Как работает автомобильный генератор, схемы

Для чего нужен генератор в автомобиле, и почему даже исправный он не всегда может зарядить АКБ?

На современные автомобили обычно ставят трехфазный электрогенератор переменного тока. Во время движения он вырабатывает энергию для всех потребителей электричества в автомобиле (напряжение соответствует плюс-минус 14 вольтам и поддерживается регулятором). Чем навороченней автомобиль, тем больше у него потребителей и тем больше тока требуется. Кондиционер, обогрев зеркал, заднего/переднего стекол, обогрев сидений, круиз-контроль и так далее и тому подобное, от самых последних электронных помощников до топливного насоса и блока управления Применение 48-вольтовой бортовой электросетиКроме того, как известно многим, даже не очень близко знакомым с устройством автомобилей людям, генератор отвечает за то, чтобы заряжать аккумуляторную батарею и чтобы она постоянно оставалась полностью заряженной во время движения

Это очень важно, поскольку аккумулятор, в свою очередь, является накопителем энергии в автомобиле и, так сказать, условным резервным генератором, отдающим ток, что иногда даже требуется во время движения

ВАЖНО! Не забывайте отключать потребители энергии при заглушенном двигателе. Если вы выключаете двигатель, отключайте и все потребители энергии: фары, магнитолу (при длительном использовании магнитолы на старом аккумуляторе автомобиль после стоянки может не завестись — не хватит тока), даже освещение салона

Используйте свежую батарею нормальной емкости. Более того, если автомобиль используется для коротких поездок, особенно зимой, при необходимости включать прожорливые потребители электричества вроде отопителей стекол/зеркал, подогрева сидений, то даже исправный генератор не будет успевать насыщать аккумулятор энергией, что в итоге приведет не только к невозможности запуска машины, но и к деградации АКБ .

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.

Параметры генератора

Производительность генератора оценивается по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • Коэффициент мощности (КПД).

Номинальное напряжение бортовой сети автомобиля от генератора переменного тока составляет 12 или 24 В. Кривая частоты вращения генератора показывает зависимость тока от частоты вращения генератора.

Характеристики генератора переменного тока

Напряжение генератора переменного тока можно измерить с помощью мультиметра. При выключенных потребителях и отсутствии нагрузки мультиметр должен показывать от 14,3 В до 15,5 В на холостом ходу. Если после запуска двигателя напряжение превышает 14 В, это может означать, что аккумулятор разряжен и генератор заряжает его. Когда потребители включаются по очереди (фары, отопление, кондиционер и т.д.), напряжение падает примерно на 0,2 после каждого включения. Однако в конечном итоге напряжение не должно опускаться ниже 12,8 В. Если это значение меньше, батарея начнет разряжаться. С другой стороны, если напряжение слишком высокое (14 В или более), это может привести к повреждению батареи. Выходное напряжение батареи должно быть в пределах от 12,6 В до 12,7 В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отклоняться от номинального значения 12 В. При всех включенных потребителях тока это значение должно составлять от 13,5 В до 14 В. Если он ниже, это может указывать на неисправность. Допустимый предел составляет 13 В.

На следующем рисунке показана подробная электрическая схема генератора переменного тока автомобиля.

Схема подключения генератора

Основные неисправности

Даже сааме надёжные и технически совершенные устройства не вечны. Тем более нельзя говорить о супернадёжности тех устройств, конструкция которых предусматривает наличие вращающихся/трущихся узлов. Генератор, конечно же, относиться именно к этой категории. Но большинство проблем с работоспособностью «бортовой электростанции» вызваны либо естественным старением (выработкой ресурса), либо неправильной эксплуатацией транспортного средства, либо поломкой электрической компоненты. Первичная диагностика генератора заключается в проведении визуального и акустического осмотра на предмет выявления очевидных неисправностей, после чего имеет смысл проверить входные/выходные параметры тока/напряжения мультиметром. Все основные неисправности автогенератора сведены в следующую таблицу:

НеисправностьПричинаСпособ устранения
Появление свиста, при надавливании на педаль акселератора – потеря мощностиПоломка втулки/подшипника, провисание ремня с проскальзываниемЗамена деталей, натяжка ремня
Недозаряд АКБВышел из строя регуляторЗамена реле
Перезаряд АКБПоломка регулятораЗамена узла
Вал ротора имеет заметный люфтПоломка втулки/подшипникаЗамена детали
Падение выходного напряженияПробой диода выпрямителяЗамена диода
Генератор не функционируетОбрыв провода от аккумулятора, зависание щёток, отсутствие вращения ротора из-за его заклинивания в статоре, обрыв обмоток ротора, подгорание клемм коллектораУстранение обнаруженных поломок

Во время тестирования генератора мультиметром следует измерять выходное напряжение на всех режимах работы силового агрегата, с минимальной и максимальной потребительской нагрузкой.

