Обрыв приводного ремня можно устранить достаточно быстро, если у вас есть запасной ремень. Для его замены нужно просто ослабить натяжитель. Обычно рекомендуется менять ремень каждые 80 000—100 000 км пробега, так как к этому моменту он изнашивается и растягивается. Это может привести к тому, что ремень слетит или порвется, что может вызвать серьезные проблемы в работе автомобиля.
Как работает генератор на автомобиле
Хоть никто и не обязан досконально знать все детали устройства своего автомобиля, полезно понимать, из каких элементов он состоит и какие функции они выполняют. В этом разделе мы подробно рассмотрим, для чего нужен генератор в автомобиле.
В статье рассказывается:
- Что такое генератор
- Из чего он состоит
- Принцип работы
- Важные параметры
- Как проверить работоспособность генератора
- Основные неисправности
- Заключение
Генератор — это относительно небольшая деталь, однако именно он отвечает за то, чтобы вся бортовая сеть автомобиля была обеспечена электроэнергией.
Что такое генератор
Генератор — это устройство, которое преобразует механическую энергию, возникающую от вращения вала, в электрическую. При помощи приводного ремня двигатель вращает вал генератора, в результате чего производится электрический ток. Это — упрощенное объяснение работы генератора.
Генератор обычно устанавливают под капотом, в непосредственной близости от двигателя. Это расположение помогает минимизировать потери энергии. Если бы генератор находился дальше от двигателя, вращение приходилось бы передавать через несколько механизмов, таких как валы и ремни, что приводило бы к дополнительным потерям.
Источник: unsplash.com
Для чего нужен генератор
В автомобиле имеется множество устройств, требующих электрической энергии, включая:
- систему зажигания,
- аудиосистему,
- освещение,
- электроприводы зеркал и окон,
- вентиляцию,
- кондиционер,
- подогрев сидений и стекол и так далее.
Чтобы обеспечить работу всех этих устройств, одной батареи будет недостаточно. Генератор также выполняет функцию подзарядки аккумулятора во время движения автомобиля.
Недостатком подобного решения является то, что генератор отнимает часть мощности у двигателя и способствует увеличению потребления топлива. Таким образом, если во время работы автомобиля активно используется кондиционер и проигрывается музыка, это может привести к большему расходу бензина.
Тем не менее, преимущества очевидны — нет необходимости устанавливать громоздкие аккумуляторы, и можно избежать их частой замены.
Обслуживание автомобиля может быть весьма затратным, особенно если покупать только качественные запчасти и доверять работу проверенным автосервисам.
Сэкономить на обслуживании можно, оформив карту Халва, позволяющую получать скидки. У нее более 250 000 партнеров, включая автозаправочные станции, магазины автомобильных аксессуаров и сервисные центры.
Что такое генератор
Автомобильный генератор — это механизм, который преобразует механическую энергию в электрическую. Он устанавливается под капотом и приводится в действие двигателем через поликлиновый ремень. Когда двигатель работает, активируется и генератор. Он обеспечивает электроэнергией все электрические системы автомобиля: от электронных блоков управления до освещения, катушек зажигания, а также усилителя рулевого управления, если он электрический, и аудиосистемы. Кроме того, генератор заряжает аккумулятор.
В автомобилях с мягкой гибридной системой генератор совместно выполняет функции стартера. Это обеспечивает практически бесшумный запуск двигателя, а система старт-стоп не создает дискомфорта в пробках и на светофорах.
Генератор на штатном месте. Фото: BACHTUB DMITRII / Shutterstock
Из чего состоит автомобильный генератор
Ротор — это вращающий элемент, который представляет собой вал с двумя стальными сердечниками полюсов, между которыми находится обмотка возбуждения. Концы этой обмотки соединены с медными или стальными контактными кольцами, через которые ток поступает от регулятора напряжения к катушке возбуждения.
