Как работает генератор автомобиля?

Устройство и принцип работы

Генератором называется электромашина, которая занимается преобразованием механической энергии в токовую электроэнергию. В большинстве случаев используется для этого вращательный тип магнитного поля. Состоит аппарат из реле, вращающегося индуктора, контактных колец, терминала, скользящей щетки, диодного моста, диодов, токосъемного кольца, статора, ротора, подшипников, роторного вала, шкива, крыльчатки и передней крышки. Нередко в конструкцию входит виток с электромагнитом, который осуществляет выработку энергии.

Важно отметить, что генератор бывает переменного и постоянного тока. В первом случае не образовываются вихревые токи, работать аппарат может при экстремальных условиях и обладает пониженным весом. Во втором случае генератор не нуждается в повышенном внимании и имеет большее количество ресурсов

Во втором случае генератор не нуждается в повышенном внимании и имеет большее количество ресурсов.

Бывает генератор переменного тока синхронным и асинхронным. Первый это агрегат, который работает как генератор, где количество совершаемых вращений статора равно ротору. Ротор формирует магнитное поле и создает в статоре ЭДС.

Обратите внимание! В результате создается постоянный электрический магнит. Из преимуществ отмечают высокую стабильность создаваемого напряжения, из недостатков — токовую перегрузку, поскольку при завышенной нагрузке, регулятор повышает ток в роторной обмотке

Асинхронный аппарат состоит из короткозамкнутого ротора и точно такого же статора, как и предыдущей модели. В момент вращения ротора асинхронный генератор индуцирует электроток и магнитное поле создает синусоидальное напряжения. Поскольку он не имеет связи с ротором, то возможности в том, чтобы искусственно регулировать напряжение и ток, нет. Эти параметры изменяются под электрической нагрузкой на стартерной обмотки.

Принцип действия

Любой генератор действует по электромагнитному индуктивному закону, благодаря наводке электротока в замкнутой рамке пересечением вращающегося магнитного поля, создаваемое с помощью постоянных магнитов или обмоток. Электродвижущая сила попадает в замкнутый контур из коллектора и щеточного узла вместе с магнитным потоком, вращается ротор и вырабатывает напряжение. Благодаря подпружиненным щеткам, которые прижимаются к пластинчатым коллекторам, передается электроток к выходным клеммам. Далее он идет в сеть пользователя и распространяется по электрооборудованию.

Отличие от синхронного генератора

Синхронный бензиновый генератор не перегружается из-за переходных режимов, которые связаны с пуском под нагрузкой из потребителей подобной мощности. Он является источником реактивной мощности, в то время как асинхронный ее потребляет. Первый не боится перегрузок при поставленном режиме благодаря системе авторегулирования через связь, которая обратна току с напряжением в проводе. Второй имеет нерегулируемую искусственно силу сцепления электромагнитного роторного поля.

Обратите внимание! Важно понимать, что асинхронная разновидность более популярна благодаря простой конструкции, неприхотливости, отсутствию надобности в техническом квалифицированном обслуживании и сравнительной дешевизне. Он ставится тогда, когда: нет высоких требований к частоте с напряжением; предполагается работать агрегату в запыленном месте; нет возможности переплачивать за другую разновидность

Выбор генератора для легкового авто

За счет разного диаметра шкивов клиноременной передачи генератору придается большая угловая скорость в сравнении с оборотами коленвала. Частота вращения ротора достигает 12 – 14 тысяч оборотов ежеминутно. Поэтому ресурс генератора минимум вдвое меньше, чем у ДВС авто.

Генератором машина комплектуется на заводе, поэтому при замене подбирается модификация с аналогичными характеристиками и крепежными отверстиями. Однако при тюнинге авто мощность генератора может не устроить владельца. Например, после увеличения количества потребителей (подогрев сидений, зеркал, стекол), установки сабвуфера, аудиосистемы с усилителем требуется именно выбор нового, более мощного генератора или монтаж второго электроприбора в комплекте с дополнительным аккумулятором.

В первом случае следует выбрать мощность, достаточную для подзарядки аккумулятора с 15% запасом. При установке второго генератора начальный и эксплуатационный бюджет резко увеличиваются:

• для дополнительного генератора придется установить дополнительный шкив на коленвал;
• найти место для крепления корпуса электроприбора таким образом, чтобы его шкив размещался в одной плоскости со шкивом коленвала;
• обслуживать и менять расходники сразу двух «мобильных электростанций».

