Принцип работы генератора переменного тока в машине: устройство и действие

Что называют генератором

Генератор (от латинского «производитель») — электромеханическое устройство, преобразующее кинетическую энергию в электрический ток. Выработка электроэнергии – основная задача электрогенератора – источника бесперебойного питания (ИБП).

Что такое электрический генератор?

Примечание. Домашняя генераторная установка — это устройство, которое преобразует энергию сгорания топлива (дизельного топлива, бензина или газа) в электричество.

Из чего состоит генератор

По сути, любой тип электрогенератора состоит из 2-х основных взаимосвязанных частей:

1. двигатель внутреннего сгорания, может быть:

• тяни-Толкай;
• четырехтактный;

1. генератор (сам генератор).

Электрическое генерирующее устройство

Важно знать: Работа генераторных установок сопровождается шумом и выбросами выхлопных газов. Поэтому для его установки требуется отдельное помещение, оборудованное специальной системой вентиляции.

Для чего нужен генератор?

ИБП требуется в следующих случаях:

• для комфортного проживания на дачных участках, когда нет возможности подключения к электрическим сетям;
• при строительных работах на земле – покупка генератора или его аренда обойдутся дешевле, чем покупка необходимых аккумуляторных инструментов;

Использование электрического генератора

• при ремонте автомобиля в гараже;
• во время прогулок и путешествий, отдыха на природе и т д

Однако многие владельцы загородных и загородных домов покупают электрогенератор даже при наличии центрального электроснабжения. Это своего рода «страховка» от отключения электроэнергии или незапланированных аварийных ситуаций. Ведь внеплановое отключение электроэнергии может привести к печальным последствиям: замерзанию системы отопления, выходу из строя автономной канализации и т.д.

Примечание: В случае аварии в городской жизни период затемнения обычно короткий. Обратная ситуация может возникнуть за пределами города. Поэтому многие владельцы частных домов предпочитают иметь «резервный» вариант электроснабжения в виде электрогенератора. Также часто можно встретить в производстве электрогенератор.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток подается на стартер от аккумуляторной батареи. Но сама батарея не вырабатывает энергию, а только накапливает ее и потом отдает. Если использовать только аккумулятор для питания всех потребителей, он быстро разрядится. Генератор автомобиля вырабатывает электроэнергию, заряжает аккумулятор и питает бортовую сеть автомобиля при работающем двигателе (при достижении им определенной частоты вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток с оборотов холостого хода, однако выходит на оптимальный режим работы при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Принцип работы электрогенератора

Работа агрегатов, преобразующих энергию, основана на законе электродвижущей силы (ЭДС) Фарадея. Ученый открыл закон, объясняющий природу возникновения тока в металлическом контуре (каркасе), вращающемся в однородном магнитном поле (явление индукции). Ток также возникает, когда постоянные магниты вращаются вокруг металлической цепи.

Простейшая схема генератора представляет собой вращающуюся металлическую раму между двумя магнитами с разными полюсами. На оси каркаса размещены контактные кольца, которые принимают заряд электрического тока и передают его по проводникам.

Фактически статор (неподвижная часть устройства) состоит из электромагнитов, а ротором служит группа проводников каркаса. Устройство представляет собой реверсивный электродвигатель. Электродвигатель поглощает электрический ток и заставляет ротор вращаться. Электрический генератор, преобразующий кинематическую энергию механического вращения в ЭДС, называется асинхронным генератором.

Классификация генераторов

Генератор переменного тока

Классификация силовых преобразователей дает четкое понятие: что такое генератор электрического тока. Электрогенераторы отличаются следующими характеристиками:

• автономность;
• фаза;
• режим работы;
• объем.

Автономность

Главное преимущество, которым обладает электрогенератор, – это его полная независимость от централизованных поставщиков энергии. Автономность электрооборудования бывает стационарной и мобильной.

Стационарные

Обычно это электростанции с дизельными двигателями. Станции используются для электроснабжения потребителей в местах, удаленных от централизованных электрических сетей.

Стационарные генерирующие станции необходимы для обеспечения производственных процессов, где недопустимы даже кратковременные перебои в электроснабжении.

Мобильные

Электрогенераторы мобильного типа изготавливаются в виде малогабаритных устройств, которые можно перемещать в пространстве. Мобильные станции используются для электросварки, местного освещения, питания бытовой техники и многого другого.

В оснащение входит двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или дизельном топливе. У агрегатов разные габариты. Компактное устройство может переносить один человек. Существуют мобильные установки, которые устанавливаются на специальный автомобильный прицеп.

Фазность

По фазовой структуре электрического потока различают однофазные и трехфазные агрегаты.

Однофазные

Генераторы, вырабатывающие однофазный ток, в первую очередь предназначены для питания бытовых приборов. В большинстве случаев это мобильные устройства. Домовладельцы оборудуют свои частные дома однофазными агрегатами для бытовых нужд (освещение, электроснабжение и т.д.).

Трёхфазные

Источники генерации трехфазного тока используются для питания электрооборудования. В некоторых случаях полученный трехфазный ток делится на фазы. Таким образом, по всему дому проводится разводка для питания приборов.

Важно! Все ветви разделения фаз должны быть равны по потребляемой мощности. Если разница нагрузки велика, генератор быстро выйдет из строя.

Режимы работы

В зависимости от способа эксплуатации агрегаты делятся на основные и резервные.

Основные

Устройства предназначены для непрерывной работы. Мощные электрогенераторы с дизельными двигателями относятся к промышленным установкам. Их устанавливают там, где электричество требуется 24 часа в сутки.