Статор — это неподвижный элемент, состоящий из сердечника, собранного из металлических пластин, на которые намотаны медные якорные обмотки. В современном легковом автомобиле используется типовой трехфазный синхронный генератор переменного тока, в котором статор состоит из 36 пластин сердечника и трех обмоток, соединенных по схеме звезда (с четырьмя выводами).
Диодный мост, также известный как выпрямительный блок, — это схема, которая преобразует переменный ток в постоянный, который используется для зарядки аккумулятора и питания всех автомобильных потребителей. Основная конструкция моста включает набор силовых диодов, которые чаще всего запрессованы в массивные теплоотводящие пластины радиатора. Для питания обмотки возбуждения обычно используется отдельный каскад выпрямителя.
Регулятор напряжения. Это полупроводниковая схема, задача которой заключается в регулировании тока в обмотке возбуждения ротора, обеспечивая стабильное выходное напряжение вне зависимости от мощности подключенных к системе потребителей и частоты вращения ротора. При активации энергоемких устройств, таких как обогреватель стекол, фары или подогреватели сидений, регулятор увеличивает ток в обмотке возбуждения. Он также создает условия для правильной зарядки аккумулятора, регулируя напряжение в бортовой сети в зависимости от температуры воздуха: летом оно снижается, а зимой — увеличивается, что позволяет оптимизировать процесс зарядки батареи и предотвращает ее перезарядку и перегрев.
Щеточный узел. Это пластиковый фиксатор, в котором установлены графитовые подпружиненные щетки, обеспечивающие контакт с токосъемными кольцами на вращающемся роторе. Чаще всего этот узел выполняется в одном корпусе с регулятором напряжения, что значительно упрощает процесс замены: при необходимости не придется менять весь генератор, достаточно заменить только вышедшую из строя деталь.
Корпус генератора, как правило, изготавливается из алюминиевого сплава и состоит из задней и передней крышки. На задней крышке размещаются диодный мост, регулятор напряжения и щетки генератора, а на передней крышке устанавливается статор. В обеих крышках предусмотрены подшипники для обеспечения свободного вращения ротора.
Привод, или шкив, хоть и не является частью самого генератора, соединяет ротор генератора с коленчатым валом двигателя через клиновый ремень. Диаметр шкива существенно влияет на скорость вращения генератора: чем меньше диаметр шкива, тем быстрее будет вращаться ротор. Чтобы избежать рывков при передаче вращения, на шкив устанавливается обгонная муфта.
Генераторы постоянного тока
Хоть большинство промышленных установок применяют переменный электрический ток, существует немало устройств, которые работают на постоянном токе. Этот ток получают либо посредством выпрямления знакопеременного, либо от индукционного генератора, который содержит коллектор — устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное. Значение напряжения при этом зависит от скорости вращения ротора.
Плюс ко всему, выпрямление тока можно производить с помощью диодного моста.
Устройство и принцип действия
Устройство и принцип работы генератора постоянного тока представлены ниже.
В общем случае электрогенератор состоит из следующих частей:
- пара разнополюсных магнитов (постоянные или электромагниты);
- вращающаяся медная рамка;
- цилиндрический коллектор;
- угольные щетки для токосъема.
Вращающаяся часть агрегата называется ротором и устанавливается на якорь, в то время как неподвижный компонент системы называется статором.
Ключевое отличие электрогенератора постоянного тока от генераторов переменного тока состоит в том, что обмотки соединяются с парой полуколец вместо колец. Полукольца разделены изолирующем материалом и надеваются на общий вращающийся с металлической рамкой цилиндр. Щетки, отвечающие за отвод электричества во внешний контур, прижимаются к полукольцам с помощью пружинок.
При каждом полуобороте рамки, припаянные к её концам полукольцам, поочередно переходят от одной щётки к другой. Таким образом, в процессе вращения происходит смена направления тока дважды за один оборот. Когда коллектор переключает направления в моменты изменения заряда в рамке, одна из щеток становится положительным полюсом, а другая — отрицательным. Таким образом, начинается передача электричества с однонаправленным током.