Принцип работы автомобильного генератора

Принцип работы автомобильного генератора простой, — как и для всех электрических машин, как их принято называть в целом.  Первоначально, при запуске автомобильного двигателя, обмотка возбуждения генератора получает питание от аккумуляторной батареи 5 (рис. 3) и в дальнейшем, во время работы двигателя, данная обмотка питается от выпрямителя 2 (рис. 3).  Здесь возникает вопрос: Почему обмотка возбуждения (см. рис. 3) во время работы двигателя получает питание от выпрямителя (2)?

рис. 1

Привод автомобильных генераторов осуществляется от коленвала двигателя, способом ременной передачи.  При вращении ротора магнитные силовые линии обмотки возбуждения пересекают обмотку статора, тем самым, в обмотке статора наводится электродвижущая сила — ЭДС.  Таким образом, на концах обмоток статора изначально выдается переменное напряжение, которое впоследствии преобразовывается в постоянное, — за счет блока кремниевых диодов выпрямителя тока (позиция 2, рис. 3) и соответственно получается, что обмотка возбуждения ротора (при работе автомобильного двигателя) получает питание от выпрямителя.

Схема автомобильного генератора

Рассмотрим по позициям (рис. 2), из чего состоит схема:

  1. генератор переменного тока;
  2. ротор;
  3. обмотки статора, соединенные по схеме «звезда»;
  4. блок диодов выпрямителя;
  5. выключатель зажигания;

7.  регулятор напряжения;

М-масса.

Как Вы заметили, в схеме пропущена шестая позиция, — это аккумуляторная батарея.  Данная схема автомобильного генератора мною взята из интернета, с которой я не полностью согласен, в отношении позиций (2) и (7).  Если далее пояснять, с чем я не согласен, то это будет выглядеть как неверное пояснение.

Рассмотрим другую схему из моих законспектированных записей, по которой можно дать более объективное пояснение.  Итак, в схеме (рис. 3) автомобильного генератора переменного тока расставлены следующие пронумерованные позиции:

1-обмотка статора;

2-блок кремниевых диодов выпрямителя тока;

3-выключатель зажигания;

4-регулятор напряжения;

5-аккумуляторная батарея;

6-масса;

7-щетка;

8-контактные кольца.

Между контактными кольцами расположена обмотка возбуждения ротора, то-есть, концы обмотки припаяны к контактным кольцам.  Один конец обмотки контакта (7) соединен с массой автомобиля, второй конец обмотки возбуждения (8) соединен с регулятором напряжения (4).

Причем здесь два контакта с обозначением Ш, которые указаны в схеме рис.2 ?  Вот именно с этим я и не согласен.  Как объяснить, где здесь обмотка возбуждения ротора?  Как объяснить, с чем соединена обмотка ротора по данной схеме?

Продолжим пояснение схемы (рис. 3).  Генератор, как мы видим по схеме, имеет три вывода.  Вывод Ш от щетки (8) соединен с выводом Ш регулятора напряжения (4), корпус регулятора напряжения соединен с массой.  Провод от анодной группы выпрямителя (2) с отрицательной полярностью соединен с массой.  Провод от катодной группы с положительной полярностью этого же выпрямителя соединен с нагрузкой, далее через разветвление, с аккумуляторной батареей и выключателем зажигания.

Каждая отдельная фаза от концов обмоток статора, обмотки которой соединены «звездой», присоединены к блоку кремниевых диодов выпрямителя, где каждая фаза соединена  между двумя диодами с разной полярностью.

рис. 3

По схеме автомобильного генератора переменного тока и его принципу работы в общем то все должно быть понятно.   Пояснение для этой схемы дано на основании прочитанной технической литературы и законспектированных материалов.  Более подробно описывать содержание, допустим, принципа работы блока выпрямителя, — это получится в целом не тема, а что-то иное.

Неисправности генератора

На двух фотоснимках (фото 1)  показаны щетки и реле-регулятор генератора.

фото 1

Причин неисправности автомобильного генератора можно назвать несколько, это:

  • износ щеток;
  • перегорание обмотки возбуждения ротора;
  • перегорание одной из обмоток статора;
  • межвитковое замыкание в любой из обмоток (ротора, статора);
  • разрыв в месте соединения провода (обмотки возбуждения) с контактным кольцом

и прочие неисправности, допустим, износ подшипников.

На этом пока все.  Следите за рубрикой.

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.

Устройство ротора

Чтобы избавиться от этого негативного эффекта, ведь автомобильный генератор переменного тока должен выдавать напряжения в строго определенных параметрах, вместо постоянного магнита в статор устанавливают электромагнит. Он представляет собой стальной сердечник с намотанным медным проводом, через который пропускается электрический ток. В этом случае сердечник превращается в магнит, сила которого зависит от величины тока, пропускаемого через провод. Обмотка подключается к аккумулятору через медные кольца и графитовые щетки, один контакт через замок зажигания присоединяется к плюсовой клемме, а второй – через массу к минусовой. Для придания магнитному полю нужного направления обмотка помещается в шестиполюсные сердечники. Этот элемент называется ротор и помещается вовнутрь сердечника.

При замыкании цепи через ключ зажигания через обмотку проходит электрический ток, сердечник намагничивается, создавая достаточно мощное магнитное поле. Но, поскольку работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции, ротор должна вращать сторонняя сила. Для этого он присоединяется к коленчатому валу двигателя. Ось ротора устанавливается на  подшипники на передней и задней крышках генератора, чтобы он мог свободно вращаться.

В заднюю крышку монтируется узел со щетками и реле регулятора напряжения генератора, а также диодный мост, к которому подключена обмотка статора. Диодный мост в генераторе нужен, чтобы преобразовать переменный ток, получаемого на статоре в постоянный.

Принцип работы диодного моста состоит в том, что группа диодов, находящихся в нем, пропускает ток только в одном направлении, выравнивая его характеристики, в результате на выходе получается постоянный ток с напряжением 12 В, который подается на выводной контакт. Щетки поджимаются мягкими пружинками к кольцам ротора для поддержания постоянного контакта. 

Интегральный регулятор напряжения, который устанавливается сверху на щеткодержатель, снижает ток от замка зажигания, что приводит к снижению напряжения в обмотке статора при увеличение оборотов двигателя и частоты вращения ротора.

Принцип работы реле-регулятора

Если к источнику электричества подключить обмотку без реле-регулятора, то уровень постоянного тока будет высоким. При помощи реле в схеме этот параметр выравнивается, чтобы не вышло из строя электрооборудование в автомобиле. По сути, реле-регулятор автомобильного генератора – это что-то вроде выключателя. Если напряжение вырастает до 13-14 вольт, то прибор автоматически отключает обмотку и включит ее, когда ток будет более низким. В результате регулярные подключения/отключения проводки позволяют генератору вырабатывать более высокое напряжение.

Сколько подобный прибор должен вырабатывать – это неважно. Когда энергия уже сгенерирована, ее нужно выпрямить

Для этих целей генератор оснащен диодным мостом. Так как напряжения большие, в работу включается регулятор, элемент моментально реагирует на изменения силы тока. Затем эта информация отправляется к сравнивающему устройству. Оно нужно для анализа показаний и сравнения с теми, которые только-только поступили. Если напряжение автомобильного генератора низкое, то регулятор будет увеличивать постоянный ток в схеме, тем самым повышая его до необходимого уровня.

Мощность генератора автомобиля. Как ее узнать (определить) и от чего она зависит

Мощностью генератора автомобиля интересуется очень много автомобилистов. Ведь сейчас очень много электрических устройств (например — инверторы), которые могут сделать из вашего авто, практически электростанцию для загородного дома. Многие цепляют нагрузку в 1000 – 1500 и даже 2000 Вт! Много это или мало? Может ли работающий автомобиль выдать такое? Одни пишут что – НЕТ! Другие что – ДА! Но зачастую в головах у них «каша», часто встречаю на форумах такие высказывания мощность не больше 300 – 600 Вт. Откуда берутся эти цифры, видно с «потолка». Давайте же правильно определим мощность, а также узнаем, от чего она зависит …

В этой статье я представлю вам приблизительную мощность вашего автомобильного генератора, это физика 7 класс. Будем учитывать, что у нас постоянный, а не переменный ток.

