Генератор автомобиля
Генератор автомобиля – это устройство, преобразующее механическую энергию, создаваемую двигателем, в электрическую, которая питает все энергозависимые системы автомобиля.
Принцип работы
Принцип работы генератора состоит в следующем:
- 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.
Устройство
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 более 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.
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.
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.
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.
Допустимые значения и 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.
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.
Неисправности генератора
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.
Признаки неисправности генератора
- Сложности при пуске мотора
Один из верных признаков поломки генератора — неуверенный пуск двигателя автомобиля. Когда генератор перестаёт работать правильно, аккумулятор недополучает заряд и лишается способности нормально прокручивать стартер. Разряженный аккумулятор — как правило, прямое следствие поломки генератора. При этом батарея может не только недополучать заряд, но и напротив перезаряжаться. Происходит это из-за поломки электронного блока реле-регулятора: генератор выдаёт большее напряжение, чем требуется, а это приводит к выкипанию электролита и быстрому выходу из строя аккумулятора. Отметим, что многие современные автомобили перестают заводиться, когда напряжение в бортовой сети опускается ниже 12 вольт. При этом батарея способна прокручивать стартер.
- Тусклый или мерцающий свет фар
Второй симптом становится заметен в тёмное время суток. Фары автомобиля начинают светиться тускло, либо изменяют степень яркости в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки на электрическую систему. Такое поведение осветительных приборов намекает, что нужно срочно провести ревизию и диагностику генератора и его приводного ремня — устройство не справляется с возложенной не него нагрузкой. Также неполадки можно заметить по подсветке приборной панели и приборам освещения салона — все они точно так же меняют яркость.
- Горит пиктограмма на приборной панели
Горящая или мерцающая пиктограмма в виде аккумулятора на приборной панели говорит о том, что у вашей машины серьёзные проблемы — аккумулятор не заряжается подобающим образом. Бортовая система самостоятельно предупреждает водителя, что автомобиль долго не проедет. Как правило, речь идёт о нескольких десятках километров — машина сможет ехать ровно до тех пор, пока батарея не разрядится и не перестанет давать искру на свечах зажигания. В такой ситуации многое зависит от состояния самого аккумулятора, а также от количества и мощности задействованных потребителей. Постарайтесь отключить всё лишнее, в том числе музыку, фары, электрообогрев и даже вентиляцию салона, и следуйте в ближайший автосервис либо глушите мотор и вызывайте эвакуатор. Многие современные аккумуляторы приходят в полную негодность после первого же глубокого разряда, а значит, услуги эвакуатора могут окупиться.
- Свистит приводной ремень
Нередко из-под капота непрогретого автомобиля слышится неприятный свист. Он возникает в случае, если приводной ремень, приводящий в движение ротор генератора, натянут слабо. Необходимо установить причину слабого натяжения ремня и устранить неисправность. Иначе генератор не будет вращаться с должной скоростью и нормально заряжать аккумулятор. На многих современных автомобилях этот же ремень приводит в действие и другие устройства, к примеру, насос гидроусилителя руля и компрессор кондиционера, и натягивается автоматически. На более простых моделях автонатяжитель не предусмотрен конструкцией — со временем ремень растягивается и требует ручной регулировки натяжения.
- Ремень перегревается или разрушается
Характерный дымок и неприятный запах, исходящий от приводного ремня, или отслоение от него дорожек и кусков резины — признак подклинивания какого-то навесного агрегата (в том числе генератора), либо обводных роликов. На некоторых моделях обрыв приводного ремня не просто приводит к отключению генератора, но также становится причиной намного более серьёзных бед (обрывки могут попасть под ремень привода ГРМ, что приведёт к нарушению фаз газораспределение или поломке мотора). Если ремень перегревается или самопроизвольно разрушается, проверьте шкив генератора — он должен вращаться легко и не перекашиваться под нагрузкой.
- Звенящий или шуршащий звук из-под капота
Внутри генератора установлены подшипники качения. Эти детали испытывают высокие нагрузки и работают в условиях повышенных температур. Ресурс их относительно невелик. По прошествии некоторого времени эти детали сильно изнашиваются и теряют смазку, что приводит к появлению шума, перекосу и подклиниванию ротора, либо к полному разрушению подшипников. Ещё одной причиной шума может быть изношенная обгонная или демпферная муфта. Она также работает относительно недолго, может деформироваться и перестать выполнять свою функцию. Обе неисправности невозможно устранить без снятия и разборки генератора.
- Электрический гул
Несколько иным становится характер посторонних звуков в случае замыкания обмотки статора. Проявляется он характерным электрическим воем, подобным тому, который исходит от электродвигателей общественного транспорта — троллейбусов, трамваев или электричек.
Источники: Quto, ТехАвтоПорт
Читайте также:
