Принцип работы автомобильного генератора, его устройство и схема подключения

Теоретические основы

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Если взять катушку с проводом и присоединить к ней гальванометр (чувствительный амперметр для фиксации малых значений силы тока), замкнув проводник, и поднести к ней магнит, в ней возникнет электрический ток, что и покажет гальванометр.   

При этом учитывайте, что ток возникает в тех случаях, когда магнит движется, причем, при его приближении ток идет в одну сторону, а при удалении – в другую, что и фиксирует стрелка гальванометра. Из этого можно сделать выводы об условиях, необходимых для возникновения электрического тока:

  • требуется замкнутый проводник с большим количеством витков;
  • он должен попасть в переменное магнитное поле, которое нарастает при приближении магнита и уменьшается при его удалении;
  • ток, возникший при увеличении магнитного поля, будет противоположен току, возникающему при его уменьшении.

Чтобы обеспечить постоянное изменение магнитного поля, пронизывающего катушку с проводником, его можно просто вращать, добившись изменения направления тока, равного частоте вращения магнита, поскольку к ней будут поочередно приближаться то южный, то северный полюс магнита. Эта принципиальная система и лежит в основе устройства генератора переменного тока.

Подробно об алгоритме работы

Принцип действия генератора основан на простом физическом явлении, называемом электромагнитной индукцией. Суть в следующем: если навести на многовитковую обмотку из медной проволоки магнитное поле, изменяющее направление с определенной частотой, то на выходе катушки возникнет переменный ток той же частоты. Остается лишь создать упомянутое поле вокруг обмоток статора, вырабатывающих напряжение.

На практике генерация электричества происходит по такому алгоритму:

  1. Источник переменного магнитного поля автомобильного электрогенератора – обмотка самовозбуждения, расположенная в роторе. Чтобы изначально намагнитить клинообразные втулки, к ней подается импульс малой мощности от аккумулятора.
  2. После запуска мотора и достижения определенных оборотов коленчатого вала обмотки статора выдают переменный ток, выпрямляемый силовыми диодами. С этого момента обмотка ротора питается от самого генератора, то есть, происходит самовозбуждение. Внешний источник питания больше не требуется.
  3. Постоянный ток от диодного моста направляется в блок реле-регулятора. Поскольку величина напряжения «скачет» вместе с оборотами двигателя, задача электроники – стабилизировать перепады в диапазоне от 13,8 до 14,7 В.
  4. Дальше напряжение подается на подзарядку аккумуляторной батареи и в бортовую электросеть автомобиля.

Реле-регулятор напряжения может входить в состав генераторной установки либо применяться в качестве отдельного блока.

Ток в статорных обмотках возникает в результате вращения переменного магнитного поля, создаваемого катушкой ротора. Чем быстрее крутится вал, тем выше напряжение и частота на выходе. Преобразование в постоянный ток обеспечивают полупроводники (диоды), закрепленные на теплоотводящей пластине и обдуваемые крыльчаткой вентилятора.

Устройство генератора безщеточного типа позволяет обмотке статора возбуждаться без внешнего источника питания. Намагничивание стальных втулок начинается при малых оборотах вала благодаря особой конструкции ротора и дополнительной катушке. Поэтому когда вы заводите с толкача машину с разряженным аккумулятором, оборотов коленчатого вала хватает, чтобы электрогенератор включился в работу.

Принцип работы генератора

Итак продолжаем наши разъяснения по поводу устройства и работы автомобильного генератора и вот как именно происходит преобразование вращательного движения в электрическую энергию в генераторе автомобиля:

Если по-простому или так сказать обобщить, то принцип работы генератора такой: при вращении ротора он создает сильное магнитное поле, которое в свою очередь начинает производить воздействие на обмотку статора, из-за этого в ней появляется электрический ток, который по сути уже и используется для разных нужд автомобиля.

Вот кстати, как статор выглядит отдельно

Читайте также:  Зачем ставить турботаймер на дизельный автомобиль

Статор генератора

  • Собственно сам обмотка статора
  • Выводы обмоток
  • Основной магнит, провод

Кстати если вдруг у вас на автомобиле особенно на хендай санта фе постоянно крутит стартер у нас есть статья как это устранить и не только на санта фе, просто слово Статор напомнило стартер вот и решил ссылкой поделиться.

Рекомендуем:  Как разобрать радиатор печки

Вот ещё нашел одно фото устройство генератора

Рождение электричества: элементарная физика

Как мы уже сказали, генератор – это один из двух источников тока наших четырёхколёсных друзей. Нужно отметить, что питание бортовых систем во время работающего двигателя не единственная его функция.

Параллельно этому занятию он ещё и подзаряжает аккумуляторную батарею, чтобы обеспечить бесперебойную работу всех электросистем авто в любой ситуации.

По сути, генератор это тот же электродвигатель, только выполняет он обратную работу. Если обычный двигатель превращает электрическую энергию в энергию вращения, то герой нашего сегодняшнего рассказа всё делает с точностью наоборот. По этой причине он и не вырабатывает ток, пока двигатель автомобиля отдыхает – его нужно раскрутить.