Резервные

Само название агрегатов говорит об их использовании в исключительных случаях, при внезапном отключении централизованного электроснабжения. Запуск генераторов возможен при срабатывании реле, реагирующего на пропадание напряжения в сети электроснабжения от централизованного источника. Резервные устройства рассчитаны на непрерывную работу в течение нескольких часов.

Сфера применения

Генераторы производятся, рассчитанные на две области применения – для быта и производства.

Быт

Сейчас торговая сеть предлагает широкий выбор генераторов для дома. Это однофазные установки, предназначенные для аварийного электроснабжения частных домовладений. Также компактные блоки используются для питания удаленного электрооборудования. Для приборов, использующих цифровую элементную базу, важно качество тока. Устройство должно вырабатывать электроэнергию следующих параметров: 220 В, 1 А, 50 Гц.

Для электросварки используются мощные бытовые агрегаты. Его преимуществом является способность производить большой ток для получения электрической дуги.

Примечание! Если изготовитель не указывает в инструкции к прибору использование электросварки, то его нельзя использовать для сварки. В противном случае генератор выйдет из строя.

Производство

Промышленные цеха, жилые массивы, строительные площадки, больницы и крупные общественные здания оборудуются мощными автономными стационарными генераторами.

Виды бытовых генераторов

Транзисторный генератор

Электротехническая промышленность выпускает три типа бытовых генераторов переменного тока:

• газ;
• бензин;
• дизель.

Газовые

Генераторы газового типа обеспечивают дешевую электроэнергию. Стоимость 1 кВт/час 3 рубля. Газовые агрегаты используются в качестве резервного источника электроэнергии. Устройства предназначены для кратковременного включения при нарушении подачи электрического тока от сети централизованного электроснабжения.

В частных домах используются газовые установки мощностью 5 кВт. Агрегаты оснащены системой автоматического запуска. В случае отключения электроэнергии устройство автоматически включается и восстанавливает напряжение в электросети дома. Генераторы с воздушным охлаждением требуют перерыва после 12 часов непрерывной работы.

Такие преобразователи энергии выгодно устанавливать в центральном газопроводе. Автономная подача компримированного природного газа в помещения связана с рядом условий, таких как наличие в доме газобаллонной службы подачи энергоносителей и технически исправного приемного оборудования.

Одним из преимуществ газовых агрегатов является то, что генераторы работают практически бесшумно, выброс продуктов сгорания топлива сводится к 0.

Газогенераторы установлены вне дома. Для обеспечения бесперебойной работы устройства зимой их помещают в специальные кожухи. Существующие модели имеют жидкостное охлаждение, что позволяет устанавливать их внутри дома.

Бензиновые

Бензиновые генераторы в основном выпускаются мощностью не более 20 кВт. Устройства применяются для аварийного электроснабжения загородных домов, коттеджей, а также для питания переносного электроинструмента, малой техники и т.п. Генераторы могут поддерживать локальное освещение, парковку и коммерческие помещения.

Дополнительная информация. Стандартное топливо агрегатов – бензин АИ-92. Кратковременно в бак оборудования можно заливать бензин АИ-76 и АИ-95.

Бензиновые генераторы могут быть мобильными и стационарными. Особо мощные тяжелые установки оснащаются колесной парой. В зависимости от модели устройства оснащены ручным запуском или стартером. Для снижения шума от двигателя внутреннего сгорания прибор помещен в звукопоглощающий кожух.

Дизельные

Дизельные генераторы – это устройства, мощность которых достигает до 3 мВт. Агрегаты могут служить постоянным источником электроэнергии для загородных домов и коттеджей. Автономные дизельные источники переменного электрического тока питают мощное деревообрабатывающее оборудование, станки различного назначения. Дизельные генераторы могут снабжать электричеством целые города.

Дизельные установки изготавливаются в стационарном и мобильном вариантах. Блоки очень шумные. По этой причине в некоторых случаях их помещают в специальные звукоизоляционные кожухи.

По сравнению со своими бензиновыми аналогами дизельные генераторы потребляют меньше топлива, которое дешевле бензина. Дорогие модели могут контролировать управление процессом выработки электроэнергии, автоматически запускаться в работу при возникновении аварийных ситуаций в центральной сети электроснабжения.

Современный рынок электротехники представлен широким ассортиментом генераторов переменного тока. Модели различных энергосистем с широким диапазоном мощностей удовлетворят любые требования потребителей.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в реверсивном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два типа: компактные и традиционные. Они имеют общую конструкцию, но отличаются компоновкой корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также современные устройства имеют три фазы.

Генерирующее 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;
• кисть узел

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

Корпус содержит все основные элементы генератора. Состоит из двух крышек (передней и задней). Крышки прикручены друг к другу. Для изготовления крышек используются легкие алюминиевые сплавы, которые не намагничиваются и хорошо рассеивают тепло. Крышки имеют вентиляционные отверстия и монтажные фланцы.

На задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также на задней крышке есть выходной контакт, через который идет ток от генератора.

Привод

Вращение коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Скорость шкива в 2-3 раза выше скорости коленчатого вала. Крутящий момент от двигателя передается через ременную передачу. В зависимости от конструкции могут использоваться поликлиновые и клиновые ремни. Ремень Poly V считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, создающая магнитное поле, а по сути это обычный электромагнит. Обмотка расположена между двумя половинками полюсов (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половинок имеет по шесть треугольных выступов, называемых шипами. На валу ротора также есть два медных контактных кольца. Иногда их изготавливают из стали или латуни. Через контактные кольца обмотка возбуждения получает энергию от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится ведущий шкив, а на другом конце он прикреплен к крыльчатке вентилятора. Их может быть два. Они необходимы для охлаждения внутренних частей генератора. Кроме того, на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шарикоподшипники.