Про строение генератора

Любой генерирующее устройство примерно состоит из одинаковых частей, есть утрировать это – ротор, статор, шкив, корпус, и электрическая составляющая (электрические щетки, реле-регулятор напряжения). Ротор соединен с коленчатым валом двигателя ременной передачей. Если вращается коленчатый вал, то вращается и ротор, тем самым вырабатывая электрический ток.

Стоит отметить, что даже большие генераторы на гидроэлектростанциях, работают по одинаковому принципу. Однако там ротор раскручивается набегающим потоком воды. НО суть одинаковая.

Собственно напряжение в автомобиле зачастую составляет 13 – 14 Вольт, что достаточно для подзарядки автомобильного аккумулятора.

Питание бортовой сети

После пуска практически все бортовые приборы питаются именно от генерирующего элемента, он несет на себе основную нагрузку. Подзаряжает аккумулятор, восполняет его потраченную энергию на пуск, а также дает энергию для освещения, системы зажигания, подачи топлива, развлекательный комплекс (аудио, видео), всевозможные подогревы (сидений, стекол, зеркал).

Стоит отметить, что если генерирующее устройство не справляется, то часть энергии ему может дать АКБ, это происходит в моменты максимальной нагрузки, например — ночью в мороз, когда включены многие электрические приборы. Если какой-то источник отключается, и энергии только одного генератора становится достаточно, то он автоматически подзаряжает АКБ. Так цикл повторяется.

Мощность генератора

Ребят вопрос то элементарный, достаточно вспомнить школьную формулу: P = I * U (мощность = сила тока умножить на напряжение).

Теперь вспоминаем напряжение в бортовой сети автомобиля, зачастую оно равняется 13,8 – 14,2В.

Также не трудно найти марку своего генератора, и узнать его характеристики, а именно силу тока которую он может выдавать. Зачастую на современных машинах, она колеблется от 80 до 140 Ампер.

Для примера возьмем среднюю величину в 100Ампер.

Тогда получается 13,8В Х 100А = 1380Ватт или 1,38 Квт, это и будет являться мощностью вашего генератора.

Этот показатель является пиковым для вашего автомобиля!

Однако стоит помнить еще об одном — об оборотах двигателя. Генератор вырабатывает свою пиковую мощность только при определенных оборотах шкива (который связан с двигателем).

«Пиковое значение» (в нашем случае в 1,38КВт) зачастую проявляется только от 2500 оборотов и выше. НА ХОЛОСТЫХ ОБОРОТАХ мощность куда ниже. Так на 800 – 1000 оборотах она будет примерно 75% от максимальной. Если ее определить в нашем случае, то 1380 Х 75% = 1035Ватт.

Запомните, для определения электрической мощности вашего генератора, нужно помнить про напряжение (оно почти на всех машинах около 13,8В) и про силу тока вашего генератора (колеблется от 80 до 140Ампер при определенных оборотах двигателя).

Все эти характеристики указывает производитель чуть ли не в инструкции к автомобилю.

Подключение энергоемких устройств

А теперь про подключение мощных инверторов. РЕБЯТ стоит включить голову и подумать, а не спалит ли такой девайс вашу бортовую сеть автомобиля?

Вот смотрите — мощность этих инверторов начинается от 300 заканчивается 1500 Ваттами. А в нашем примере пиковая мощность генерируемая автомобилем всего 1380Вт, а на холостом ходу всего около 1000Вт. Если дать 1500Вт он банально не выдержит такой нагрузки!

Ведь ему нужно еще энергии для поддержания работы двигателя, это банально зажигание и прокачка топлива, смело убирайте еще 400 – 500Вт.

То есть, что способен выдать генератор на холостом ходу, чтобы вы могли этим воспользоваться? Ребят это реально инвертор в 300 – 500Вт, можете подключить телевизор, дрель, и не энергоемкие устройства! А вот нагревать ТЭНАМИ воду или отапливаться вряд ли получится.

Сейчас полезная статья, смотрим

Думаю было полезно, читайте наш АВТОБЛОГ подписывайтесь на обновления в YOUTUBE.