Из этого следует, что принцип работы генератора постоянного тока, индуктируемого якорем агрегата, заключается в использовании коллектора для выпрямления тока. Получаемый ток будет однонаправленным и, несмотря на изменение от нуля до максимального значения, частота его пульсаций будет равна половине частоты вращения ротора, таким образом, данный ток называется пульсирующим.
Чтобы снизить скачки напряжения от нуля до максимума — и тем самым превратить пульсирующее напряжение в постоянное — якорь агрегата изготавливают из множества смещённых относительно друг друга катушек. Ротор, в свою очередь, состоит из такого же числа пластин, размещенных цилиндром вокруг вращающегося вала с коллектором. Это образует конструкцию якоря барабанного типа.
Ниже представлен электрический генератор с Четырехполюсным якорем в поперечном сечении.
Классификация
Существует несколько способов классификации электростанций.
По типу возбуждения генераторы делятся на агрегаты с само- и независимым возбуждением обмоток.
В устройствах, использующих для создания магнитного поля электромагниты, обмотки должны пропускать постоянный ток. Агрегаты, которые получают питание для создания магнитного поля из отдельного источника, называются генераторами с независимым возбуждением, и их принцип работы будет рассмотрен ниже.
Генераторы переменного тока
В подавляющем большинстве электрогенераторов производится выработка переменного электрического тока, использующего внешнюю энергию: от ветровых турбин, ядерных реакторов, движущихся поршней в результате сгорания топлива или от падения воды на лопасти гидротурбин.
Устройство и принцип действия
Основные элементы генератора переменного тока представлены на схеме ниже:
- вырабатывающий магнитное поле индуктор – электромагнит с противоположными полюсами;
- вращающаяся рамка;
- обмотка, где образуется индуцированная ЭДС в результате изменения магнитного потока;
- контактные кольца и токосъемные щётки, которые иногда имеют форму пластинок.
В крупных устройствах якорь выполняет функции статора, а ротором служит индуктор.
Якорь генератора имеет вид цилиндра с выступами, на которые устанавливаются катушки. Их соединение выполнено таким образом, чтобы на выступах чередовались полюса магнита, количество которых может превышать 12. Именно от их численности зависит частота вращения вала: чем больше полюсов, тем медленнее нужно вращать ротор.
При наличии шести пар полюсов ротору достаточно делать 500 об./мин. для получения тока частотой 50 Гц.
Для улучшения магнитных потоков в якорь монтируют цельнометаллический сердечник. Между ним и магнитом оставляют минимальный зазор, чтобы ротор мог вращаться без помех.
Ротор представляет собой гладкий цилиндр, в наружные пазы которого укладывается обмотка. Геометрическая форма наконечников обмотки такова, что вызываемая электродвижущая сила изменяется по синусоидальному закону, при вращении ротора обеспечивая выпуск синусоидального тока.
Статор — неподвижный элемент электрогенератора. Представляет собой полый цилиндр с пазами, в которые уложены обмотки. Для минимизации токов Фуко статор производится из стальных листов, между которыми размещены слои диэлектрика.
Внешняя механическая сила заставляет ротор вращаться. В процессе пересечения магнитных линий обмоткой якоря в обмотке статора индуцируется электрический ток. Его направление меняется с каждым оборотом ротора, что обеспечивает выход переменного тока с генератора.
Виды: синхронный и асинхронный
Генераторы классифицируются на синхронные и асинхронные.
Синхронный генератор имеет обмоточный провод, который стабилизирует напряжение между движущейся и неподвижной частями. Ротор движется с частотой, равной частоте вращения магнитного поля, пересекающего обмотку статора. В момент запуска ротор создает слабое электромагнитное поле, а с увеличением оборотов растет и его сила возбуждения. Полученное напряжение стабилизируется благодаря автоматике, которая отвечает за изменение магнитного поля.
Недостаток асинхронных генераторов заключается в необходимость обслуживания щеточного узла.
