не 8, а 6 диодов, собираться на силовых стабилитронах как показано на схеме 3.

Подробнее об этом

Привод генераторов.

Привод генераторов осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива генератора (отношение диаметров называют передаточным отношением), тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток.
Привод клиновым ремнем не применяется для передаточных отношений больше 1,7-3. Прежде всего это связано с тем, что при малых диаметpax шкивов клиновой ремень усиленно изнашивается.
На современных моделях, как правило, привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра и, следовательно, получать более высокие передаточные отношения, то есть использовать высокооборотные генераторы. Натяжение поликлинового ремня осуществляется, как правило, натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Крепление генераторов.

Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы и натяжная проушина генератора находятся на крышках. Если крепление осуществляется двумя лапами, то они расположены на обеих крышках, если лапа одна - она находится на передней крышке. В отверстии задней лапы (если крепежные лапы - две) обычно имеется дистанционная втулка, устраняющая зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лапы.

Регуляторы напряжения.

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Все регуляторы напряжения имеют измерительные элементы, являющиеся датчиками напряжения, и исполнительные элементы, осуществляющие его регулирование.

В вибрационных регуляторах измерительным и исполнительным элементом является электромагнитное реле. У контактно-транзисторных регуляторов электромагнитное реле находится в измерительной части, а электронные элементы - в исполнительной части. Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью вытеснены электронными.

Полупроводниковые бесконтактные электронные регуляторы, как правило, встроены в генератор и объединены со щеточным узлом. Они изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения обмотки ротора в питающую сеть. Эти регуляторы не подвержены разрегулировке и не требуют никакого обслуживания, кроме контроля надежности контактов.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации - изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С. Некоторые модели выносных регуляторов (2702.3702, РР-132А, 1902.3702 и 131.3702) имеют ступенчатые ручные переключатели уровня напряжения (зима/лето).

Подробнее об этом

Работа генераторной установки на разных режимах:

При пуске двигателя основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения на выводах аккумулятора. В этом режиме потребители электроэнергии питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается. Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения. Он обеспечивает требуемый ток для заряда аккумулятора и работы электроприборов. После подзарядки аккумулятора разность его напряжения и генератора становится небольшой, что приводит к снижению зарядного тока. Источником электропитания по-прежнему является генератор, а аккумулятор сглаживает пульсации напряжения генератора.

При включении мощных потребителей электроэнергии (например, обогревателя заднего стекла, фар, вентилятора отопителя и т.п.) и небольшой частоте вращения ротора (малые обороты двигателя) суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае нагрузка ляжет на аккумулятор, и он начнет разряжаться, что можно контролировать по показаниям дополнительного индикатора напряжения или вольтметра.

Замена генератора отечественным аналогом. Рекомендации.

Замена одного типа генератора на автомобиле другим всегда возможна, если соблюдаются четыре условия:

генераторы имеют одинаковые токоскоростные характеристики или по энергетическим показателям характеристики заменяющего генератора не хуже, чем у заменяемого;

передаточное число от двигателя к генератору одинаково;

габаритные и присоединительные размеры заменяющего генератора позволяют установить его на двигатель. Следует иметь в виду, что большинство генераторов зарубежных легковых автомобилей имеют однолапное крепление, в то время как отечественные генераторы крепятся на двигателе за две лапы, поэтому замена зарубежного генератора отечественным скорее всего потребует замены кронштейна крепления генератора на двигателе;

схемы заменяемой и заменяющей генераторной установки идентичны.

Подробнее об этом

Общие рекомендации.

При установке аккумуляторной батареи на автомобиль убедитесь в правильной полярности подключения. Ошибка приведет к немедленному выходу из строя выпрямителя генератора, может возникнуть пожар. Такие же последствия возможны при запуске двигателя от внешнего источника тока (прикуривании) при неправильной полярности подключения. При эксплуатации автомобиля необходимо:

следить за состоянием электропроводки, особенно за чистотой и надежностью соединения контактов проводов, подходящих к генератору, регулятору напряжения. При плохих контактах бортовое напряжение может выйти за допустимые пределы;

отсоединить все провода от генератора и от аккумулятора при электросварке кузовных деталей автомобиля;

следить за правильным натяжением ремня генератора. Слабо натянутый ремень не обеспечивает эффективную работу генератора, натянутый слишком сильно приводит к разрушению его подшипников;

немедленно выяснить причину загорания контрольной лампы генератора.

Недопустимо производить следующие действия:

оставлять автомобиль с подключенным аккумулятором при подозрении на неисправность выпрямителя генератора. Это может привести к полному разряду аккумулятора и даже к возгоранию электропроводки;

проверять работоспособность генератора замыканием его выводов на "массу" и между собой;

проверять исправность генератора путем отключения аккумуляторной батареи при работающем двигателе из-за возможности выхода из строя регулятора напряжения, электронных элементов систем впрыска, зажигания, бортового компьютера и т. д.;

допускать попадание на генератор электролита, "Тосола"и т. д.

[На главную страницу][Раздел "ИНФО"]