Статор

Статор

Конструктивно статор имеет кольцевую форму. Это основная часть, которая служит для создания переменного тока из магнитного поля ротора. Он состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь сердечник состоит из соединенных между собой стальных пластин, в которых образовано 36 пазов. В пазах намотаны три обмотки, образующие трехфазное соединение. Схем соединения обмоток может быть две: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединяются в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выходят отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока от генератора в постоянный, необходимый для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он генерирует стабильное и равномерное напряжение.

Диодный мост

Блок, также называемый диодным мостом, состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу по два диода. Сами диоды герметично запаяны на обкладках. Диодный мост имеет форму подковы.

Из обмотки статора ток поступает в диодный мост, затем «выпрямляется» и подается на выходной контакт на задней крышке.

Ток протекает через диоды только в одном направлении, а токи обратной полярности отсекаются. Диодный мост может располагаться в корпусе генератора или выниматься из корпуса. Но чаще всего он монтируется внутри задней крышки.

Шкив

Шкив через приводной ремень передает крутящий момент на генератор от коленчатого вала. Размер шкива определяет передаточное отношение, чем больше его диаметр, тем меньше энергии уходит на вращение генератора. Современные автомобили движутся к обгонной муфте, назначение которой — сглаживание колебаний при вращении шкива при сохранении натяжения и целостности ремня.

Регулятор напряжения

Регулятор удерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях используются полупроводниковые электронные стабилизаторы напряжения. Они устанавливаются поверх блока щеткодержателя.

Регулятор напряжения и щеточный узел

При работе двигателя на высоких оборотах напряжение в обмотке статора может доходить до 16 В. Такое напряжение нельзя подавать в бортовую сеть. Для устранения этого регулятор напряжения, получая ток от аккумулятора, будет уменьшать его значение. Небольшой ток в обмотке ротора создаст такое же небольшое магнитное поле. Это означает, что напряжение на обмотке статора уменьшится.

Щеточный узел

Щеточный комплект на современных генераторах совмещен с регулятором напряжения в неразборном механизме. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, состоящая из щеткодержателя, двух графитовых щеток и пружин сжатия.

Устройство генератора постоянного тока

Чтобы узнать, что такое генератор постоянного тока, устройство и принцип работы, вернемся немного назад. Мы уже выяснили, как работает генератор. Рассмотрим подробнее процесс возникновения ЭМП. Когда ротор вращается, у нас есть один цикл, равный одному обороту ротора, или 360°. Давайте посмотрим, что происходит в этом цикле:

• 0° — ЭДС =0
• 90° — ЭДС достигает своего максимального значения со знаком «+»
• 180° — ЭДС снова равна 0
• 270° — ЭДС достигает максимального значения со знаком «-»

Как сделать так, чтобы полярность напряжения не менялась? Великие умы придумали следующее: использовать коллектор, то есть снимать напряжение только нужной полярности. Помните, мы говорили, что в генераторе переменного тока работает обмотка статора, а обмотка возбуждения находится на роторе. Так, в генераторе постоянного тока напряжение снимается только с ротора, который называется якорем.

Схема генератора постоянного тока

Если у такого генератора всего одна пара полюсов, как на изображении, мы получим пульсирующее постоянное напряжение, где частота будет вдвое больше скорости вращения. То есть, если скорость вращения 50 оборотов в секунду, то частота пульсаций будет 100 Гц.Чтобы уменьшить пульсации напряжения, увеличьте количество пар полюсов.

С момента изобретения генератора постоянного тока схематически и по принципу действия мало что изменилось, изменилась только технология изготовления, и теперь он выглядит так:

Основные виды генераторов постоянного тока

В настоящее время все большую популярность набирают бесколлекторные двигатели постоянного тока. Возможен ли бесколлекторный генератор? К сожалению, этот вопрос до сих пор не решен. Поэтому, если вы где-то увидите название «Бесщеточный генератор постоянного тока», знайте, что это генератор переменного тока с выпрямителем.

По этой причине генераторы постоянного тока характеризуются только типом возбуждения:

1. Генераторы, возбуждаемые магнитами. Такие генераторы не могут развивать большую мощность, поэтому они нашли применение только там, где требуется небольшая мощность. И, конечно же, использование магнитов значительно удешевляет такие генераторы.
2. Независимое возбуждение. Как и в генераторах переменного тока, для возбуждения используется внешний источник питания, не подключенный к генератору.
3. Зависимое возбуждение, которое подразделяется на три типа:
   • Параллельное возбуждение. Как следует из названия, обмотка возбуждения в таком генераторе включена параллельно обмотке якоря. Иногда этот вид возбуждения называют шунтирующим.
   • Постоянное волнение. Здесь обмотка возбуждения включена гирляндой последовательно с обмоткой якоря. Этот тип иногда называют серией.
   • Смешанное или составное возбуждение. Обмотка возбуждения таких генераторов состоит из двух частей, первая подключается байпасным способом, вторая — последовательным.

Генераторы с независимым возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора с независимым возбуждением

Принцип работы этого генератора достаточно прост. Однако простота генератора имеет свой недостаток: он требует внешнего независимого источника питания. Якорь генератора разгоняют до необходимой скорости, затем с помощью реостата начинают возбуждать генератор. В обмотках якоря возникает ЭДС и при подключении нагрузки начинает течь ток.

Нагрузочная способность такого генератора очень хорошая. Как правило, разница между напряжением холостого хода при не подключенной нагрузке и напряжением при номинальной нагрузке генератора при полной нагрузке потребителя составляет всего 5-10%.

Преимущество генератора с независимым возбуждением состоит в том, что его можно запускать под нагрузкой, т е при подключенных электроприборах.

Генераторы с параллельным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Цепь генератора параллельного возбуждения

Генератор с параллельным включением обмотки возбуждения, в принципе, также имеет хорошие нагрузочные характеристики, хотя и несколько хуже, чем у схем с раздельным возбуждением — на 10-30 %. Цепи с зависимым возбуждением имеют одну особенность: для возникновения возбуждения металл генератора должен иметь остаточную намагниченность. Достаточно 2-3% остаточной намагниченности, чтобы начался процесс самовозбуждения. Разумеется, в этом случае направление обмотки возбуждения должно совпадать с направлением остаточного намагничивающего поля.

Якорь генератора вращается с номинальной скоростью, за счет остаточной намагниченности происходит самовозбуждение, то есть в цепи обмотки возбуждения генератора возникает ЭДС, появляется небольшой ток. ЭДС увеличивается, поэтому ток снова увеличивается и это происходит до тех пор, пока не будет достигнут баланс между падением напряжения в обмотке генератора и падением напряжения в обмотке возбуждения.

Есть особенность в работе генератора. Если плавно увеличивать нагрузку вплоть до короткого замыкания, то в какой-то момент мощность генератора достигнет максимальных значений и затем уменьшится. На самом деле, если короткое замыкание организовать в момент номинальной нагрузки генератора, ничего страшного не произойдет. Но если это делать при небольшой нагрузке, то ток короткого замыкания достигает критических значений 8-10 In, а значит такие генераторы настоятельно рекомендуется защищать от коротких замыканий всеми возможными способами.

Такие генераторы используются чаще всего, потому что они не требуют внешних источников питания, имеют хорошую пропускную способность и позволяют регулировать ток возбуждения.

Генераторы с последовательным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Цепь генератора последовательного возбуждения

Поскольку ток обмотки возбуждения в этом случае равен току в цепи и поэтому достигает больших значений, обмотка возбуждения выполнена из толстого провода и имеет меньше витков, чем в двух предыдущих схемах. Принцип работы такой же, как и у предыдущей схемы. Обмотка и удерживающее поле должны совпадать по направлению. При раскручивании якоря с номинальной частотой возникает ЭДС, ток увеличивается и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Но здесь есть небольшой нюанс. Ток обмотки возбуждения зависит от тока нагрузки, и ток возбуждения невозможно регулировать. А это приводит к тому, что напряжение тоже сильно меняется. Здесь мы получаем настоящий генератор тока, а не генератор напряжения. По этой причине область применения генератора с последовательным возбуждением весьма ограничена.

Генераторы со смешанным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора смешанного возбуждения

Этот тип соединения необходимо рассмотреть более подробно. Обмоток у нас две, а значит их можно включать как согласованно, так и в противоположные стороны. Здесь я приведу график внешних характеристик такого генератора, и мы их рассмотрим.

График внешних характеристик генератора постоянного тока смешанного возбуждения

Итак, раскручиваем якорь на номинальной скорости. Остаточная намагниченность возбуждает параллельную обмотку, генератор выходит на рабочий режим. Теперь, если мы подключим нагрузку, а последовательная обмотка будет включена согласованно, то возникнет дополнительный ток возбуждения. Последовательная обмотка становится как бы опорой или опорой. Такой тип включения, если последовательная обмотка рассчитывалась как компенсационная, позволяет достаточно жестко удерживать напряжение в заданных пределах. На графике это очень хорошо видно на кривой №1.

Если требуется получить определенный запас по напряжению, например, генератор находится на значительном расстоянии от потребителя и необходимо учитывать потери в кабельных линиях, то число витков в катушке возбуждения увеличивают на Серия. Таким образом, мы получаем более крутую внешнюю характеристику, но поддерживать напряжение на номинальных нагрузках все равно сложно. Это видно на кривой №2.

Для сравнения на кривой №3 показана внешняя характеристика генератора только с параллельным возбуждением.

Так почему же необходимо включать противоположные катушки привода? Если посмотреть на кривую №4, то можно догадаться, что в случае короткого замыкания ток увеличивается до определенного момента, а затем начинает уменьшаться. Из графика видно, что ток даже не достигает номинального значения, то есть около 0,7 In. При таком варианте зажигания обмоток генератор можно использовать без риска повреждения от частых коротких замыканий, например сварки.

К сожалению, все схемы, использующие зависимое возбуждение, имеют существенный недостаток. Так как это сложно назвать возбуждением, скорее это самовозбуждение, запуск таких генераторов вместе с нагрузкой невозможен. Как я уже говорил ранее, возбуждение происходит за счет остаточной намагниченности, которая составляет буквально 2-3%. Это означает, что если к выходам генератора подключить нагрузку, то ток будет стремиться идти по пути наименьшего сопротивления, то есть по самой нагрузке. Другими словами, вместе с нагрузкой тока будет недостаточно для формирования магнитного поля.

Параметры генератора

Работа генератора оценивается по нескольким параметрам:

• номинальный ток и номинальное напряжение;
• номинальная частота возбуждения;
• частота самовозбуждения;
• коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Текущая скоростная характеристика показывает зависимость силы тока от скорости генератора.

Функция генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При отключении всех потребителей без нагрузки в состоянии покоя мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3 В — 15,5 В. Если напряжение после запуска двигателя выше 14 В, это может свидетельствовать о разряде аккумулятора и зарядить его с генератор. При поочередном включении потребителей (фары, отопление, кондиционер и т.п.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно опускаться ниже 12,8В. Если значение меньше, батарея начнет разряжаться. Если же напряжение, наоборот, очень высокое (14 В и выше), это может привести к выходу из строя аккумулятора. При этом на выходе 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 от 13,5 В до 14 В. Если оно меньше, это может свидетельствовать о неисправности устройства. Допустимый предел 13В.

На изображении ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Принцип работы генератора переменного тока в автомобиле

Теперь давайте подробнее рассмотрим, как работает генератор в автомобиле. При включении зажигания на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через набор щеток он поступает в медные контактные кольца, а затем в обмотку возбуждения ротора. Помните, что ротор на самом деле представляет собой электромагнит, создающий магнитное поле. Коленвал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора находится статор, который от вращения начинает генерировать 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. Итак, генератор автомобиля обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при увеличении частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильный заряд.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загораться при обрыве ремня. Тогда сетевое питание будет проходить только через батарею. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда аккумулятора.

Схема подключения

Схема разделена на силовую и управляющую цепи. Мощный выход генератора подключается непосредственно к плюсовой клемме аккумулятора через силовой разъем кабеля большого сечения, закрепленный гайкой на болте.

В большинстве случаев тонкий контрольный провод просто подключается к цепи зажигания через контрольную лампочку. Есть и другие схемы, когда лампочка имеет собственное управление от специально предусмотренного контакта в корпусе.

Схема автомобильного генератора ВАЗ 2106:

1 — прижимная втулка;	14 — выход «67»
2 — втулка	15 — штекер нулевого провода
3 — втулка амортизатора	16 – шпилька крепления генератора
4 — задняя крышка	17 — крыльчатка вентилятора
5 — винт крепления выпрямительного блока	18 — шкив
6 — выпрямительный блок	19 — пластины
7 — вентиль (диод)	20 — кольцо
8 — задний подшипник	21 — передний подшипник
9 — контактные кольца	22 — обмотка ротора
10 — вал ротора	23 — ротор
11 — кисти	24 — обмотка статора
12 — вывод «30»	25 — статор
13 — щеткодержатель	26 — крышка

Схема автомобильного генератора ВАЗ 2110:

1 — кожух	17 — шкив
2 — розетка «В+» для подключения потребителей	18 — гайка
3 — помехоподавляющий конденсатор 2,2 мкФ	19 — вал ротора
4 — общий вывод дополнительных диодов (подключен к выводу «D+» регулятора напряжения)	20 — передний подшипник вала ротора
5 — плюсовая диодная опора выпрямительного блока	21 — полюсные наконечники ротора пиковые
6 — минусовая диодная опора выпрямительного блока	22 — обмотка ротора
7 — провода обмотки статора	23 — рукав
8 — регулятор напряжения	24 — стяжной винт
9 — щеткодержатель	25 — задний подшипник ротора
10 — задняя крышка	26 — втулка подшипника
11 — крышка	27 — контактные кольца
12 — сердечник статора	28 — минусовой диод
13 — обмотка статора	29 — плюсовой диод
14 — дистанционный дверной звонок	30 — дополнительный диод
15 — шайба	31 — вывод «Д» (общий вывод дополнительных диодов)
16 — коническая шайба

Схема соединений системы генератора

1 — генератор; 2 — минусовой диод; 3 — дополнительный диод; 4 — плюсовой диод; 5 — контрольная лампа разряда аккумуляторной батареи; 6 — комбинация приборов; 7 — вольтметр; 8 — монтажный блок; 9 — добавочные резисторы 100 Ом, 2 Вт; 10 — реле зажигания; 11 — выключатель питания; 12 — батарея; 13 — конденсатор; 14 — обмотка ротора; 15 — регулятор напряжения

Основной задачей ротора является создание вращающегося магнитного поля, для этого на оси ротора расположена обмотка возбуждения. Надевается на две половинки шеста, каждая половина шеста имеет по шесть выступов, они называются шипами. На валу также есть контактные кольца, их два, и именно через них осуществляется питание обмотки возбуждения. Кольца чаще всего изготавливаются из меди, довольно редко встречаются стальные кольца или латунные кольца.

Выводы обмотки возбуждения приварены непосредственно к кольцам, на валу ротора размещены одна или две крыльчатки вентилятора (их количество зависит от конструкции), закреплен ведомый ведущий шкив. Два необслуживаемых шарикоподшипника составляют подшипниковый узел ротора. Роликовый подшипник также может быть расположен сбоку от контактных колец на валу.

Статор необходим для создания переменного электрического тока, он сочетает в себе металлический сердечник и обмотки, сердечник изготовлен из пластин, они из стали. Имеет 36 пазов для обмоток, обмотки размещаются в этих пазах, их три, они образуют трехфазное соединение. Существует два способа размещения обмоток в пазах: волновой метод и петлевой метод. Обмотки соединены друг с другом по схемам «звезда» и «треугольник».

Какие есть схемы:

1. «Звезда» — один из концов обмоток соединен в одной точке, а другие концы являются выводами.
2. «Треугольник» — кольцевое соединение концов обмоток в последовательность, выводы выходят из точек соединения.

Большинство конструктивных элементов генератора расположены в раме. Состоит из двух крышек — передней и задней. Передняя часть расположена со стороны ведущего шкива, задняя — со стороны контактного кольца. Крышки прикручены друг к другу. Изготовление крышек чаще всего практикуется из алюминиевого сплава. Он немагнитный, легкий и может легко рассеивать тепло. На поверхности крышек имеются вентиляционные окошки и две или одна опорная ножка. В зависимости от количества опор крепление генератора называют одноопорным или двуопорным.

Комплект щеток служит для обеспечения передачи тока возбуждения на контактные кольца. Он состоит из двух графитовых щеток, прижимающих их пружин и щеткодержателя. В современных машиногенераторах щеткодержатель расположен с регулятором напряжения в едином неразборном блоке.

Выпрямительный блок выполняет функцию преобразования синусоидального напряжения, вырабатываемого генератором, в постоянное напряжение бортовой сети автомобиля. Это пластины, которые действуют как радиаторы, с установленными диодами. На блоке шесть силовых полупроводниковых диодов, по два диода на каждую фазу, один на «плюсовой» вывод и один на «минусовой» вывод генератора.

Во многих генераторах обмотка возбуждения подключается через отдельную группу, состоящую из двух диодов. Эти выпрямители предотвращают протекание тока разряда аккумулятора через катушку, когда двигатель не работает.

При соединении обмоток по принципу «звезда» на нулевой вывод устанавливаются два дополнительных силовых диода, что позволяет увеличить мощность генератора до 15 процентов. Блок выпрямителя подключается к цепи генератора на специальных монтажных площадках методом пайки, пайки или болтового соединения.

Регулятор напряжения: его цель — удерживать напряжение генератора в определенных пределах. В настоящее время генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными (или встроенными) регуляторами напряжения.

Конструкции регуляторов напряжения

• гибридная конструкция – использование радиоэлементов и электронных устройств в электронной схеме совместно;
• интегрированная конструкция: все компоненты регулятора (кроме выходного каскада) изготовлены по технологии тонкопленочной микроэлектроники.

Стабилизация напряжения, необходимая при изменении частоты вращения коленчатого вала нагрузки и двигателя, осуществляется автоматически за счет воздействия на ток в обмотке возбуждения. Регулятор управляет частотой импульсов тока и длительностью импульсов.

Регулятор напряжения производит изменение напряжения, подаваемого на зарядку аккумулятора, за счет температурной компенсации напряжения (в зависимости от t возд.). Чем выше температура воздуха, тем меньшее напряжение уходит на аккумулятор.

Генератор приводится в движение ременной передачей, она обеспечивает вращение ротора со скоростью, превышающей скорость вращения коленчатого вала в два-три раза. В разных конструкциях генератора может использоваться поликлиновой или клиновой ремень:

1. Клиновой ремень имеет предпосылки для быстрого износа (в зависимости от конкретного диаметра шкива), так как диапазон клинового ремня ограничен размером ведомого шкива.
2. Поликлиновой ремень считается более универсальным, применимым для малых диаметров ведомого шкива, с его помощью достигается более высокое передаточное отношение. Современные модели генераторов имеют в своей конструкции поликлиновой ремень.

Есть генератор, называемый индуктором, то есть без щеток. Он имеет ротор, состоящий из набора уплотненных тонких пластин из трансформаторного железа, так называемый магнитомягкий пассивный ротор из ферромассы. Обмотка возбуждения размещена в статоре. За счет изменения магнитной проводимости воздушного зазора между статором и ротором в указанном генераторе получается электродвижущая сила.

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в машине, то генератор может не справиться с нагрузкой, и часть мощности будет обеспечивать аккумулятор.

Для расчета мощности генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I*U, где P — мощность, I — ток, U — напряжение.

Узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В — 14,2В. Фактическая прочность разных моделей может различаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение 100А.

По формуле получаем 13,5 В * 100 А = 1350 Вт или 1,35 кВт. Это мощность генератора, которая измеряется в ваттах. Также следует учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, с 3000 об/мин. В состоянии покоя выходная мощность составляет 75% от максимально возможной. Считается, что 80А достаточно для автомобиля. Если вы используете более мощный автогенератор, встроенная сеть может не справиться с нагрузкой. Это необходимо учитывать. Больше мощности не всегда полезно.

Тонкости крепления

Генераторная установка фиксируется с помощью специального кронштейна и болтового соединения.

Сам узел крепится к передней части двигателя, благодаря специальным ножкам и проушинам.

Если на автомобильном генераторе предусмотрены специальные ножки, то последние располагаются на кожухах двигателя.

В случае использования одной фиксирующей ножки она размещается только на передней крышке.

В стопе, установленной сзади, как правило, имеется отверстие с установленной дистанционной втулкой.

Задача последнего — ликвидировать зазор, образующийся между прикладом и креплением.

Сборка генератора Ауди А8.

И так агрегат устанавливается на ВАЗ 21124.

Признаки неисправности генератора

В процессе эксплуатации автомобиля на генераторе могут возникать различные проблемы, механические или электрические. В первую группу входит износ деталей устройства, во вторую группу входят различные проблемы с обмоткой, щетками, выход из строя выпрямителя напряжения, реле-регулятора и т.д.

Своевременно выявить надвигающуюся или уже наступившую поломку генератора можно по следующим симптомам:

1. Затрудненный запуск двигателя. Если генератор не работает нормально, эффективность подзарядки аккумулятора часто прерывается. В результате он получает недостаточную или чрезмерную нагрузку, из-за чего запустить двигатель становится весьма проблематично.
2. Тусклый или мерцающий свет. Если при движении ночью вы заметили, что фары светят недостаточно ярко или интенсивность создаваемого ими света меняется в зависимости от уровня оборотов двигателя, это говорит о том, что генератор не может обеспечить требуемую мощность и напряжение
3. На приборке загорелся индикатор «Батарея». Этот значок всегда загорается перед запуском двигателя, после чего должен погаснуть. Однако, если он продолжает гореть даже при работающем двигателе, это указывает на то, что аккумулятор не заряжается должным образом.
4. Ременной привод генератора шумный. Многие автолюбители слышали неприятный шипящий звук, исходящий из двигателя, пока он еще не прогрелся. Это может свидетельствовать о слабом натяжении приводного ремня, передающего вращение двигателя на ротор генератора. Эксплуатация автомобиля в этом режиме может привести к снижению КПД генератора.
5. Неприятный звон или шипение из корпуса генератора. Такие странные звуки говорят об износе подшипников. В результате ротор может начать заедать.

Основные неисправности

Устройство достаточно надежное и должно работать долго, но некоторые узлы могут выйти из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механическую или электрическую природу.

Поскольку генератор автомобиля и аккумулятор работают неразрывно, при выходе из строя любого из устройств загорится лампа разряда аккумулятора, а также может загореться индикатор «Check Engine». Проверить состояние аккумулятора и диагностировать неисправность можно с помощью универсального автомобильного сканера Rokodil ScanX Pro.

Рокодил ScanX Pro

На неисправность, связанную с генератором или плохой электрический контакт в цепи управления, часто указывают ошибки Р0620 и Р0622.

Механические неисправности

Основной возможной неисправностью может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение коленчатого вала не будет передаваться на ротор. Весь заряд берет на себя батарея, которая начнет разряжаться. Это отобразит контрольную лампу на автомобиле. Во избежание разрыва ремешка следует периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может происходить простой износ графитовых щеток. В этом случае необходимо менять весь комплект щеток.

Сложности при пуске мотора

Несмотря на то, что для запуска двигатель работает исключительно от аккумуляторной батареи, затрудненный запуск может указывать на утечку тока или на то, что аккумуляторная батарея не заряжается должным образом. Стоит учитывать, что короткие поездки будут потреблять много энергии и за это время аккумулятор не восстановит свой заряд.

Если с каждым днем ​​машина заводится все хуже, а поездки длительные, то нужно обратить внимание на генератор. Но неисправность генератора также может быть связана не только с недостаточной зарядкой, но и с перегрузкой аккумулятора. В этом случае необходимо заменить реле-регулятор, отвечающее за поддержание определенного выходного напряжения.

Горит пиктограмма на приборной панели

Чтобы предупредить водителя о недостаточной зарядке и других проблемах, связанных с блоком питания, производители разместили на приборной панели значок с изображением аккумулятора. Если этот значок загорается, это означает, что в автомобиле серьезные проблемы с электричеством.

В зависимости от состояния и типа аккумулятора без подзарядки (только от емкости аккумулятора) автомобиль может проехать несколько десятков километров. На каждом аккумуляторе производитель указывает, сколько времени батарея проработает без подзарядки.

Даже если все потребители электроэнергии отключены, аккумулятор все равно будет разряжен, так как электричество необходимо для создания искры в цилиндрах (или нагрева воздуха в дизельном агрегате). При загорании значка аккумулятора следует немедленно отправиться в ближайший автосервис или вызвать эвакуатор (некоторые типы аккумуляторов, устанавливаемые в современных автомобилях, не подлежат восстановлению после глубокой разрядки).

Свистит приводной ремень

Такой звук часто появляется сразу после запуска двигателя в сырую погоду или после преодоления глубокой лужи. Причиной такого эффекта является ослабление натяжения ремня генератора. Если после натяжки ремень со временем снова начал свистеть, необходимо установить, почему он так быстро ослабевает.

Ремень генератора должен быть хорошо натянут, так как при включении разных потребителей он создает большее сопротивление вращению вала (для выработки большего количества электроэнергии, как в обычной динамо-машине).

На некоторых современных автомобилях натяжение ремня обеспечивается автоматическим натяжителем. В простейшей конструкции автомобиля этот элемент отсутствует, и натяжение ремня необходимо производить вручную.

Ремень перегревается или разрушается

Перегрев или преждевременный выход из строя приводного ремня указывает на его перегрузку. Конечно, водителю не нужно каждый раз проверять температуру привода генератора, но если отчетливо слышен запах горелой резины и появляется легкий дым в моторном отсеке, необходимо проверить состояние приводного ремня.

Часто ремень изнашивается преждевременно из-за выхода из строя подшипника вала генератора или промежуточных шкивов, если они предусмотрены конструкцией. Разрыв ремня генератора в некоторых случаях может привести к обрыву фаз газораспределения из-за того, что деталь попала под ремень ГРМ.

Звенящий или шуршащий звук из-под капота

Каждый генератор снабжен подшипниками, обеспечивающими постоянное расстояние между обмотками ротора и статора. После запуска двигателя подшипники постоянно вращаются, но в отличие от многих деталей двигателя внутреннего сгорания не получают смазки. Вот почему они становятся холоднее.

Из-за постоянного нагрева и механических нагрузок (ремень должен быть сильно натянут) подшипники могут потерять смазку и быстро выйти из строя. Если при работе генератора или при увеличении нагрузки появляется гул или металлический скрип, подшипники подлежат замене. В некоторых модификациях генераторов имеется обгонная муфта, сглаживающая крутильные колебания. Этот механизм также часто дает сбои. Генератор необходимо снять, чтобы заменить подшипники или муфту свободного хода.

Электрические неисправности

Электрические проблемы в генераторе распространены и их трудно заметить. Возможно короткое замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Регулятор напряжения может выйти из строя, что чревато большими проблемами для всей электроники и аккумуляторов. Так называемый пробой диодного моста тоже происходит по разным причинам. Не выключайте генератор или аккумулятор при работающем двигателе. Также следует проверить надежность соединений, почистить клеммы и т.д.

Каждому водителю необходимо знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Компоненты генератора нуждаются в регулярном контроле. Проверьте натяжение и состояние приводного ремня, подключение устройства, напряжение и многое другое. При правильном уходе устройство прослужит вам долгие годы.

Тусклый или мерцающий свет фар

При работе генератор должен полностью обеспечивать электропитанием все потребители, находящиеся в автомобиле (кроме мощных внешних устройств, наличие которых заводом-изготовителем не предусмотрено). Если во время поездки водитель замечает, что фары потускнели или замерцали, это признак неисправности генератора.

Такой генератор может выдать обычную нагрузку, но может не справиться с более высокой нагрузкой. Подобную неисправность можно заметить по мерцанию или тусклому свету подсветки панели приборов.

Электрический гул

Этот звук похож на звук больших электродвигателей, например, установленных в троллейбусах. При появлении такого звука необходимо разобрать генератор и проверить состояние его обмоток. В основном он появляется при замыкании обмотки статора.

Как проверить автомобильный генератор

Если ремонт генератора все же лучше доверить профессионалам, то проверку можно провести самостоятельно. Первый метод диагностики — использование мультиметра:

1. Замеряем напряжение на клеммах аккумулятора при выключенном двигателе; должно быть около 12,7В;
2. Заводим двигатель не подавая бензина, отключаем все электроприборы (кондиционер, аудиосистему и т.д.);
3. Снова измеряем напряжение аккумулятора: при работающем двигателе оно должно быть от 13,8 до 14,5 В (на некоторых двигателях до 14,8 В);
4. Поставляем груз: фары, кондиционер, аудиосистему, противотуманки и т.д.;
5. Снова измеряем напряжение: оно должно упасть до 13,7-14 В. Если показания мультиметра ниже, то это говорит о том, что генератор неисправен.

Можно также обратиться к «дедовскому» методу. Для этого заводим двигатель, включаем небольшую нагрузку (например, фары) и, не выключая зажигания, снимаем минусовую клемму аккумулятора. Если двигатель не останавливается, лампочки не гаснут, то это означает, что генератор обеспечивает достаточную мощность для двигателя. Если машина останавливается после снятия клеммы, это говорит о том, что генератор не работает.

Рекомендации по замене

Практика эксплуатации показывает, что поменять автомобильный генератор несложно, но для решения проблемы необходимо соблюдать ряд правил:

• Новое устройство должно иметь те же текущие параметры скорости, что и заводское устройство.
• Показатели мощности должны быть идентичными.
• Передаточные числа старого и нового блока питания должны совпадать.
• Устанавливаемый блок должен быть надлежащего размера и легко подсоединяться к двигателю.
• Схемы нового и старого автомобильного генератора должны совпадать.

Обратите внимание, что навесные устройства иностранного производства крепятся иначе, чем отечественные, например, как в генераторе TOYOTA COROLLA
и Лада Гранта
.Следовательно, при обмене иностранного агрегата на отечественный товар придется устанавливать новое крепление.

Полезные советы в помощь

В завершение рассказа об автомобильных генераторах стоит выделить ряд советов, что необходимо и чего нельзя делать автовладельцам во время эксплуатации.

Основным моментом является установка, при которой важно с предельным вниманием подойти к подключению полярности.

Если ошибиться в этом вопросе, выпрямительное устройство выйдет из строя и возрастет риск возгорания.

Запуск двигателя с неправильно подключенными кабелями таит в себе аналогичную опасность.

Во избежание проблем при эксплуатации необходимо соблюдать ряд правил:

• Следите за чистотой контактов и проверяйте состояние электропроводки автомобиля. Обратите особое внимание на надежность соединения. В случае использования неисправных контактных проводов уровень бортового напряжения превысит допустимый предел.
• Следите за генератором. При слабом напряжении блок питания не сможет выполнять свои задачи. Если перетянуть ремень, вам грозит быстрый износ подшипников.
• Выбрасывайте кабели генератора и аккумуляторной батареи при выполнении электросварочных работ.
• Если контрольная лампа загорается и продолжает гореть после запуска двигателя, выясните и устраните причину.

Особое внимание следует уделить реле-регулятору, а также проверке напряжения на выходе блока питания. В режиме зарядки этот параметр должен быть на уровне 13,9-14,5 вольт.

Также периодически проверяйте износ и достаточность щеток генератора, состояние подшипников и контактных колец.

Высоту щеток следует измерять при снятой опоре. Если последний износился до 8-10 мм, требуется замена.

Что касается усилия удерживающих щетки пружин, то оно должно быть на уровне 4,2 Н (для ВАЗ). Заодно осмотрите контактные кольца; на них не должно быть следов масла.

Кроме того, автовладелец должен помнить ряд запретов, а именно:

• Не оставляйте автомобиль с подключенным аккумулятором, если есть подозрение на поломку диодного моста. В противном случае аккумулятор быстро разрядится и возрастет риск воспламенения проводки.
• Не проверяйте правильность работы генератора, замыкая его кабели или отсоединяя аккумулятор при работающем двигателе. При этом возможно повреждение электронных компонентов, бортового компьютера или регулятора напряжения.
• Не допускайте попадания технических жидкостей на генератор.
• Не оставляйте устройство включенным, если клеммы аккумулятора были сняты. В противном случае это может привести к выходу из строя регулятора напряжения и электрооборудования автомобиля.
• Своевременно заменяйте ремень генератора.

Зная характеристики генератора, нюансы его конструкции, основные неисправности и тонкости ремонта, можно избежать многих проблем с проводкой и аккумуляторами.

Помните, что генератор – сложный агрегат, требующий особого подхода к своей работе.

Важно постоянно следить за ним, проводить своевременную профилактику и заменять детали (при необходимости).

При таком подходе источник питания и сам автомобиль прослужат долго.

Чем заменить генератор?

Бензиновые и дизельные генераторы можно заменить инверторной системой. Такая система обеспечивает бесперебойное электроснабжение, но при этом имеет ряд преимуществ:

• работает без шума;
• отсутствие выбросов выхлопных газов;
• нет необходимости заправляться;
• не требует обслуживания;
• для работы системы не нужно строить отдельное помещение; такую ​​систему можно установить в любом помещении.

Стоимость инверторных систем намного выше, чем у генераторных установок. Однако в процессе использования генератора требуются дополнительные затраты.

Что такое инверторная система?

Важно! Важнейшим преимуществом инверторной системы является то, что в случае падения напряжения при переводе на резервное питание, в отличие от генераторных установок, перевод происходит автоматически и мгновенно и не влияет на работу электроприборов.