Автомобільний генератор. Як він працює?

23.08.2015

Автомобільний генератор. Як він працює?

Генератор — основне джерело електроенергії автомобіля. У цій статті поговоримо про автомобільний генератор, як він працює, з чого складається і розглянемо його будову.

Як працює генератор автомобіля?

При пуску двигуна основним споживачем електроенергії є стартер, сила струму досягає сотень ампер, що викликає значне падіння напруги акумулятора. У цьому режимі споживачі електроенергії харчуються тільки від акумулятора, який інтенсивно розряджається.

Відразу після пуску двигуна генератор стає основним джерелом електропостачання.

Генератор є джерелом постійної підзарядки акумуляторної батареї під час роботи двигуна. Якщо генератор не буде працювати, то акумулятор дуже швидко розрядитися.

Автомобільний генератор. Як він працює?
Автомобільний генератор забезпечує необхідний струм для заряду акумулятора і роботи електроприладів. Після підзарядки акумулятора різниця напруги і генератора стає невеликий, що призводить до зниження зарядного струму. Джерелом електроживлення раніше є генератор, а акумулятор згладжує пульсації напруги генератора.

При включенні потужних споживачів електроенергії (наприклад, обігрівача заднього скла, фар) і невеликій частоті обертання ротора (малі обороти двигуна) сумарний струм може бути більше, ніж здатний віддати генератор. У цьому випадку навантаження ляже на акумулятор, і він почне розряджатися, що можна контролювати за показаннями вольтметра.

До автомобільного генератора пред’являють наступні вимоги:

  1. Генератор повинен забезпечувати безперебійну подачу струму і володіти достатньою потужністю, щоб:
    • одночасно забезпечувати електроенергією працюючих споживачів і заряджати АКБ;
    • при включенні всіх штатних споживачів електроенергії на малих обертах двигуна не відбувався сильний розряд акумуляторної батареї;
    • напруга в бортовій мережі знаходилося у заданих межах в усьому діапазоні електричних навантажень і частот обертання ротора.
  2. Генератор повинен мати достатню міцність, великий ресурс, невеликі масу і габарити, невисокий рівень шуму і перешкод.

Привід і кріплення генератора

Автомобільний генератор. Як він працює?
Привід генераторів здійснюється від шківа колінчастого вала ремінною передачею. Чим більше діаметр шківа на колінчастому валу і менше діаметр шківа генератора, тим вище обертів генератора, відповідно, він здатний віддати споживачам більший струм.

На сучасних автомобілях привод здійснюється полікліновий ременем. Завдяки більшій гнучкості він дозволяє встановлювати на генераторі шків малого діаметру і, отже, одержувати більш високі передавальні відносини, тобто використовувати високооборотні генератори. Натяг поликлинового ременя здійснюється натяжними роликами при нерухомому генераторі.

Генератори кріпляться в передній частині двигуна болтами на спеціальних кронштейнах. Кріпильні лапи і натяжна вушко генератора знаходяться на кришках. Якщо кріплення здійснюється двома лапами, то вони розташовані на обох кришках, якщо одна лапа — вона знаходиться на передній кришці.

По своєму конструктивному виконанню генератори можна розділити на дві групи — традиційної конструкції з вентилятором у приводного шківа і генератори так званої компактній конструкції з двома вентиляторами у внутрішній порожнині генератора.

Пристрій автомобільного генератора

З чого складається генератор автомобіля? Будь генератор містить статор з обмоткою, затиснутий між двома кришками — передній, з боку приводу, і задній, з боку контактних кілець.

Кришки, відлиті з алюмінієвих сплавів, мають вентиляційні вікна, через які повітря продувається вентилятором крізь генератор. Генератори традиційної конструкції забезпечені вентиляційними вікнами тільки в торцевій частині, генератори «компактної» конструкції ще і на циліндричній частині над лобовими сторонами обмотки статора.

Автомобільний генератор. Як він працює?
На кришці з боку контактних кілець кріпляться щітковий вузол, який часто об’єднаний з регулятором напруги, і випрямний вузол. Кришки зазвичай стягнуті між собою трьома або чотирма гвинтами, причому статор зазвичай виявляється затиснутий між кришками, посадочні поверхні яких охоплюють статор по зовнішній поверхні.

Кріпильні лапи і натяжний вухо генератора відливаються заодно з кришками, причому, якщо кріплення двухлапное, то лапи мають обидві кришки, якщо однолапное — тільки передня.

При двухлапном кріпленні в отворі задньої лапи зазвичай розташовується дистанційна втулка, що дозволяє при установці генератора вибирати зазор між кронштейном двигуна і посадковим місцем лап. Отвір в натяжній вусі може бути одне з різьбою або без, але зустрічається і кілька отворів, чим досягається можливість встановлення цього генератора на різні марки двигунів. Для цієї ж мети застосовують два натяжних вуха на одному генераторі.

Автомобільний генератор. Як він працює?
Статор генератора: 1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовий клин, 4 — паз, 5 — вивід для з’єднання з випрямлячем

Статор генератора набирається зі сталевих листів товщиною 0.8. 1 мм, але частіше виконується навивкою «на ребро». При виконанні пакета статора навивкою ярмо статора над пазами зазвичай має виступи, за яким при намотуванні фіксується положення шарів один щодо одного. Ці виступи поліпшують охолодження статора за рахунок більш розвиненою його зовнішньої поверхні.

Необхідність економії металу і призвела до створення конструкції пакета статора, набраного з окремих підковоподібних сегментів. Скріплення між собою окремих аркушів пакета статора в монолітну конструкцію здійснюється зварюванням або заклепками. Практично всі генератори автомобілів масових випусків мають 36 пазів, в яких розташовується обмотка статора. Пази ізольовані плівковою ізоляцією або напилюванням епоксидного компаунда.

Автомобільний генератор. Як він працює?
Ротор автомобільного генератора: а — в зборі; б — полюсная система в розібраному вигляді; 1,3 — полюсні половини; 2 — обмотка збудження; 4 — контактні кільця; 5 — вал

Особливістю автомобільних генераторів є вид полюсної системи ротора. Вона містить дві полюсні половини з виступами — полюсами клювообразним форми по шість на кожній половині. Полюсні половини виконуються штампуванням і можуть мати виступи. У разі відсутності виступів при запре совці на вал між полюсними половинами встановлюється втулка з обмоткою збудження, намотаної на каркас, при цьому намотка здійснюється після встановлення втулки всередину каркаса.

Вали роторів виконуються з м’якої автоматної сталі, однак, при застосуванні роликового підшипника, ролики якого працюють безпосередньо з кінця вала з боку контактних кілець, вал виконується з легованої сталі, а цапфа вала гартується. На кінці вала, забезпеченому різьбленням, прорізається паз під шпонку для кріплення шківа.

Однак, у багатьох сучасних конструкціях шпонка відсутня. У цьому випадку торцева частина валу має поглиблення або виступ під ключ у вигляді шестикутника. Це дозволяє утримувати вал від повороту при затягуванні гайки кріплення шківа, або при розбирання генератора. коли необхідно зняти шків і вентилятор.

Щітковий вузол — це конструкція, в якій розміщуються щітки тобто ковзні контакти. В автомобільних генераторах застосовуються щітки двох типів — меднографитные і электрографитные. Останні мають підвищений падіння напруги в контакті з кільцем порівняно з меднографитными, що несприятливо позначається на вихідних характеристиках генератора, однак вони забезпечують значно менший знос контактних кілець. Щітки притискаються до кілець зусиллям пружин.

Випрямні вузли застосовуються двох типів — це пластини-тепловідводи, які запресовуються діоди силового випрямляча або на яких розпаюються і герметизуються кремнієві переходи цих діодів, або це конструкції з сильно розвиненим ребрами, в яких діоди, зазвичай таблеткового типу, припаюються до теплоотводам. Діоди додаткового випрямляча мають зазвичай пластмасовий корпус циліндричної форми або у вигляді горошини або виконуються у вигляді окремого герметизованого блоку, включення в схему якого здійснюється шинками.