Неисправности автогенераторов и способы их устранения

При работе генераторов могут возникать неисправности механического и электрического характера. Зачастую одна вовремя не исправленная поломка становится причиной других.

Признаки повреждения генератора:

  • мигание или постоянная работа лампы зарядки при работающем моторе;
  • недостаточная зарядка или перезаряд аккумулятора;
  • тусклый свет внешней световой сигнализации;
  • пульсации свечения ламп;
  • значительное увеличение яркости свечения ламп при повышении оборотов;
  • посторонние звуки, источником которых является генератор или привод.

Механические поломки

Распространенные неисправности механического характера:

  • появление трещин на приводном шкиве;
  • обрыв ремня привода;
  • износ подшипников якоря, который приводит к заклиниванию генератора.

Трещины и сколы на шкиве обнаруживаются при визуальном осмотре узла. Острые кромки начинают разрушать , который может сойти со шкива по поврежденным кромкам. Поломанный или лопнувший шкив требуется заменить новым, ремонт узла невозможен. Новый шкив должен иметь такие же геометрические параметры, как и изношенный.

Поврежденные подшипники якоря начинают издавать при работе характерный свист. Затягивать с ремонтом не следует, поскольку нарушается режим работы генератора из-за изменения зазора между якорем и статором. В итоге якорь может заклинить, что приведет к обрыву ремня и повреждениям щеток и обмотки.

Электрические поломки

Поломки электрической части генераторов:

  • истирание токосъемных щеток;
  • протирание коллекторной части ротора генератора;
  • выход из строя регулятора напряжения;
  • межвитковые замыкания обмотки статора;
  • выгорание выпрямительного диодного моста;
  • разрушение соединительной проводки;
  • обгорание или окисление мест подключения проводки.

Для проверки работоспособности генератора применяется мультиметр или вольтметр, предназначенный для измерения постоянного напряжения 0-20 В. Перед началом замеров рекомендуется прогреть агрегат, дав ему поработать 10-15 минут при холостых оборотах двигателя и работающем потребителе (например, ближнем свете фар). Замер напряжения между положительной клеммой генератора и массой автомобиля должен показать значение в пределах 13,5-14,5 В. Более точная информация имеется в инструкции по ремонту и обслуживанию машины. При отклонении напряжения от норматива требуется замена реле-регулятора.

Проверка напряжения на клеммах батареи позволяет обнаружить повреждения соединительной проводки. Для полноценного замера требуется увеличить обороты двигателя до высоких и подключить мощные потребители энергии (например, дальний свет фар, обогревы стекол и сидений). В этом случае напряжение должно быть близким к значению на реле-регуляторе. В противном случае требуется провести проверку проводов и точек подключения.

Исправность диодного моста проверяется путем установки мультиметра на положительный вывод генератора и массу в режиме замера переменного тока. Значение напряжения должно находиться в пределах до 0,5 В. Более высокое напряжение является признаком неисправности диодного моста.

на Форд Фокус 2 показан в видео, предоставленном каналом «Азбука Форд».

Замер пробоев обмоток генератора производится при отключенном аккумуляторе и отсоединенной от положительной клеммы устройства проводке. Тестер, переключенный в режим амперметра, подключается между клеммой и проводкой. Допустимым считается значение до 0,5 мА. При повышенном токе возможен пробой деталей диодного моста либо обмоток.

Для проверки обмоток возбуждения необходимо снять генератор с автомобиля. Работы ведутся при удаленном регуляторе напряжения и щеточном узле. Перед началом проверки контактные кольца очищаются от грязи. Тестирование выполняется мультиметром, переведенным в режим омметра. Подключение ведется к контактным кольцам. Нормальное значение сопротивления находится в интервале 5-10 Ом. Для замера пробоя на массу омметр цепляется к кольцам и корпусу. В исправном состоянии значение сопротивления будет бесконечным, при иных значениях — имеется пробой.

Категорически запрещается проверять работу генераторов методом короткого замыкания. Подобные действия приводят к выходу из строя не только агрегата, но и электронных блоков. Диагностику устройства рекомендуется проводить на стендах, имеющихся в специализированных центрах. Самостоятельные действия могут стать причиной дорогостоящего ремонта.

 Загрузка …

Видеоурок об устройстве и принципах работы автомобильных генераторов предоставлен каналом zrenie2015.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий