Все про автомобильный генератор — устройство, принцип работы

Виды автомобильных генераторов

Для транспортных средств разработаны генераторы, выдающие постоянный и переменный ток. Первыми транспортные средства комплектовались до 1960 года. На данный момент они полностью заменены более современными, надежными, дающими постоянный ток благодаря полупроводниковым выпрямителям.

Генератор постоянного тока

Эти агрегаты соответствовали требованиям, предъявляемым к транспортным средствам до начала шестидесятых. Электромагниты в них неподвижные, ЭДС (электродвижущая сила) в роторе, напряжение на щетках одной полярности, ток снимается с заизолированных друг от друга полуколец.

Существует 3 вида этих электрогенераторов:

• с обмоткой, соединенной с аккумуляторной батареей;
• с параллельным возбуждением (шунтовой схемой);
• с последовательной схемой для подключения статора, обмоток якоря.

Благодаря возможности работать как двигатель, если ток подается на якорь, современные электрогенераторы постоянного тока устанавливаются на гибридные автомобили.

Прогресс производства машин с двигателями внутреннего сгорания потребовал более высоких мощностей, оптимизации технических характеристик, уменьшения габаритов, длительного срока службы.

У оборудования постоянного тока оказалось много недостатков:

• небольшая мощность;
• низкий КПД;
• неудобная схема для подключения;
• большие габариты и вес;
• частое техобслуживание;
• необходимость в постоянном контроле

Дольше всего оборудование постоянного тока использовалось на железной дороге, однако со временем было заменено трехфазным переменным агрегатами.

Генератор переменного тока

Для разработки компактных, мощных, долговечных электрогенераторов для машин было потрачено немало времени. Новое оборудование сравнительно легкое, снижена стартовая частота вращений, увеличена надежность, срок эксплуатации более длительный, меньше затраты на техобслуживание.

Виды генераторов переменного тока

Есть несколько типов классификации генераторов. Наиболее распространенный — по мощности. Они бывают маломощными и высокомощными. Для решения бытовых задач применяются компактная и маломощная электроустановки, которые обычно используется в качестве резервного источника питания.

В последнее время популярность обрели сварочные генераторы. С бензиновыми моделями следует быть осторожным, так как они должны использоваться только по своему прямому назначению. В противном случае их срок эксплуатации истечет намного раньше положенного. Диагностика и ремонт таких приборов — достаточно дорогостоящие, и чаще проще купить новый аппарат.

Вам это будет интересно Отличие ДИФ от УЗО

Еще одно разделение — асинхронные и синхронные генераторы. Они отличаются конструкцией ротора. В синхронном приборе катушка находится на роторе, а в асинхронном на валу есть специальные углубления, которые предназначены для вставки обмотки. Подробнее о них далее.

Маломощный генератор

Асинхронные генераторы

Асинхронные двигатели — это приборы, которые работают в тормозящем режиме. В данной ситуации ротор выполняет вращения только в одном направлении, совпадающем с движением магнитного поля, но немного опережает его.

Обратите внимание! Такие установки практически не подвержены коротким замыканиям и обладают повышенной защитой от воздействия внешних факторов.

Асинхронный генератор

Синхронные генераторы

Синхронный двигатель — это электромеханизм, который работает в режиме генерации электрической энергии. Его особенность в том, что частота вращения стартера, а точнее его магнитного поля, равна частоте вращения ротора.

К сведению! Синхронные обладают роторами, которые выполнены в виде постоянных или электрических магнитах. Полюсов у них может быть и 2, и 4, и 6. Главное, чтобы это число было кратным двум.

Синхронный генератор

Устройство генератора

Все электрогенераторы выдают ток, но он разный, поэтому отличается конструкция.

Устройство генератора постоянного тока

У агрегата постоянного тока массивный корпус служит статором, обмотки полюсные, за счет смещенных пазов размещения обмоток магнитное поле постоянное, шумность невысокая. Якорь с токосъемной частью монтируется между обмотками, опирается на подшипники, закрепленные на крышках. Щеткодержатели крепятся к задней стенке, положительная щетка не заизолирована.

Существуют модели, укомплектованные дополнительными обмотками и второй парой щеток. Разработаны 3 схемы подключения, отличающиеся по типу возбуждения:

• независимая;
• параллельная;
• смешанная.

Устройство генератора переменного тока

Трехфазные электрогенераторы выпускаются в 2-х вариантах: стандартные и компактные, но устройство отличается мало:

1. корпус (две крышки), элементы для крепления на мотор;
2. магнитопровод, трехфазные медные намотки;
3. шкив, через ремень передающий на ротор вращение;
4. ротор;
5. щетки;
6. регулятор напряжения;
7. выпрямитель из силовых диодных элементов.

Для производства компактных моделей электрогенераторов используются современные технологии и материалы.

Генератор располагается перед мотором, через проушины на крышках закрепляется болтами на кронштейны. Ротор с контактными кольцами у задней крышки, привод и шкив — у передней. Крышки производятся из сплавов алюминия, оснащаются окнами для вентиляции на цилиндрической или торцевой части. Щетки закреплены на задней крышке вместе с выпрямителем, регулятором напряжения. Крышки при помощи длинных винтов зажимают статор. Щетки производятся из графита, монтируются в диэлектрические держатели.

Для изготовления статоров используются листы стали. Элементы соединяются заклепками или сваркой. Для намотки создается 36 пазов, заизолированных пленкой или эпоксидкой.

Ротор состоит из системы полюсов, поделенных на две части, оснащенных «клювами» (выступами). У каждой части 6 полюсов, напрессованы на вал из нетвердой автоматной стали. Посередине монтируется втулка. Твердая сталь для изготовления вала используется, если на концах монтируются цапфа закаливания, подшипники. Для фиксации шкива имеется паз и резьба.

Щетки прижимаются пружинами, существует 2 вида этих элементов:

• электрографитовые;
• меднографитовые.

Первый вид служит дольше, но теряет напряжение во время контакта с кольцом, снижая параметры на выходе.

Также существует 2 вида диодных мостов:

• диоды таблеточные, припаянные к системе охлаждения с большими ребрами;
• диоды силовые, запрессованные в пластины, отводящие тепло.

Вспомогательный узел для выпрямления состоит из цилиндрических или шарообразных диодов или герметичного блока, подключенного при помощи шин. Все элементы выпрямителя покрываются составом, предотвращающим короткое замыкания.

Для охлаждения используется вентилятор. Регуляторы напряжения состоят из полупроводников, меняют напряжение одновременно с колебаниями температуры среды. Принцип действия не зависит от конструктивного исполнения.

Устройство атомобильного генератора

Автомобильный генератор устроен из большого числа составляющих деталей, которые взаимосвязаны между собой в одном устройстве.
Абсолютно любой генератор, используемый в автомобилях, состоит из передней и задней крышек корпуса. Последняя, в свою очередь, стягивают неподвижную часть, называемую статором генератора.

Как правило, генераторы крепятся в передней части моторного отсека через отверстия в крышках устройства непосредственно к двигателю. Крышки изготавливаются из алюминиевого сплава в специальных отливочных формах и имеют вентиляционные отверстия, предназначенные для охлаждения генератора при его работе.

Рисунок 3 – Устройство автомобильного генератора

На корпусе крышке со стороны контактов выводов, как правило, устанавливается щеточный механизм, который собирается совместно со стабилизатором напряжения.

Статор собирается из тонкого стального проката толщиной до 1 мм. Есть варианты статоров, которые выполняются навивочным способом. Однако с целью экономии материала при изготовлении неподвижной части, он собирается из сегментов в виде подков.

Ротор генератора изготовлен из мягких марок сталей в случае работы его на шарикоподшипниковых опорах. По своей сути это электромагнит, который расположен на валу генератора. В случае применения роликовых подшипников вал изготавливается из легированной стали. На конце в месте посадочного места шкива выполнен на роторе специальный паз для надежного его крепления.

На рисунке 3 видно, что шкив генератора закручивается на резьбу вала ротора, в торцевой части которого имеется специально отфрезерованное под шестигранник отверстие. Данное отверстие предназначено для стопорения вала генератора в случае закручивания (отвинчивания) гайки крепления шкива.

Щеточный аппарат автогенератора — это графитно — медные контакты, которые прижимаются специальными пружинками к контактным кольцам.

Выпрямительный узел выполнен в форме диодного моста. Данный узел достаточно ответственный в генераторе и покрыт слоем изоляции для того, чтобы избежать короткого замыкания в результате случайно попавшей грязи, влаги или другого инородного дела в цепь аккумулятора. В данном случае возникает риск возникновения пожара и, к сожалению, такие случаи не редкость сегодня.

Подшипники генератора применяются простейшего типа, как правило, это шариковые и являются расходным материалом( как и щеточный аппарат), то есть с течением времени производят их замену. Устанавливаются на специальные посадочные места ротора в направлении по оси.

Охладитель генератора автомобиля выполнен традиционно воздухом (рисунок 4). Со стороны противоположной шкиву генератора на его вал установлен небольшой вентилятор, заключенный в кожух для защиты рабочего колеса.

Рисунок 4 — Вентилятор генератора

На сегодняшний день существует множество различных модификаций автомобильных генераторов. Большинство современных генераторов комплектуются электронными стабилизаторами напряжения с выдачей сигнала на панель водителя. Однако, в тех или иных случаях, принцип работы у всех моделей аналогичен вышеупомянутому.

Принцип работы автомобильного генератора

Принцип действия автомобильного генератора, вырабатывающего постоянный ток, основан на индукции ЭДС под воздействием магнитного поля. Напряжение снимается прямо с полуколец, так как выпрямление тока не требуется.

Этот тип генераторов крепится на картер или при помощи кронштейнов, в нижнеклапанных двигателях на головку блока. Такая схема установки требует привода из ремня и шкива, установленного на коленчатом вале. Натяжение ремня обеспечивается опорой. На больших двигателях монтировался привод, работающий от шестерен распределителя газа.

Короткое и подробное учебное видео конструкции и принципа работы генератора автомобильного

Генератор переменного тока характеризуется:

• напряжением (7,14-28 вольт);
• током, ампер (А);
• частотой самовозбуждения, возбуждения;
• мощностью (средне значение 1380 ватт);
• КПД (в современных моделях 50-60%).

Ток на статоре в момент запуска двигателя достигает сотни ампер. Все оборудование работает за счет аккумулятора, который быстро разряжается. Генератор начинает работать сразу после запуска, превращаясь в главный источник питания электросети и приборов.

Важно знать, как он работает. Якорь, соединенный с аккумулятором через контактные кольца и щетки, начинает вращаться, образуется электромагнитное поле. Оно создает переменный ток на обмотках. Далее он передается на выпрямитель, на выходе ток уже постоянный.

Электроэнергия используется для дозаряда аккумулятора и работы потребителей, подключенных к сети. Если обороты двигателя не достаточно высокие, а приборы мощные, реле подключает к питанию аккумулятор.

Принцип работы генератора

Схема подключения генератора ваз-2107. устройство генератора

В основе работы бензинового генератора для вырабатывания электричества положены явления электромагнитной индукции. Суть заключается в том, что через электромагнитное облако проходит проводник и получает импульс, который впоследствии перерабатывается в ток постоянного характера.

1. Одним из составляющих генератора является двигатель. Его задача — вырабатывание электроэнергии посредством сжигания топлива, чаще всего бензина или дизтоплива.
2. Сжигаемое топливо вырабатывает продукты горения, то есть газ, под давлением которого начинает вращаться коленвал.
3. Назначение коленчатого вала — передача импульса ведомому валу, который на выходе предоставляет некоторое количество электроэнергии.

Генераторы существуют разной мощности. Потребление топливных ресурсов также отличается. Но, независимо от перечисленных параметров, основополагающими являются две составляющие: ротор и статор. Якорь используется для создания электромагнитных полей, именно поэтому состоит из магнитов, равноудалённых от сердечника. Назначение статора — приведение в движение ротора и регулировка состояния электромагнитных полей.

В зависимости от того, как совершает вращение ротор, генераторы бывают синхронного и асинхронного типа. Синхронные более восприимчивы к изменениям напряжения и отличаются сложностью конструкции.

Классификация

Принцип работы термостата в автомобиле: схема, устройство и рекомендации

Различают два вида генераторов постоянного тока:

• с независимым возбуждением обмоток;
• с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

• устройства с параллельным возбуждением;
• альтернаторы с последовательным возбуждением;
• устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.