Принцип работы и схемы подключения автомобильных генераторов постоянного и переменного тока
Автомобили широко оснащены электрическими и электронными компонентами, которые питаются от бортовой сети. Источниками напряжения являются батарея и генератор переменного тока. Понимание общей работы генератора переменного тока транспортного средства поможет владельцу транспортного средства устранить любые проблемы, которые могут возникнуть на дороге.
Все про автомобильный генератор — устройство, принцип работы
Каждому автомобилю требуется электричество для запуска двигателя, зажигания топлива, включения освещения и звуковой системы, а также для обеспечения комфорта в салоне. Электричество обеспечивается батареей и генератором переменного тока. Первый поддерживает постоянный ток, который потребляется относительно быстро. Во время работы двигателя вторая генерирует мощность, поддерживая постоянный уровень напряжения и тока. Он заряжает аккумулятор и питает устройства.
Что собой представляет генератор в машине?
Генератор является зарядным устройством, без которого невозможно запустить двигатель.
Выход генератора должен быть способен заряжать батарею, в то время как другие потребители работают одновременно. Недостаточная емкость или повреждение приведет к недозарядке аккумуляторной батареи или неполной работе электрических компонентов автомобиля. Это может привести к неправильной работе систем, повреждению и выходу из строя компонентов.
Виды автомобильных генераторов
На автомобилях, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, можно использовать два типа генераторов:
- производящая постоянный ток, такая конструкция была распространена до начала 1960-х годов;
- генерируя переменное напряжение, устройство используется на современном оборудовании.
Особенностью генераторов постоянного напряжения является отсутствие устройства выпрямления тока. Механизмы переменного тока имеют выпрямитель, построенный на полупроводниковых элементах.
Генераторы постоянного тока
Конструкция генераторов постоянного тока позволяет использовать их в качестве электродвигателей. Для этого нужен источник питания к арматуре.
Электрические машины постоянного тока могут быть следующих типов:
- с самовозбуждающей обмоткой, подсоединенной к аккумулятору;
- независимый тип с шунтирующей цепью (параллельное возбуждение);
- независимая схема последовательного соединения, параллельное и последовательное соединение относится к схеме соединения обмоток якоря и статора.
Особенностью большинства автомобильных генераторов постоянного тока является использование положительного полюса в качестве “земли”.
Генераторы постоянного тока имеют ряд недостатков:
- низкое энергопотребление;
- низкая эффективность;
- требуется регулярное техническое обслуживание;
- Недостаточные ресурсы.
Все эти недостатки привели к тому, что электрические машины постоянного тока уступили место под капотами автомобилей более совершенным блокам переменного тока. Машины постоянного тока дольше прослужили на рельсовом транспорте, но даже там их заменили трехфазными блоками переменного тока.
Устройство
Генератор постоянного тока основан на прочном корпусе 18, который действует как статор. Обмотки полюсов 9 установлены внутри. Пазы, предназначенные для позиционирования обмоток, смещены от оси генератора вдоль спиральной линии. Это обеспечивает равномерность магнитного потока и снижает шумы во время работы. Обмотка статора подводится к клемме 6 с маркировкой X и к корпусу генератора. Между обмотками находится вращающаяся арматура 19, снабженная токоприемником 4.
Анкер имеет вал 10, который опирается на два шарикоподшипника 2. Подшипники установлены в передней и задней крышках – 16 и 1 соответственно. Для подачи смазки в подшипники имеются смазочные ниппели 5. Втулки 3, изготовленные из войлока, используются для предотвращения вытекания смазки и попадания пыли. В задней крышке имеются точки крепления держателей щеток 12 с графитовыми щетками 11. Для обеспечения сцепления щеток с коллектором используются пружины 13.
Различают положительные и отрицательные кисти. Положительная часть находится в держателе щетки без изоляции и подключена к корпусу генератора. Отрицательная щетка изолирована от других частей и подключена к клемме 7 (обозначена Y). Доступ к щеткам для осмотра и обслуживания возможен через смотровое окно, которое закрывается при эксплуатации агрегата с крышкой 20. Существуют модели генераторов переменного тока, оснащенные двумя парами щеток и дополнительными обмотками статора. Щетки одинаковой полярности соединены в единую цепь.
