Автомобільний генератор: види, будова, принцип роботи та особливості приладу

Так як для роботи будь-якого двигуна внутрішнього згоряння потрібна електрична енергія, а можливості акумулятора не безмежні, і батареї вистачає тільки на запуск, то виробленням електрики займається автомобільний генератор. Крім того що це пристрій забезпечує всіх споживачів електроенергією, частина виробленого струму витрачається на заряд АКБ і самозбудження ротора. Давайте подивимося, як працює генератор і як він влаштований.

Призначення

Крім того що автомобільний генератор живить електрикою бортову мережу, він також необхідний для відновлення запасу електроенергії, яку акумуляторна батарея втратила під час запуску двигуна. Спочатку обмотка збуджується від постійного струму на АКБ. Далі генератор вже самостійно виробляє електрику. Обертання генератора передається від колінчастого вала через шків і ремінну передачу.


Без справно працюючого генератора автомобіль зможе запуститися. Але проїде він недалеко. Завести авто в наступний раз може і не вийти – акумулятор не подзарядился, і у нього просто не вистачить можливостей для наступного запуску двигуна.

Принцип дії

Робота автомобільного генератора повністю заснована на фізичних законах електромагнітної індукції. За допомогою цього явища можна трансформувати механічну енергію в електричну. Подібний ефект проявиться, якщо котушку мідних проводів покласти в область впливу змінного магнітного поля. Це буде сприяти утворення в котушці і проводах електричної сили, що змусить рухатися електрони. Потім за допомогою цього руху на висновках котушки з'явиться струм. На контактах проводів виникне напруга. А ось рівень його залежить від того, як швидко змінюється магнітне поле. Отримане напруга в результаті роботи генератора – змінне, і воно буде подано до зовнішнім споживачам.

Технічні характеристики

За процес забезпечення всіх споживачів електричною енергією в генераторі відповідають токоскоростные характеристики автомобільних генераторів. Це залежність максимального струму від частоти обертання якоря. При цьому потрібно знати, скільки струму в амперах здатна видати установка. Можливості знаходяться в межах 55-120 ампер. Якщо при робочому режимі прилад не видає достатню кількість струму, то він несправний. Також є зовнішні, регулювальні, навантажувальні характеристики і показники холостого ходу.

Пристрій

Пристрій автомобільного генератора насправді нескладне. Для створення магнітного поля в ньому застосовується спеціальний елемент – статор. Цей елемент являє собою обмотку. У магнітом полі, створюваним статором, обертається ротор або якір генератора. Ротор являє собою вал особливої конструкції. Він також оснащений обмотками. Останні підключені до кілець – вони необхідні для подачі до ротора напруги.

Кріплення

Автомобільний генератор легко знайде в підкапотному просторі навіть новачок. Він закріплений на двигуні за допомогою болтових з'єднань. На корпусі передбачені монтажні лапи і спеціальна натяжна отвір, що служить для підтяжки приводного ременя.

Корпус

У корпусі знаходяться практично всі блоки та вузли подібного пристрою. Корпуси для генераторів виготовляються із сплавів, одне з властивостей яких – низька маса. Найчастіше основний компонент таких сплавів – алюміній. Він відмінно підходить для цих завдань – алюміній добре і ефективно справляється з віддачею тепла в атмосферу. Корпус складається з двох частин. Це кришка і торцева заглушка. На передній частині закріплений щітковий вузол і діодний міст, службовець випрямлячем. Кожна з кришок утворює один з одним цільну конструкцію за допомогою болтового з'єднання зі спеціальними болтами. Обидві кришки зсередини надійно утримують зовнішню частину вала ротора. У корпусі також є ще дві важливі деталі – це підшипники. У більшості генераторів використовується два підшипника: один – тилової, другий – фронтальний. Обидва підшипника забезпечують валу ротора можливість обертатися.

Як влаштований ротор?

Роторний вузол являє собою конструкцію з електромагнітів і котушки збудження. Два елементи змонтовані на одному валу. Останній виготовляється переважно з легованих сталей з невеликим вмістом присадок у вигляді свинцю. На валу ротора також знаходяться кільця і струмознімні щітки з пружними контактами. Контактні кільця необхідні, щоб струм подавався на ротор.

Статор

Продовжуємо вивчати пристрій автомобільного генератора. Статор – це вузол, який представляє собою сердечник з великою кількістю пазів. У більшості моделей таких пазів 36. В них вкладено дротяні витки з трьох обмоток. Обмотки з'єднані між собою за схемою «зірка» або «трикутник». Сердечник або магнітопровід виготовляється у вигляді кола. Він набраний металевими пластинами. Пластини з'єднуються між собою за допомогою заклепок або зварюванням. Сердечник являє собою монолітний вузол.

Щоб підвищити рівень напруженості, на статорних обмотках при виробництві пластин застосовують спеціальне трансформаторне залізо. Воно має посилені магнітними характеристиками, на відміну від звичайного.

Регулятор напруги

Регулятори напруги автомобільних генераторів служать для компенсації нестабільності при обертанні ротора, який з'єднаний з колінчатим валом двигуна за допомогою приводного ременя. Колінчастий вал працює в широкому діапазоні оборотів. Регулятор з'єднаний з графітовими щітками і покликаний стабілізувати постійне вихідна напруга, яка поступає в електричну мережу авто. Без регулятора неможливо буде запустити в роботу генератор. Крім того, навіть якщо запуск вдасться, неможливо буде здійснювати контроль подачі струму. Регулятори можуть утримувати струм в певних інтервалах.

Принцип роботи реле-регулятора

Якщо до джерела електрики підключити обмотку без реле-регулятора, то рівень постійного струму буде високим. За допомогою реле в схемі цей параметр вирівнюється, щоб не вийшло з ладу електрообладнання в автомобілі. По суті, реле-регулятор автомобільного генератора – це щось на зразок вимикача. Якщо напруга зростає до 13-14 вольт, то прилад автоматично відключає обмотку і включить її, коли струм буде більш низьким. В результаті регулярні підключення/відключення проводки генератора дозволяють виробляти більш високу напругу.
Скільки подібний прилад повинен виробляти - це неважливо. Коли енергія вже сформовано, її потрібно випрямити. Для цих цілей генератор оснащений діодним мостом. Так як напруги великі, в роботу включається регулятор, елемент моментально реагує на зміни сили струму. Потім ця інформація відправляється до сравнивающему пристрою. Воно потрібно для аналізу показань і порівняння з тими, які тільки-но надійшли. Якщо напруга автомобільного генератора низький, то регулятор буде збільшувати постійний струм у схемі, тим самим підвищуючи його до необхідного рівня.

Види регуляторів

У різних генераторах використовуються різні типи реле-регуляторів. Це дворівневі пристрої, електронні прилади, трирівневі, багаторівневі. Перші дворівневі реле сьогодні вважаються застарілими. Але автолюбителі, незважаючи на це, продовжують їх активно використовувати в схемах підключення автомобільного генератора. В основі такого дворівневого регулятора лежить електричний магніт, підключений до датчика на обмотці. В якості задаючого елемента виступають пружини – їх кілька. В якості порівнює компонента виступає рухливий важіль - він же і комутує проводку. Головний недолік регуляторів такого типу – це невеликий ресурс. Електронні моделі регуляторів з граничним струмом автомобільного генератора до 40 А – напівпровідникові. Вони мають великий ресурс. Що стосується їх несправностей, то, порівняно з дворівневими аналогами, поломки тут бувають рідше. Трирівневі рішення практично не відрізняються від вищерозглянутих регуляторів. Різниця тут лише у тому, що дані прилади мають також додатковий опір. Багаторівневі рішення – це ще один вид реле-регуляторів. Вони володіють трьома або навіть п'ятьма опорами. Крім того, у продажу є моделі з наступним режимом роботи.

Діодний міст або випрямляч генератора

Так як для нормальної роботи електрообладнання автомобілів потрібен постійний струм, то вихід автомобільного генератора живить електромережу через спеціальний сайт, зібраний на випрямних діодах. Конструкція являє собою трифазний випрямляч. У ньому є шість діодів – три підключаються на масу, а ще три – до плюсового контакту агрегату. Саме вони призначені для перетворення змінної напруги в постійне.

Щітковий вузол генератора

Цей елемент являє собою пластикову конструкцію. Він необхідний для передачі напруги до контактним кільцям на роторі. Всередині знаходиться кілька деталей. Однак головні серед них – це пружні щітки. Вони можуть бути электрографитовыми або ж більш стійкими до зносу - меднографитовыми. Конструктивно в сучасних генераторах щітковий вузол являє собою єдиний блок з реле-регулятором.

Охолодження

У процесі роботи генератор може істотно нагріватися. Відведення зайвого тепла забезпечується вентилятором, який закріплений на роторному валу. Генератори зі щітками, регулятором і випрямлячем винесені за корпус із захисним кожухом. Пристрої беруть холодне повітря через щілини.

Режими роботи

Щоб зрозуміти, як працює автогенератор, потрібно трохи уявляти, в яких режимах він експлуатується. Таких режимів всього два – це початковий етап у момент запуску мотора і робочий режим. У момент запуску силового агрегату головним приладом, який споживає електрику, є стартер. Генератор ще не запущено і не виробляє електрику. Зважаючи на те, що стартер споживає струм, акумулятора доводиться інтенсивно витрачати енергію. Після того як мотор вийде в свій основний робочий режим, генератор почне забезпечувати всіх споживачів електроенергією. Він буде генерувати струм, який потрібен для роботи основних споживачів. Разом з цим потужності автомобільного генератора вистачає і на підзарядку АКБ. По мірі того як в роботу включаються більш потужні споживачі, генератора може не вистачати. Тоді енергія надходить також і від акумулятора. При цьому заряд батареї витрачається дуже швидко.

Ремонт генераторів

Поломки генератора можуть бути самими різними. В одному випадку для ремонту досить замінити діодний міст, в іншому – виконати заміну більш значущих деталей. Отже, серед основних несправностей – вихід з ладу ланцюга. Це можуть бути обриви, замикання, будь-які інші порушення. В даному випадку ремонт автомобільного генератора полягає в тому, щоб перевірити, який струм і яка напруга видає генератор. Потім вибирають рішення. Також одна з поломок – знос графітових щіток або діодів у випрямному мосту. Всі ці несправності легко усуваються своїми руками. Шум при роботі генератора говорить про дефекти підшипникових вузлів, а також про недостатню кількість мастила. Також можливий знос сепараторів, провертання кільця. При виючих звуках можна помітити такі поломки, як міжвиткове замикання статорних обмоток. У таких випадках краще довірити ремонт агрегату професіоналам.

Висновок

Отже, ми з'ясували, що собою являє генератор. Як бачите, це досить важливий і необхідний елемент в будь-якому автомобілі.