Для понимания процессов преобразования одной энергии в другую нам нужно открыть учебник физики.

Там написано, что в основе работы генератора лежит явление электромагнитной индукции. Простыми словами его можно объяснить следующим образом: в любом проводнике, который находится рядом с движущимся магнитом (изменяющимся магнитным полем), будет образовываться переменный электрический ток.

«Но ведь электросистема машины питается постоянным!», — возразите Вы. Так и есть, и чтобы разобраться с секретами этих метаморфоз, надо изучить конструкцию генератора. Об этом далее.

Устройство и принцип действия автомобильного генератора

Аккумуляторная батарея питает бортовую сеть автомобиля только на стоянке и в момент запуска двигателя. Дальше эстафету подхватывает агрегат, преобразующий механическую работу крутящегося коленчатого вала в электроэнергию.

Без этого мощного источника питания нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна, поскольку заряд аккумулятора не бесконечен.

Автолюбителям, занимающимся самостоятельным обслуживанием своей машины, стоит изучить принцип работы автомобильного генератора и его характерные неисправности.

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.

Месторасположение и схема подсоединения агрегата

Вал ротора генератора приводится в движение ременной передачей, соединяющей его со шкивом коленвала. Поэтому агрегат всегда расположен поблизости от переднего торца двигателя, где находится привод газораспределительного механизма. В переднеприводных автомобилях мотор повернут на 90°, а электрогенератор находится с правой стороны (если смотреть по ходу движения).

Статорная обмотка аппарата является трехфазной, поскольку состоит из 3 отдельных секций, повернутых друг относительно друга на 120°. Поэтому обмотки подключаются «звездой», а к выводу каждой фазы подсоединена пара диодов, преобразующих переменный ток в постоянный. Всего выпрямительный мост включает 3 пары элементов (6 диодов).

Рекомендуем:  Может ли сигнализация блокировать запуск двигателя, всё про иммобилайзеры!

Схема подключения автомобильного генератора состоит из таких элементов:

  • встроенный диодный выпрямитель, описанный выше;
  • реле – автоматический регулятор выходного напряжения;
  • группа дополнительных диодов (3 шт.), выпрямляющих ток для регулятора;
  • лампа – индикатор зарядки аккумуляторной батареи;
  • замок зажигания;
  • аккумулятор.

К реле-регулятору подсоединены вывода обмоток ротора и статора (через выпрямительный мост). Задача данного блока – регулировать мощность на выходе генераторного узла, удерживая величину напряжения в диапазоне 13,8–14,7 вольт.

В цепь электрогенератора и реле включены контакты замка зажигания и аккумуляторная батарея, получающая заряд в процессе работы двигателя. От линии, ведущей к блоку регулятора, запитана лампочка на приборной панели, сигнализирующая о питании бортовой сети от аккумулятора. Когда мотор заводится и начинается генерация тока, индикатор гаснет.

Подробно об алгоритме работы

Принцип действия генератора основан на простом физическом явлении, называемом электромагнитной индукцией.

Суть в следующем: если навести на многовитковую обмотку из медной проволоки магнитное поле, изменяющее направление с определенной частотой, то на выходе катушки возникнет переменный ток той же частоты.

Остается лишь создать упомянутое поле вокруг обмоток статора, вырабатывающих напряжение.

На практике генерация электричества происходит по такому алгоритму:

  1. Источник переменного магнитного поля автомобильного электрогенератора – обмотка самовозбуждения, расположенная в роторе. Чтобы изначально намагнитить клинообразные втулки, к ней подается импульс малой мощности от аккумулятора.
  2. После запуска мотора и достижения определенных оборотов коленчатого вала обмотки статора выдают переменный ток, выпрямляемый силовыми диодами. С этого момента обмотка ротора питается от самого генератора, то есть, происходит самовозбуждение. Внешний источник питания больше не требуется.
  3. Постоянный ток от диодного моста направляется в блок реле-регулятора. Поскольку величина напряжения «скачет» вместе с оборотами двигателя, задача электроники – стабилизировать перепады в диапазоне от 13,8 до 14,7 В.
  4. Дальше напряжение подается на подзарядку аккумуляторной батареи и в бортовую электросеть автомобиля.

Реле-регулятор напряжения может входить в состав генераторной установки либо применяться в качестве отдельного блока.

Ток в статорных обмотках возникает в результате вращения переменного магнитного поля, создаваемого катушкой ротора. Чем быстрее крутится вал, тем выше напряжение и частота на выходе. Преобразование в постоянный ток обеспечивают полупроводники (диоды), закрепленные на теплоотводящей пластине и обдуваемые крыльчаткой вентилятора.

Устройство генератора безщеточного типа позволяет обмотке статора возбуждаться без внешнего источника питания. Намагничивание стальных втулок начинается при малых оборотах вала благодаря особой конструкции ротора и дополнительной катушке. Поэтому когда вы заводите с толкача машину с разряженным аккумулятором, оборотов коленчатого вала хватает, чтобы электрогенератор включился в работу.