В передней части вала арматуры находится шкив 15, который удерживается шпонкой. Шкив крепится гайкой 14, которая у некоторых моделей генераторов фиксируется шплинтом. Для охлаждения внутреннего объема генератора используется вентилятор, лопасти которого обращены назад на приводном шкиве.
Электрическая схема
Ниже приведены три варианта схем генераторов, различающихся по типу возбуждения:
- независимая (а);
- параллельно (b);
- смешанный (с).
Легенда:
- I1 и I2 – это обмотки, установленные на арматуре;
- D1 и D2 являются дополнительными вспомогательными обмотками полюсов;
- Ш1 и Ш2 – это маневровые обмотки;
- С1 и С2 – полевые обмотки последовательно;
- РН – нагрузка.
Принцип работы
Принцип работы автомобильного генератора переменного тока основан на процессе индукции электродвижущей силы во вращающихся обмотках якоря в результате воздействия магнитного поля статора. Напряжение берётся из отдельных полуколец, что позволяет вырабатывать выпрямленный ток без дополнительных устройств.
Крепление и привод
Генераторы устанавливались на автомобили через отдельный кронштейн или непосредственно в боковой части картера двигателя. На двигателях с нижними клапанами агрегат устанавливался на головку цилиндра и использовался для установки вентилятора охлаждения. В этой монтажной компоновке используется ременный привод от шкива, установленного на коленчатом валу. Крепление генератора позволяет изменять угол установки для обеспечения натяжения ремня. На больших двигателях генераторы могут приводиться в движение с помощью кулачковых шестерен.
Генераторы переменного тока
Подавляющее большинство транспортных средств, находящихся в эксплуатации, оснащены генераторами переменного тока. Устройство имеет различную конструкцию и схемы подключения. Устройство обеспечивает высокую мощность и способно работать на более высоких скоростях. Срок службы деталей машин переменного тока значительно выше, чем у блоков постоянного тока.
Устройство
В качестве примера показан генератор ВАЗ 2110. Устройства из других автомобилей могут иметь небольшие различия в дизайне.
Список деталей, показанных на диаграмме:
- 1 – защитный чехол;
- 2 – клемма для подключения генератора к сети;
- 3 – конденсатор подавления помех;
- 4 – выход дополнительных диодов, подключенных к регулятору напряжения;
- 5 – держатель положительного полюса диода;
- 6 – таким же образом для отрицательного полюса;
- 7 – Клеммы обмотки статора;
- 8 – регулятор напряжения;
- 9 – держатель щетки;
- 10 – задняя крышка;
- 11 – передняя обложка;
- 12 – сердечник статора;
- 13 – обмотки статора;
- 14 – распорная втулка;
- 15 – диск;
- 16 – коническая вставка;
- 17 – приводной шкив;
- 18 – крепежная гайка;
- 19 – дерево;
- 20 – передняя опора;
- 21 – наконечники столбов;
- 22 – обмотка арматуры;
- 23 – втулка;
- 24 – винт крепления крышки;
- 25 – задняя опора;
- 26 – втулка подшипника;
- 27 – контактные кольца;
- 28 – отрицательный диод;
- 29 – положительный диод;
- 30 – дополнительный диод;
- 31 – выход дополнительного диодного блока.
Электрическая схема
Ниже приведена схема генератора переменного тока вместе с регулятором напряжения и выпрямителем.
Принцип работы
Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. Когда проводящий проводник проходит через магнитный поток, образуется разность потенциалов, которая может быть удалена с концов проводника. Генерируемое напряжение прямо пропорционально скорости изменения магнитного потока. Источником переменного магнитного поля в генераторе переменного тока является ротор.
Диаграмма ротора:
- 1 – дерево;
- 2 – полюса;
- 3 – контактные кольца;
- 4 – обмотка.
Ротор, показанный на рисунке, имеет контактные кольца для подачи напряжения, с которым соприкасаются щетки. Существуют варианты роторов из намагниченных металлических пластин. Такие конструкции не требуют подачи напряжения, но ток, генерируемый машинами, низок.
Конструкция ротора обеспечивает наличие остаточного магнитного поля, когда обмотки поля не возбуждаются. Значение поля низкое и может обеспечить самовозбуждение генератора только при высокой частоте вращения ротора. Для инициирования намагничивания в обмотку подается кратковременный ток через цепь, к которой подключена контрольная лампа управления работой блока. Когда параметры напряжения достигают требуемого значения, питание отключается, контрольная лампа гаснет, и генератор начинает работать с самообслуживанием.
Электричество поступает от обмоток статора. Так как при вращении ротора обмотки чередуются, на катушку статора воздействует многонаправленный магнитный поток, вызывая переменное напряжение. Частота напряжения зависит от количества оборотов ротора и количества пар полюсов, установленных на нем. Обмотка на статоре трехфазная и соединена звездой или треугольником. Тип соединения зависит от выхода генератора.
Обмоточные провода подключены к полупроводниковому выпрямителю, который способен преобразовывать переменный ток в постоянный. Стандартное устройство должно состоять из шести диодов, соединенных по три с положительным полюсом и заземлением. На современных генераторах переменного тока вместо диодов используются диоды стабилизации для защиты электросистемы автомобиля от скачков напряжения. Кроме того, установлен электронный регулятор напряжения. Необходимо поддерживать напряжение в заданных пределах.
Существуют различные модификации регуляторов напряжения, которые компенсируют потери напряжения, например, на участках проводки между генератором или батареей. Существуют модели, которые регулируют напряжение в зависимости от температуры воздуха. Такая схема обеспечивает оптимизированный процесс зарядки и увеличивает срок службы батареи.
Крепление и привод
Блоки переменного тока монтируются на передней панели электродвигателя. Корпус крепится с помощью специальных кронштейнов, которые могут быть оснащены устройством для натяжения приводного ремня. На некоторых автомобилях натяжение обеспечивается отдельным автоматическим механизмом, генератор жестко крепится к корпусу двигателя 2-4 болтами. В точках крепления имеются распорные втулки для компенсации расстояний между деталями.
Привод осуществляется через клиновой ремень. Клиновые ремни найдены на старых автомобилях. От этой схемы отказались из-за ее неспособности работать на шкивах малого диаметра. Клиновой ремень хорошо работает на всех шкивах, позволяя использовать генераторы переменного тока с высокой скоростью вращения якоря.
Какой ток выдает генератор автомобиля?
На преобразователях имеется заводская табличка, на которой указан предел тока, который может поставляться устройством. Для измерения фактического тока используйте мультиметр и специальный зажим, установленный на жгуте проводов генератора. Зажимы позволяют определять ток в проводнике с высокой степенью точности, не разрушая при этом изоляционный слой.
После установки счетчика двигатель запускается и доводится до высокой скорости, чтобы обеспечить максимальную мощность генератора. Затем необходимо включить утилиты и проследить за изменением тока в проводке. Одновременно включаются одни и те же утилиты, и отмечается изменение параметров тока в цепи. Результат не может быть меньше суммы, полученной при раздельном подключении устройств.
Ток, необходимый для работы самовозбуждающих обмоток, измеряется на проводе этих обмоток. Измерение производится при высокой частоте вращения вала двигателя. Ток в диапазоне 3-7 A считается нормальным.
Неисправности автогенераторов и способы их устранения
Во время работы генератора переменного тока могут возникнуть механические и электрические неполадки. Часто несвоевременная неудача становится причиной других неудач.
Признаки повреждения генератора:
- мигающий или постоянно работающий индикатор заряда при работающем двигателе;
- Недостаточный заряд или перегрузка аккумулятора;
- тусклый свет наружного освещения;
- импульсы свечения лампы;
- Значительное увеличение яркости лампы при увеличении скорости;
- Необычные звуки, исходящие от генератора или передачи.
Механические поломки
Общие неисправности механического характера:
- трещины в приводном шкиве;
- сломанный приводной ремень;
- Износ подшипников якоря, в результате чего генератор останавливается.
Трещины и стружки на шкиве обнаруживаются при визуальном осмотре сборки. Острые края начинают разрушать приводной ремень, который может оттянуться от шкива на поврежденных краях. Сломанный или сломанный шкив должен быть заменен на новый, сборка не подлежит ремонту. Новый шкив должен иметь те же геометрические параметры, что и изношенный.
Поврежденные подшипники арматуры начинают издавать характерный свистящий шум во время работы. Не ждите слишком долго, чтобы отремонтировать его, потому что генератор не будет работать должным образом из-за изменений в зазоре между якорем и статором. В конце концов, арматура может заклинить, что приведет к выходу из строя ремня и повреждению щеток и намотки.
Электрические поломки
Отказ электрической части генераторов:
- истирание щеток скольжения;
- Очистите коллекторную часть ротора генератора;
- Отказ регулятора напряжения;
- Неисправности внутри обмотки статора;
- Зажигание диодного моста выпрямителя;
- разрушение соединительной проводки;
- прожигание или окисление кабельных соединений.
Для проверки работоспособности генератора переменного тока используйте мультиметр или вольтметр, предназначенный для измерения постоянного напряжения 0-20В. Перед началом измерений рекомендуется прогреть агрегат, оставив его работать в течение 10-15 минут на холостом ходу двигателя и при работающем расходе топлива (например, опущенные фары). Напряжение между положительной клеммой генератора переменного тока и заземлением транспортного средства должно измеряться в диапазоне 13,5-14,5 В. Более точная информация содержится в руководстве по ремонту и техническому обслуживанию. Если напряжение отклоняется от стандартного значения, необходимо заменить регулятор напряжения.
Проверяяя напряжение на клеммах батареи, можно обнаружить повреждения соединительной проводки. Для полного измерения необходимо увеличить частоту вращения двигателя до высокой и подключить мощных потребителей энергии (например, фары дальнего света, обогреватели окон и сидений). В этом случае напряжение должно быть близко к значению на регуляторе напряжения. В противном случае необходимо проверить провода и точки подключения.
Функциональность диодного моста проверяется установкой мультиметра на положительную клемму генератора переменного тока и общее заземление в режиме измерения переменного тока. Значение напряжения должно быть в диапазоне 0,5 В. Более высокое напряжение является признаком отказа диодного моста.
Измерение обрыва обмотки генератора производится при отсоединенном аккумуляторе и отсоединенном от положительного полюса аппарата жгуте проводов. Тестер, переключенный в режим амперметра, подключается между клеммой и жгутом. Допускается до 0,5 мА. При высоком токе возможна поломка частей диодного моста или обмоток.
Чтобы проверить обмотки поля, снимите генератор с автомобиля. Работы выполняются при снятом регуляторе напряжения и узле щетки. Перед началом испытания контактные кольца должны быть очищены от грязи. Тест выполняется с помощью мультиметра, установленного в режим омметра. Соединение осуществляется с помощью контактных колец. Нормальное значение сопротивления находится в диапазоне 5-10 Ом. Для измерения сопротивления заземления омметр соединен с кольцами и корпусом. В хорошем состоянии значение сопротивления будет бесконечным, при других значениях – есть неисправность.
Категорически запрещается контролировать работу генераторов переменного тока при коротком замыкании. Такие действия приведут к выходу из строя не только устройства, но и электронных блоков. Рекомендуется диагностировать прибор на носителях, доступных в специализированных центрах. Самостоятельное выполнение этого может привести к дорогостоящему ремонту.
Фотогалерея
Схема подключения автомобильного генератора
Схема электропроводки автомобильных генераторов либо “звезда”, либо “треугольник”. Во втором варианте ток в 1,7 раза выше, поэтому он используется на высокопроизводительных машинах.
Плюс” от генератора подключается к батарее через регулятор напряжения к установочному блоку, к фонарю на приборной панели, показывающему уровень заряда батареи, к вольтметру, к выключателю зажигания.
Основные неисправности автомобильного генератор
Автомобильные электрогенераторы надежны, но неисправности все же случаются. Может быть:
- механический;
- электрический.
Механика включает в себя:
- износ приводного ремня, щеток, проскальзывающих колец, шкива, подшипников;
- Разрушение корпуса, стопорные болты, пружины.
Их можно легко обнаружить по неровностям и другим шумам. Ремонт ограничивается заменой дефектных деталей.