Асинхронному генератору свойственен так называемый режим торможения с вращающимся узлом. Ротор вращается с опережением, но сохраняет ту же ориентацию, что и поле статора.
Статор создает силовое поле на вспомогательной обмотке, которое передается на ротор, что приводит к формированию ЭДС на обмотке и подаче полученного напряжения на блок управления.
Основные номинальные технические параметры генераторов определяются по требованиям к конструкции конкретной модели автомобиля:
- Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230–2004, диапазон напряжения составляет от 7,14 В до 28 В.
- Ток отдачи.
- Частота возбуждения и самовозбуждения.
Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, а в мощных и специализированных автомобилях — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора 6 000 мин−1.
Еще одной важной характеристикой генератора является его общий КПД, который для современных агрегатов составляет 50-60%.
Генератор начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который получает питание непосредственно от аккумулятора. Ключевой принцип работы автомобильного генератора заключается в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который приводит в движение ротор через ременную передачу, расположенный на необслуживаемых подшипниках.
Питание обмотки возбуждения, находящейся на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Чтобы защитить аккумулятор от саморазряда, связь осуществляется через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Уровень напряжения в цепи регулируется либо электронным, либо электромеханическим стабилизатором, который может быть интегрированным или выполненным как отдельное устройство.
При вращении якоря создаются электромагнитные поля, индуцирующие переменный ток в обмотках статора. Этот ток поступает на выпрямитель, представляющий собой диодный блок, состоящий из шести вентилей: трех отрицательных и трех положительных, обеспечивающих преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме треугольника или звезды. В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, чем во втором. Схема треугольника используется на мощных моделях автомобилей.
Данный принцип работы генератора автомобиля обеспечивает поддержание напряжения в бортовой сети в диапазоне от 13,9 до 14,5 В, точное значение которого зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки, прикладываемой к генератору. Потребители электроэнергии (в том числе аккумулятор) подключаются к генератору через положительный вывод.
Правила эксплуатации генераторов
К числу основных правил эксплуатации генераторов можно отнести следующие:
— В процессе работы генератора важно, чтобы минус аккумулятора всегда был подключен к корпусу устройства, а плюс — к плюсу генератора.
— Нельзя отсоединять генератор от аккумулятора во время его работы, так как это может привести к неисправностям в электронике автомобиля.
— Проверять генератор можно лишь с использованием специальных инструментов, как амперметр или вольтметр — нельзя подключать вывода плюс генератора непосредственно к корпусу, так как это может привести к выходу из строя диодов.
— При ремонте генератора не следует проверять сопротивление изоляции обмотки статора высоким напряжением тока. Эти тесты следует проводить только на специальном стенде с отключенными диодами выпрямителя.
— Проверяя электропроводку автомобиля, необходимо всегда отключать генератор.
— При кузовном ремонте автомобиля, особенно во время сварочных работ, генератор также должен быть отсоединен.
Соблюдение вышеперечисленных правил критически важно, так как их игнорирование может привести к неисправностям в работе генератора.
Другие статьи
Зима и лето — две противоположные стороны, между которыми меняется наш мир. В этом мире также существуют омывающие жидкости, которые служат нашими помощниками, обеспечивая безопасность на дороге. В этой статье мы подробно рассмотрим, какие существуют виды омывающих жидкостей, от чего зависит их температура замерзания и как правильно их выбрать.
Процесс замены клапанов на двигателе внутреннего сгорания осложнён необходимостью использования специального инструмента — рассухаривателей клапанов. В статье мы подробно обсудим этот инструмент, виды, конструкции и способы его применения.
Во многих отечественных автомобилях ранних выпусков применялись центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Всё о таких устройствах, существующих их типах и конструкциях, а также информацию о правильном выборе и замене, можно найти в нашей статье.
Одна из главных деталей распределителя зажигания — это опорная пластина, отвечающая за правильное функционирование прерывателя. Подробную информацию о пластинах прерывателя, их типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировке данных компонентов, можно найти в данной статье.