Найбільш небезпечним для генератора є замикання пластин нових радіаторів, з’єднаних з «масою» і висновком «+» генератора випадково потрапили між ними металевими предметами або провідними містками, утвореними забрудненням, оскільки при цьому відбувається коротке замикання по ланцюга акумуляторної батареї і можливий пожежа. Щоб уникнути цього, пластини та інші частини випрямляча генераторів частково або повністю покривають ізоляційним шаром. В монолітну конструкцію випрямного блоку тепловідводи об’єднуються в основному монтажними платами з ізоляційного матеріалу, армованими з’єднувальними шинками.

Підшипникові вузли генераторів це, як правило, радіальні кулькові підшипники з одноразової закладкою пластичного мастила на весь термін служби і одне або двосторонніми ущільненнями, вбудованими в підшипник. Роликові підшипники застосовуються тільки з боку контактних кілець і досить рідко, в основному, американськими фірмами. Посадка кулькових підшипників на вал з боку контактних кілець — зазвичай щільна, зі сторони привода — ковзна, в посадочне місце кришки навпаки — з боку контактних кілець — ковзна, з боку приводу — щільна.

Так як зовнішня обойма підшипника з боку контактних кілець має можливість провертатися в посадковому місці кришки, то підшипник і кришка можуть незабаром вийти з ладу, виникне зачіпання ротора за статор. Для запобігання провертання підшипника в посадочне місце кришки поміщають різні пристрої — гумові кільця, пластмасові стаканчики, гофровані сталеві пружини і т. п.

Охолодження генератора здійснюється одним або двома вентиляторами, закріпленими на його валу. При цьому у традиційної конструкції генераторів повітря засмоктується відцентровим вентилятором в кришку з боку контактних кілець. У генераторів, що мають щітковий вузол, регулятор напруги й випрямляч поза внутрішньої порожнини і захищених кожухом, повітря засмоктується через прорізи цього кожуха, напрямні повітря в найбільш нагріті місця — до випрямляча і регулятору напруги.

Автомобільний генератор. Як він працює?

Система охолодження генераторів: а — генератори звичайної конструкції; б — генератори для підвищеної температури в підкапотному просторі; в — генератори компактній конструкції. Стрілками показано напрямок повітряних потоків

На автомобілях з щільною компоновкою підкапотного простору, в якому температура повітря занадто велика, застосовують генератори зі спеціальним кожухом, через який генератор надходить холодний і чистий забортный повітря. У генераторів «компактної» конструкції охолоджуючий повітря забирається з боку як задній, так і передньої кришок.

Для чого потрібен регулятор напруги?

Автомобільний генератор. Як він працює?
Регулятори підтримують напругу генератора в певних межах для оптимальної роботи електроприладів, включених в бортову мережу автомобіля. Вони мають вимірювальні елементи, які є датчиками напруги, і виконавчі елементи, що здійснюють його регулювання.

Всі генератори сучасних машин оснащуються напівпровідниковими електронними регуляторами напруги, як правило вбудованими всередину генератора. Схеми їх виконання і конструктивне оформлення можуть бути різні, але принцип роботи у всіх регуляторів однаковий.

Регулятори напруги мають властивість термокомпенсації — зміни напруги, що підводиться до акумуляторної батареї, в залежності від температури повітря в підкапотному просторі для оптимального заряду АКБ. Чим нижче температура повітря, тим більша напруга повинна підводитися до батареї і навпаки. Величина термокомпенсації сягає до 0,01 на 1°С. Деякі моделі виносних регуляторів мають ручні перемикачі рівня напруги (зима/літо).

Поділитися з друзями:

Короткий опис статті: генератор струму

Джерело: Автомобільний генератор. Як він працює?

Також ви можете прочитати