С возникновением бесщеточных моделей генератора некоторые владельцы производят замену штатного прибора этим девайсом.

Бесщеточные модификации

Основным достоинством бесщеточного генератора является сверхдолгий эксплуатационный ресурс. Несмотря на сложную конструкцию и цену, ломаться здесь в принципе нечему, а окупаемость, все равно, выше за счет отсутствия расходников щетки/коллекторные кольца.

Компактные размеры и отсутствие коротких замыканий при попадании воды на залитые лаком или композитным составом обмотки позволяет монтировать его практически на любые транспортные средства.

Генераторы постоянного тока исчезли с легкового транспорта в 70-е годы прошлого столетья, так как имели сложную схему и более крупные размеры.

Таким образом, работа автомобильного генератора обеспечивает электроэнергией всех потребителей, подзаряжает АКБ и создает искру в камерах сгорания. Своевременное обслуживание и диагностика позволяет сократить эксплуатационные расходы и повысить ресурс электрического устройства.

Самая основная функция генератора – зарядка батареи аккумулятора и питание электрического оборудования двигателя.

Поэтому рассмотрим более подробнее схему генератора, как правильно его подключить, а также дадим несколько советов как проверить его своими руками.

Генератор – механизм, который превращает механическую энергию в электрическую. Генератор имеет вал, на который насажен шкив, через который и получает вращения от коленчатого вала двигателя.

Изображение схемы генератора.

Автомобильный генератор используют для питания электропотребителей, таких как: система зажигания, бортовой компьютер, автомобильная светотехника, система диагностики, а также есть возможность заряжать автомобильный аккумулятор. Мощность генератора легкового автомобиля составляет приблизительно 1 кВт. Автомобильные генераторы достаточно надежные в работе, потому что обеспечивают бесперебойную работу множеству приборов в автомобиле, а поэтому и требования к ним соответствующие.

Конструкция

Стоит подробнее рассмотреть, из чего состоит генератор, встроенный в автомобиль

Далее представлены основные детали конструкции столь важного в машине устройства

Статор

Статор генератора — это деталь, изготовленная из стали, толщина которой не превышает 10-11 мм. Добиваясь экономии металла, разработчики современного генератора изготовили данную деталь из отдельных элементов и придали ей форму подковы. Все листы конструкции скреплены между собой сварочным или заклепочным методами. В статоре более 30 пазов, предусмотренных для крепления обмотки. Изоляция статора обеспечивается специальным покрытием из эпоксидного компаунда или пленки.

Ротор

Система полюсов ротора отличается от системы в стандартных агрегатах. В ней две половины, каждый из которых имеет отдельный выступ, по форме напоминающий клюв. На каждом выступе — по шесть полюсов, напрессованных на вал.

Втулка устанавливается между полюсами, а обмотка закрепляется на ней. Вращающийся вал ротора изготавливают из стали низкой твердости, но это не мешает ему быть прочным и эффективно справляться с поставленной задачей. На конце вала резьба, а также шпоночный паз, фиксирующий шкив.

Узел выпрямления

Главным отличительным элементом современных автогенераторов переменного тока является узел выпрямления. Существует два типа используемых узлов:

1. Пластины, отводящие тепло. В них установлены силовые диоды, выпрямляющие ток.
2. Элементы со специальными ребрами для охлаждения. На них также установлены диоды, но они таблеточные.

Дополнительно к классификации можно отнести вспомогательный выпрямитель. В нем диоды содержатся в пластиковом корпусе, имеющем цилиндрическую форму. К схеме такой корпус подключают специальными шинами.

Регулятор напряжения

Данная деталь способствует поддержке необходимого напряжения внутри автогенератора. Благодаря этому достигается нормальная работа электрических систем, датчиков и других элементов, находящихся в системе транспортного средства.

Основа регуляторов напряжения — полупроводниковый элемент. Конструктивное исполнение подобных деталей может быть различным, но у всех одинаковая задача и один и тот же принцип действия.

Главное свойство регулятора — термокомпенсация. Оно представляет собой способность элемента менять показатель напряжения, поднимая или опуская его, если в процессе работы генератора были обнаружены изменения температуры за пределами рабочего пространства. Подобные махинации позволяют улучшить зарядку аккумулятора и снизить потребление ресурса.

Какой ток выдает генератор автомобиля?

На генераторах имеется заводская маркировочная табличка, указывающая предельный ток, который может выдать устройство. Для замера реального тока используется мультиметр и специальные клещи, надеваемые на проводку генератора. Клещи позволяют с высокой точностью определить силу тока в проводнике без разрушения изоляционного слоя.

После установки измерителя двигатель запускается и выводится на высокие обороты, обеспечивающие максимальную отдачу генератора. Затем требуется включать потребители и отслеживать изменение тока в проводке. Эти же потребители включаются одновременно, при этом отмечается изменение параметров тока в цепи. Результат не может быть меньше суммы, полученной при раздельном подключении устройств.

Замер тока, необходимого для работы обмоток самовозбуждения, производится на проводе, идущем к этим обмоткам. Измерение ведется при высоких оборотах коленчатого вала. Нормой считается ток в пределах 3-7 А.

Неисправности генератора

1. Генератор генерирует ток с очень низким напряжением.
2. Генератор перестал вырабатывать электрический ток.
3. Лампа приборной панели сигнализирует о поломке генератора.
4. Генератор генерирует ток выше оптимальной нормы.
5. Возникли посторонние шумы при работе генератора.

Прежде чем приступить к ремонту генератора проверьте состояние приводного ремня генератора на износ, натяжку ремня (проверка проводится нажатием на него, ремень не должен прогибаться больше чем на 2мм). Если ремень не сильно изношен, натяжку можно исправить, немножко его подтянув. Проверьте натяжной ролик генератора, он должен легко прокручиваться и не издавать лишних звуков (если ролик плохо прокручивается и издает лишние звуки, следует его заменить). Затем следует снять и разобрать генератор для проверки технического состояния генератора.

Диагностика генератора

В дальнейшем, вам пригодятся следующие измерительные приборы для проверки технического состояния генератора:

• амперметр;
• вольтметр;
• реостат.

Многое нам может сказать частота вращения ротора генератора, которую мы можем проверить по тахометру на панели приборов. Нормальные показатели тахометра при рабочем генераторе должны находиться в пределах от 2000 до 5000 об/мин.

Причины неисправности и ремонта генератора, возможные причины поломки генератора:

Если при проверке вы обнаружили, что генератор не вырабатывает заряд, этому могут быть следующие причины:

1. Перегорели контакты или предохранитель.
2. Поломка или износ щеток генератора.
3. Неисправность реле регулятора.
4. Обрыв в статорной или роторной цепи, вследствие замыкания в обмотке.

Устранение выше перечисленных неисправностей генератора решается заменой изношенных деталей.

Как снять и разобрать генератор. Разборка генератора своими руками.

1. Снять щеткодержатель с регулятором напряжения, предварительно открутив все крепления.
2. Снять натяжные болты и крышку со статором.
3. Отсоединить фазные обмотки от выводных проводов блока выпрямления, после чего снять крышку со статора.
4. Снять шкив с вала генератора и переднюю крышку с помощью съемника.

Ремонт генератора

В случае замыкания обмотки генератора или обрыва обмотки необходимо заменить провода новыми. Обычно обмотка обрывается в непосредственной близости с контактными кольцами

Обратите внимание на концы обмотки, не произошла ли распайка. Чтобы устранить эту неисправность достаточно отмотать виток в области разрыва назад с обмотки ротора

Снимите отломанный конец обмотки с контактного кольца и припаяйте отмотанный провод.

Если вы обнаружили, что генератор генерирует слабый или чрезмерно сильный заряд, это является признаком неисправности реле генератора. Устранить поломку можно путем замены реле генератора. Если генератор исправен, а лампочка мигает, это свидетельствует о поломке диода питания лампочки в индикаторе. Такая поломка устраняется заменой диода в генераторе.

Посторонние шумы при работе генератора указывают на износ подшипника ротора. Следует разобрать генератор, снять подшипник, осмотреть на дефекты. Если подшипник генератора изношен, замените его.

Для сборки генератора следует провести все действия в обратной последовательности. Ремонт генератора можно выполнить своими руками, в своем гараже, главное соблюдайте технику безопасности, аккуратнее с электроприборами, внимательно запоминайте последовательность разборки генератора, для того, чтобы долго не сидеть над его сборкой.

Устройство генератора ВАЗ 2101, ВАЗ 2102, ВАЗ 2104, ВАЗ 2105, ВАЗ 2106, ВАЗ 2107, ВАЗ 2108, ВАЗ 2109, ВАЗ 2110

1– «отрицательная» щетка; 2 – щеткодержатель; 3 – «положительная» щетка; 4 – колодка штекера нулевого провода; 5 – изолирующие втулки контактного болта; 6 – выпрямительный блок; 7 – контактный болт; 8 – статор; 9 – ротор; 10 – внутренняя шайба крепления подшипника; 11 – крышка со стороны привода; 12 – вентилятор в сборе со шкивом; 13 – наружная шайба крепления подшипника; 14 – передний подшипник ротора; 15 – дистанционное кольцо; 16 – стяжной болт; 17 – поджимная втулка; 18 – крышка со стороны контактных колец; 19 – буферная втулка; 20 – втулка

Неисправности автогенераторов и способы их устранения

Работа регулятора на нагрузочных режимах

В экс­плуатации дизеля со всережимным регулятором скоростной ре­жим устанавливается водителем путем воздействия через пе­даль акселератора на рычаг управления 14. На рабочих режимах пружина пусковой подачи 8 и пружина 19 холостого хода не ра­ботают, и работа регулятора определяется предварительной деформацией рабочей пружины 17. При повороте рычага управ­ления до упора в регулировочный винт холостого хода максимального режима 20 (рисунки в, г) в сторону увеличения скорост­ного режима и соответствующем растяжении рабочей пружины ее усилие передается на силовой рычаг 4 и затем через рычаг 6 на муфту регулятора 12, заставляя грузы 1 сходиться. Система рычагов при этом поворачивается относительно оси М2 против часовой стрелки на рисунке, перемещая дозирующую муфту 9 в сторону увеличения подачи до режимов внешней скоростной ха­рактеристики. Частота вращения коленчатого вала дизеля и со­ответственно грузов регулятора при этом увеличивается, цен­тробежная сила грузов и сопротивление последней усилию рабо­чей пружины также увеличиваются, и в какой-то момент наступа­ет равновесие сил и равновесие положения всех элементов ре­гулятора

При отсутствии изменения нагрузки двигатель работа­ет на установившемся режиме при постоянной частоте вращения (не принимая во внимание естественную для ДВС нестабиль­ность вращения)

Если на этом режиме имеет место изменение нагрузки, то в работу вступает автоматический регулятор в соответствии со схемами, показанными на рисунках в, г. При уменьшении нагруз­ки частота вращения увеличивается, грузы регулятора расходят­ся и, преодолевая сопротивление рабочей пружины, перемеща­ют муфту регулятора вправо. Система рычагов при этом поворачивается относительно оси М2 по часовой стрелке, перемещая дозирующую муфту влево, в сторону уменьшения подачи.

На рисунке г показана работа регулятора при положении рычага управления на упоре регулировочного винта холостого хода максимального режима 20 и при увеличении нагрузки. В этом случае частота вращения вала дизеля уменьшается, грузы регулятора сходятся, центробежная сила грузов уменьшается, и под действием усилия рабочей пружины, муфта регулятора пе­ремещается влево, а система рычагов 4 и 6 перемещает дози­рующую муфту вправо, в сторону увеличения подачи.

Как устроен электрогенератор?

Основная деталь аппарата – корпус, состоящий из двух крышек и выполненный из алюминиевого сплава, обеспечивающего эффективный отвод излишков теплоты. На корпусе предусматривается крепежный фланец либо прилив со сквозным отверстием под длинный болт (в зависимости от марки автомобиля). В целом устройство агрегата выглядит так:

1. Передняя и задняя крышки корпуса стянуты между собой винтами, изнутри к ним крепится неподвижная обмотка статора.
2. На торцах крышек сделаны отверстия, куда запрессовываются подшипники вала ротора. Также по бокам предусмотрены вентиляционные проемы, служащие для охлаждения внутренностей генератора.
3. Ротор, вращающийся внутри корпуса на подшипниках, представляет собой вал со второй обмоткой и двумя металлическими втулками, имеющими клиновидные вырезы. Со стороны передней крышки к валу гайкой прикручен приводной шкив.
4. Снаружи задней крышки расположены медные контактные кольца и графитовые щетки, вставленные в специальные гнезда – щеткодержатели. Рядом на пластине в виде подковы собрана выпрямительная схема на диодах (иначе – диодный мост).
5. Элементы передачи тока от ротора (щетки, кольца) и диодная схема закрыты снаружи защитным кожухом с многочисленными отверстиями для охлаждения. На заднем конце вала (под кожухом) закреплена крыльчатка, прогоняющая воздух сквозь корпус агрегата.

Устройство генератора электрического тока мало изменилось с момента его изобретения. Данный агрегат, предназначенный для преобразования энергии вращения в электричество, отличается совершенной конструкцией и высокой эффективностью. КПД аппарата составляет 98–99%.

Поскольку токоведущие скользящие контакты (щетки) являются слабым звеном конструкции и быстро истираются, в более современных генераторах реализован безщеточный способ передачи тока. В процессе задействована установленная на валу звездочка и дополнительная обмотка, прикрепленная изнутри к торцу задней крышки.

Невзирая на кажущуюся сложность конструкции автомобильного электрогенератора, разобрать его довольно просто. Чтобы вытащить ротор, достаточно открутить кожух и винты, стягивающие 2 крышки, предварительно сняв приводной шкив.

Генераторы постоянного тока

Конструкция генераторов постоянного тока позволяет использовать их в роли электродвигателей. Для этого требуется подать электрическое питание на якорь. Электрические машины постоянного тока могут быть следующих типов:

• с обмоткой самовозбуждения, подключаемой к аккумулятору;
• независимого типа с шунтовой схемой (параллельное возбуждение);
• независимой схемы последовательного подключения, под параллельным и последовательным подключением понимается схема соединения обмоток якоря и статора.

Особенностью большинства автомобильных генераторов постоянного тока является использование положительного полюса в качестве “массы”. Генераторы постоянного тока обладают рядом недостатков:

• малая мощность;
• низкий КПД;
• необходимо регулярное обслуживание;
• недостаточный ресурс.

Все эти недостатки привели к тому, что электрические машины постоянного тока уступили место под капотами авто более совершенным установкам переменного напряжения. Машины постоянного тока дольше всего продержались на железнодорожном транспорте, но и там их вытеснили трехфазные устройства переменного тока.

Устройство

Генератор постоянного тока базируется на основе массивного корпуса 18, выполняющего роль статора. Внутри установлены полюсные обмотки 9. Пазы, предназначенные для размещения обмотки, имеют смещение относительно оси генератора по винтовой линии.

За счет этого обеспечивается равномерность магнитного потока и снижается шум при работе. Обмотка статора выведена к клемме 6, промаркированной Ш, и к корпусу генератора. Между обмоток расположен вращающийся якорь 19, оснащенный коллекторной токосъемной частью 4.

Якорь имеет вал 10, который опирается на два шариковых подшипника 2. Подшипники установлены в передней и задней крышке – 16 и 1 соответственно. Для подачи смазки в подшипники предусмотрены масленки 5.

От вытекания смазки и попадания пыли применены сальники 3, выполненные из фетра. Задняя крышка имеет точки крепления щеткодержателей 12, оснащенных графитовыми щетками 11. Для обеспечения прилегания щеток к коллектору использованы пружины 13.

Пример конструкции автомобильного генератора постоянного токаРазличаются положительные и отрицательные щетки. Положительная деталь располагается в щеткодержателе без изолятора и подключена к корпусу генератора. Отрицательная щетка изолирована от остальных деталей и имеет вывод на клемму 7 (промаркированную буквой Я). Доступ к щеткам для осмотра и профилактики возможен через смотровое окно, закрытое при эксплуатации устройства крышкой 20. Существуют модели генераторов, оснащенные двумя парами щеток и дополнительными обмотками статора. Щетки одинаковой полярности соединены между собой в единую цепь.

На передней части вала якоря установлен шкив 15, удерживающийся от проворачивания шпонкой. Шкив закреплен гайкой 14, которая на некоторых моделях генераторов фиксируется шплинтом. Для охлаждения внутреннего объема генератора применяется вентилятор, лопасти которого пролиты на приводном шкиве.

Электрическая схема

Ниже приведены три варианта схем генераторов, отличающихся типом возбуждения:

• независимый (а);
• параллельный (б);
• смешанный (в).

Типовые схемы генераторов постоянного токаУсловные обозначения:

• Я1 и Я2 – обмотки, установленные на якоре;
• Д1 и Д2 – дополнительные обмотки добавочных полюсов;
• Ш1 и Ш2 – шунтовая обмотка;
• С1 и С2 – последовательная обмотка возбуждения;
• RH – нагрузка.

Принцип работы

В основе принципа работы генератора автомобиля лежит процесс индуцирования электродвижущей силы во вращающихся обмотках якоря в результате воздействия магнитного поля статора. Снятие напряжения ведется с отдельных полуколец, что позволяет формировать выпрямленный ток без дополнительных устройств.

Простейший генератор с постоянными магнитами.

Крепление и привод

Генераторы переменного тока устанавливались на автомобилях через отдельный кронштейн или непосредственно на боковой части картера двигателя. На нижнеклапанных моторах устройство монтировалось на головке блока и использовалось для установки вентилятора системы охлаждения. При подобной схеме монтажа для привода используется ременная передача от шкива, установленного на коленчатом валу двигателя.

Опора генератора позволяет изменять угол установки, обеспечивая натяжение ремня. На крупногабаритных моторах генераторы могли иметь привод от распределительных шестерен механизма газораспределения.

Бензогенератор своими руками на 220 в — ищем экономию

Пользу от собственного бензогенератора искать нет надобности, она лежит на поверхности.

Владельцы гаражей, дачных участков, частных домов (при условии, что эти объекты имеют ненадежное энергообеспечение, или не электрифицированы вовсе) давно оценили преимущества резервного электропитания.

Даже если вы живете в коттеджном поселке с нормальным подводом электричества, возможны аварийные ситуации. Пропадание энергии на продолжительное время приведет к порче продуктов в холодильнике летом, и нарушениям в работе отопительного котла зимой.

Поэтому многие домовладельцы приобретают промышленные генераторы, стоимость которых не назовешь экономной. Еще одно направление для мобильных электростанций – туризм, экспедиции и выполнение работ с помощью электроинструмента в автономном режиме.

Этот полезный прибор не относится к слишком сложным устройствам, поэтому бензогенератор вполне можно собрать своими руками, в том числе и на 220 в.

Разумеется, главная причина такого решения – стремление экономить. Если вы будете приобретать компоненты для мобильной электростанции в магазине – затраты на детали превысят экономию на сборке.

Поэтому, рентабельным самодельный бензогенератор станет, лишь при наличии условно бесплатных компонентов.

Самыми дорогими запчастями являются: привод (бензиновый двигатель) и электромотор, который выступит в роли генератора. Именно их необходимо подобрать из имеющегося в запасниках «хлама».

Вопросы выбора, диагностики и замены реле-регуляторов напряжения

В реле-регуляторах могут возникать различные неисправности, которые в большинстве случаев проявляются отсутствием тока заряда АКБ и, напротив, чрезмерным током заряда АКБ. Простейшая проверка регулятора может быть проведена с помощью вольтметра — достаточно запустить двигатель и в течение 10-15 минут дать ему поработать с частотой 2500-3000 об/мин и со включенными фарами. Затем, не снижая оборотов и не выключая фар, измерить напряжение на клеммах АКБ — оно должно составлять 14,1-14,3 вольта (для 24-вольтовых в два раза выше). Если напряжение значительно ниже или выше, то это повод проверить генератор, и, если он в порядке — заменить регулятор.

На замену следует брать реле-регулятор того же типа и модели, что был установлен ранее

Особенно нужно обращать внимание на порядок подключения регулятора к бортовой сети (к каким клеммам генератора и других элементов), а также на напряжение питания и токи. Замену детали необходимо выполнять по инструкции, работ можно выполнять только при остановленном двигателе и снятой с АКБ клеммы. Если соблюдены все рекомендации, а регулятор подобран верно, то он сразу начнет работать, обеспечивая нормальное функционирование электросистемы

Если соблюдены все рекомендации, а регулятор подобран верно, то он сразу начнет работать, обеспечивая нормальное функционирование электросистемы.

Мощность автогенератора