Чаще всего встречаются электрические неполадки:
- неисправность или отказ регулятора напряжения;
- Обрыв, короткое замыкание обмоток на роторе/статоре;
- поломка выпрямителя;
- неисправности реле.
Для выявления неисправностей вам необходимо знать характерные черты:
- Лампа разряда батареи на панели мигает и горит непрерывно;
- Фары тускло светятся, а при работе двигателя раздается дребезжащий звук;
- пронзительный, завывающий звук, исходящий от генератора.
Рекомендуется немедленно идентифицировать дефектную часть. Если регулятор напряжения пробит, батарея постоянно заряжается. Если кольца или щетки неисправны, аккумулятор перезаряжен или недозаряжен и должен быть быстро заменен.
Для самостоятельного диагностирования и ремонта необходимо знать, из чего состоит генератор, как расположены детали, для чего каждая из них, как она работает. Сначала проверяется предохранитель, затем положение блока, целостность корпуса, ремня, проводки, вращение ротора, контактные кольца, щетки.
Среди механических повреждений наиболее распространенным считается повреждение. износ подшипника. Вам необходимо их убрать, оценить состояние сидений, при необходимости заменить на новые. Свист во время ускорения указывает на проблемы с ремнем. Его замена также не очень проста.
Проверка обмоток ротора осуществляется мультиметром, сопротивление должно быть 1,8-5 Ом. Если рисунок ниже, то обмотки укорачиваются, если выше, то обмотки ломаются. Чтобы проверить обмотки статора, отключите их от выпрямителя. Отсутствие контакта обмоток с корпусом обозначается бесконечным значением на счетчике.
Выпрямительные диоды также проверяются с помощью мультиметра путем реверсирования зондов. Полупроводниковая часть неисправна, если показания теста не зависят от положения зондов. При окислении контактов диодный мост должен быть полностью заменен.
Современный автогенератор достаточно сложен, для проверки, диагностики, ремонта лучше обратиться к квалифицированным специалистам, обладающим необходимыми знаниями, используя при работе специальную поддержку, заменяя неисправные детали на соответствующие оригинальные.
Неисправности генератора и способы их устранения
Электрическая система автомобиля имеет тенденцию к поломке. Самые большие проблемы возникают с батареей и генератором.
Если один из этих элементов выйдет из строя, нормальная эксплуатация автомобиля станет невозможной или автомобиль будет полностью обездвижен.
Все отказы генераторов условно делятся на две категории:
- Механика. В этом случае целостность корпуса, пружин, ременного привода и других элементов, не связанных с электрической частью, является проблематичной.
- Электрический. К ним относятся сбои диодного моста, изношенные щетки, замыкания обмоток, сбои реле регулятора и другие.
Теперь давайте подробнее рассмотрим список дефектов и симптомов.
1. Выходной ток заряда недостаточен:
- Проскальзывание приводного ремня. Решение – затяните ремень и проверьте правильность работы подшипников, симптомы – свисток ремня генератора.
- Застрявшие щетки. Хорошо сначала почистить держатель щёток и щётки от грязи и удостовериться в достаточной силе.
- Обрыв цепи возбуждения, перегорание контактного кольца. Первая проблема решается поиском и устранением поломки, вторая – снятием и шлифовкой скользящих колец (при необходимости).
- Отказ регулятора напряжения.
- Ротор зафиксирован на полюсе статора.
- Разомкнутая цепь, соединяющая генератор и батарею.
2. Вторая ситуация.
Когда генератор переменного тока автомобиля обеспечивает необходимый уровень тока, но батарея еще не заряжается.
Для этого может быть много причин:
- Низкое качество заземления между контроллером и главным блоком. В этом случае проверьте качество контактного соединения.
- Неисправное реле напряжения – проверьте и замените.
- Изношенные или свисающие щетки – заменить или очистить от грязи.
- Защитное реле контроллера сработало из-за замыкания на землю. Решение заключается в том, чтобы найти неисправность и устранить проблему.
- Другие причины – жирные контакты, разбитый регулятор напряжения, короткое замыкание в обмотках статора, низкое натяжение ремня.
3. Альтернатор работает, но производит чрезмерный шум.
Возможные неисправности:
- Короткое замыкание между катушками статора.
- Износ седла подшипника.
- Ослабь гайку шкива.
- Разрушение подшипника.
Ремонт автомобильного генератора переменного тока всегда следует начинать с тщательной диагностики проблемы, после чего устранить причину с помощью профилактических мер или замены неисправного агрегата.
Рекомендации по замене
Практика эксплуатации показывает, что замена генератора переменного тока в автомобиле не представляет сложности, но задача требует соблюдения ряда правил:
- Новый прибор должен иметь те же значения силы тока, что и заводской прибор.
- Значения энергии должны быть идентичными.
- Передаточные числа старого и нового блоков питания должны быть одинаковыми.
- Устанавливаемый агрегат должен быть соответствующего размера и легко подключаться к двигателю.
- Схемы генератора переменного тока для новых и старых автомобилей должны быть одинаковыми.
Обратите внимание на то, что устройства, установленные на автомобилях иностранного производства, не имеют такого же крепления, как, например, на генераторе TOYOTA COROLLA и Лада Гранта.
Поэтому, если вы замените иностранный агрегат на изделие отечественного производства, вам потребуется установить новое крепление.
Полезные советы в помощь
Завершая рассказ об автомобильных генераторах, стоит выделить ряд советов о том, что должны и чего не должны делать автовладельцы во время эксплуатации.
Основным моментом является установка, во время которой важно обратить пристальное внимание на полярность соединения.
Если вы ошибетесь в этом вопросе, выпрямитель сломается, и риск пожара возрастет.
Такую же опасность представляет запуск двигателя с неправильно подключенными проводами.
Чтобы избежать проблем во время работы, стоит соблюдать несколько правил:
- Убедитесь, что контакты чистые, а электропроводка автомобиля находится в хорошем состоянии. Обратите особое внимание на надежность соединения. При использовании дефектных контактных проводов уровень напряжения на борту превысит допустимый предел.
- Следите за напряжением генератора. Если напряжение слишком низкое, источник питания не сможет выполнить свое назначение. Если ремень слишком тугой, подшипники быстро изнашиваются.
- При проведении электросварочных работ отбрасывайте провода генератора и аккумулятора.
- Если после пуска двигателя загорается предупреждающая лампа и продолжает гореть, выясните и устраните причину.
Особое внимание следует уделить регулятору напряжения, а также проверке напряжения на выходе источника питания. В режиме зарядки должно быть 13,9-14,5 вольт.
Кроме того, время от времени проверяйте износ и достаточность щеток генератора, состояние подшипников и проскальзывающих колец.
Высота щеток должна измеряться при снятом держателе щеток. Если держатель щетки изношен до 8-10 мм, его необходимо заменить.
Что касается силы пружины, удерживающей щетки, то она должна составлять 4,2 Н (для ВАЗа). Одновременно осмотрите контактные кольца: на них не должно быть следов масла.
Владелец автомобиля также должен помнить ряд запретов, а именно:
- Не оставляйте автомобиль с подключенным аккумулятором, если вы подозреваете отказ диодного моста. Это быстро разрядит аккумулятор и увеличит риск воспламенения жгута проводов.
- Не проверяйте правильность работы генератора, перемыкая его клеммы или отсоединяя батарею при работающем двигателе. Это может привести к повреждению электронных компонентов, бортового компьютера или регулятора напряжения.
- Предотвратите попадание технических жидкостей в генератор переменного тока.
- Не оставляйте устройство включенным, если клеммы батареи извлечены. В противном случае это может привести к повреждению регулятора напряжения и электрической системы автомобиля.
- Быстро заменяйте ремень генератора.
Зная особенности генератора, нюансы его конструкции, основные недостатки и тонкости ремонта, вы можете избежать многих проблем с проводкой и батареей.
Помните, что генератор переменного тока – это сложный агрегат, требующий особого подхода к работе.
Важно постоянно контролировать его, принимать профилактические меры и своевременно (при необходимости) заменять запасные части.
При таком подходе источник питания и сам автомобиль будут работать очень долго.
Рекомендуем прочитать: https://avmotor.ru/kak-proverit-kompressiyu-v-dvigatele/
Be the first to comment on "Принцип работы и схемы подключения автомобильных генераторов"