Схема генератор аккумулятор 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

Схема соединения генератора

Время на чтение:

Генератор — прибор, работа которого нацелена на выработку электрической энергии и преобразования ее в другую. О том, как устроен генератор, как работает, какие требования предъявляются к автомобильному генератору, что делать при неисправном соединении системы и как подключить генератор к аккумулятору, рассказано далее.

Устройство генератора и принцип его работы

Генератор — прибор, призванный преобразовывать кинетическую энергию в ток благодаря вращающемуся магнитному полю. Бывает переменного и постоянного тока. Имеет внешнюю силовую раму, магнитный полюс, статор, вращающийся ротор, коммутационный узел и щетки. Дополняется манжетой, коллекторной и стяжной шпилькой, держателем обмоток, коллекторной пластиной, валом, ребристой втулкой, нижним конусом, фланцем и возбудительной обмоткой.

Конструкция

Обратите внимание! Работает благодаря принципу электромагнитной индукции в момент наводки электротока в замкнутой цепи и пересечения ее с помощью вращающегося магнитного поля постоянных магнитов. Чем быстрее вращается ротор, тем выше вырабатываемое напряжение.

Для создания замкнутого контура и отвода от него электротока необходим коллектор с щелочным узлом для постоянного контакта между рамкой и схемой. Благодаря подпружиненным конструктивным щеткам, которые прижимаются к коллекторным пластинам, передается электроток на выходные клеммы, а дальше он идет к потребителям.

Принцип работы генераторной установки

Какие требования к автомобильному генератору

Главным требованием пользователя к автомобильному генератору является одновременное снабжение электрической энергией потребителей и зарядка АКБ, включение штатных потребителей электрической энергии без сильного разряда аккумулятора и нахождение в электросети нагрузок с роторными частотными вращениями.

Бесперебойная подача электротока как основное требование

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения — аппарат, поддерживаемый показатель напряжения бортовой электросети в заданном пределе во всех режимах функционирования. Напряжение поддерживается им, если изменяется частота роторного генераторного вращения, электрическая нагрузка и температура воздуха. Он выполняет функцию защиты элементов генератора от аварии, автоматического включения в бортовую сеть цепи обмотки возбуждения с сигнализационной системой. Проверяется контрольной лампой.

Бывает регулятор напряжения совмещенный и отдельный. Первый вид имеет совмещенную конструкцию регулятора с щелочным узлом корпуса. Второй вид — отдельный узел корпуса машины, моторного отсека, куда подходят генераторные провода и тянутся.

Схема подключения к аккумулятору

Схем подключения генератора к аккумулятору три. Электрическая схема генератора — чертеж, состоящий из аккумулятора, генератора, блока предохранителя, ключ зажигания, приборной панели, выпрямительного блока и добавочного диода.

Принципиальная схема подключения генераторной установки — чертеж, состоящий из включателя зажигания, помехоподавляющего конденсатора, аккумуляторной батареи, индикаторной лампы, положительного диода силового выпрямителя, отрицательного диода силового выпрямителя, диода обмотки возбуждения, обмотки трех статорных фаз, обмотки роторного возбуждения, щеточного узла, регулятора напряжения.

Принципиальная электрическая схема генераторной установки

Схема генераторной установки с дополнительными диодами из статора, выпрямительного блока, диодов, батареи АКБ+, диодов обмотки возбуждения, токосъемных колец, ротора и вала ротора, регулятора напряжения, лампы на приборной панели, замка зажигания и батареи.

Схема генераторной установки с дополнительными диодами

Усовершенствованная схема подключения генератора к аккумулятору со стабилизацией напряжения включает в себя силовые и дополнительные диоды, теплоотвод, помимо включателя зажигания, помехоподавляющего конденсатора, аккумуляторной батареи, индикаторной лампы, силового выпрямителя, ротора, щелочного узла, регулятора напряжения, опорного регуляторного напряжения и питания обмотки напряжения.

Усовершенствованная схема стабилизации напряжения

Что делать, если генератор неисправен

Основной причиной неисправности генератора является износ с повреждением шкива, износом токосъемных щеток, повреждением токосъемных колес, износом регулятора напряжения, замыканием витков статорной обмотки, износом или разрушением подшипника, повреждением выпрямителя или диодного моста и повреждением проводника зарядной электроцепи.

Неисправности связаны с нарушением работы корпуса с подшипниками, прижимными пружинами, ременным проводом, выгоранием и износом щеток, межвитковыми замыканиями, пробоями, роторными биениями и неисправностями регуляторного реле.

Ремонт неисправного генератора самостоятельно рекомендуется производить только при наличии специального оборудования и познаний работы с установкой. Все, что может пользователь, это визуально оценить состояние оборудования и проверить его с помощью мультиметра или другого тестера, если поломки связаны с появлением короткого замыкания или обрыва электрической цепи.

Обратите внимание! В случае другой неисправности необходимо обратиться в профессиональный сервис, где давно занимаются демонтажем, разборкой агрегата и устранением существующих неисправностей. Только в таком случае можно быстро и качественно починить неисправный генератор.

В целом, генератор — электромеханическое оборудование, производящее или вырабатывающее электрическую, механическую, химическую и тепловую энергию, а затем преобразующее ее в другую. Имеет разную конструкцию и схему, по которой можно научиться подключать оборудование самостоятельно. В случае неисправности, требуется профессиональное обслуживание.

Источник статьи: http://rusenergetics.ru/oborudovanie/skhema-generatora