Распространенные неисправности

Индикатором работоспособности генераторной установки служит сигнальная лампа красного цвета, размещенная на панели приборов. Ее включение свидетельствует о том, что вместо генератора бортовую сеть обеспечивает энергией аккумулятор, который постепенно разряжается.

Автомобильный электрогенератор – довольно надежный агрегат, но не вечный. В результате износа деталей автолюбителю приходится сталкиваться со следующими неисправностями:

  • растягивание и проскальзывание приводного ремня (сигнальная лампа может помигивать);
  • истирание рабочей поверхности щеток либо контактных колец;
  • износ и разрушение сепараторов подшипников;
  • выход из строя электроники реле-регулятора;
  • нарушение целостности электрических цепей.

К полному отказу генератора ведут последние 2 причины – поломка регулятора и обрыв цепи. Тогда напряжение от агрегата не поступает вовсе. В остальных случаях зарядка аккумулятора продолжается, но с перебоями. При изношенных подшипниках ротора работа генератора автомобиля сопровождается сильным шумом, а проскальзывающий ремень издает громкий писк.

Замена либо натяжка ремня привода не составляет серьезной проблемы, генератор демонтировать не нужно. В большинстве автомобилей ослабляется фиксирующая гайка натяжного кронштейна и болт крепления агрегата, после чего ремень можно сбросить или натянуть. В некоторых машинах ременная передача регулируется отдельным роликом.

Для замены подшипников, щеток либо колец электрогенератор придется снять и разобрать. Демонтаж лучше произвести до покупки новых деталей, дабы не ошибиться с размерами.

За устранением неисправностей электрических цепей и блоков стоит обратиться к мастерам станции технического обслуживания.

Некоторые поломки, встречающиеся довольно редко, ведут к полной замене генератора:

  • замыкание витков роторной или статорной обмотки;
  • обрыв внутри катушки;
  • износ вала либо гнезда в крышке, в результате чего проскальзывает обойма подшипника.
Рекомендуем:  Схема проводки на мопед Альфа: особенности отечественной эксплуатации

Работоспособность генератора можно проверить в гаражных условиях, подключив к клеммам аккумуляторной батареи вольтметр. Замер производится на холостых оборотах двигателя. Если напряжение превышает 14,7 В, налицо так называемая перезарядка и проблема кроется в блоке регулятора. Показания ниже 13,6 вольт указывают на слабую генерацию тока либо ее отсутствие.

Причиной неполадки также бывает пробой диодов выпрямительного моста, который меняется целиком, вместе с «подковой». Если же на греющиеся диоды постоянно попадает грязь и масло от двигателя (через вентиляционные проемы кожуха), то возможно возгорание задней части электрогенератора. После обнаружения смазки внутри агрегата его необходимо разобрать и хорошенько вычистить.

Реле регулятора напряжения

Интегральный регулятор напряжения необходим, чтобы в бортовую сеть подавалось напряжение, соответствующее ее номинальным параметрам. Устройство простейшего генератора таково, что при увеличении частоты вращения скорость изменения магнитного потока ротора пропорционально увеличивается, как и выходное напряжение. Если этим процессом не управлять, то напряжение достигнет той величины, при которой все бортовые системы выйдут из строя.

Принцип работы реле регулятора генератора состоит в том, что при увеличении частоты вращения статора, оно через специальный датчик, присоединенный к цепи статора, отслеживает опасное увеличение напряжения. При помощи механической или электронной системы управления контактами, реле уменьшает ток, подаваемый на обмотку ротора, в результате чего увеличение частоты компенсируется снижением силы магнитного поля, и значение напряжения остается в норме.

Для чего в генераторе регулятор напряжения?

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Рекомендуем:  Причины неисправности сальника МКПП и его замена

Признаки неисправности генератора автомобиля

неисправности генератора автомобиля возникают в тех же частях из чего состоит генератор автомобиля, или точнее выразится в тех же узлах и деталях, из которых он и состоит

  • повреждение или сильный износ шкива генератора – разболтался, повело, лопнул
  • износились токосъемные щетки может сказаться как на напряжении, выдаваемом генератором, так и на его искрении
  • износ токосъемных колец – так же, как и щетки скажется на выходном напряжении, искрении или вообще не работе генератора
  • неправильная работа регулятора напряжения – выдаёт напряжение, не соответствующее никаким нормам вместо 13.9 вольт – 5вольт, или наоборот 19 вольт
  • межвитковое замыкание статорной обмотки – неправильные напряжения на выходе
  • разрушение подшипника – стук, грохот, плохое вращение, недостаточные обороты, большая вибрация вала
  • повреждение диодного моста – ток перестанет вообще течь
  • повреждение проводов – проверить на обрыв, перекус, перелом, – заменить на исправные

Вот теперь вы узнали, как проверить исправность генератора автомобиля, так что можете приступить собственно к проверке, возможно из-за этого у вас постоянно разряжается аккумулятор, так как генератор не выдаёт вам положенное напряжение.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: