Как устроены генераторы постоянного и переменного тока

Основные понятия

Отечественные разработчики и производители электрооборудования используют следующие понятия.

Система электроснабжения автомобиля — предназначена для бесперебойного питания
электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Состоит из генераторной установки,
аккумулятора и устройств, обеспечивающих контроль работоспособности и защиту системы от перегрузок.

Генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую.

Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды.

Аккумуляторная стартерная батарея (аккумулятор) — накапливает и хранит электроэнергию для
запуска двигателя и питания электроприборов в течение непродолжительного времени (при неработающем
двигателе или недостаточной мощности, развиваемой генератором).

Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

  • Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и 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, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1.

Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.

Диодный мост

Проверка диодного моста относится к комплексу проверок генератора. Для того чтобы проверить диодный мост подключите вольтметр или мультиметр к зажиму «30» («В ») генератора, а также к «массе», и включите прибор в режим измерения переменного тока. Переменный ток на диодном мосту не должен превышать 0,5 В, если у вас вышло больше — скорее всего диоды неисправны.

Инвентарные генераторы

На сегодняшний день становится очень популярным инверторный генератор, принцип работы которого заключается в создании автономного источника питания, производящего высококачественную электроэнергию. Такие приборы применяют как временные, а также постоянные источники питания. Чаще всего они используются в больницах, школах и иных учреждениях, где не должны присутствовать даже малейшие скачки напряжения. Всего этого можно добиться, используя инверторный генератор, принцип работы которого основан на постоянстве и проходит по такой схеме:

  1. Выработка высокочастотного переменного тока.
  2. Благодаря выпрямителю преобразуется полученный ток в постоянный.
  3. Затем образуется накопление тока в аккумуляторах и стабилизируется колебания электроволн.
  4. При помощи инвертора постоянная энергия меняется на переменный ток нужного напряжения и частоты, а затем поступает к пользователю.

Как проверить автомобильный генератор своими руками

Генератор для двигателя вроде мини-электростанции, которая снабжает всю бортовую сеть автомобиля, включая аккумулятор (АКБ). Неисправность генератора приведет к неминуемой полной разрядке АКБ, после чего двигатель вашего автомобиле просто перестанет работать, равно как и вся бортовая сеть.

Для того чтобы произвести диагностику генератора нужно обладать определенными навыками и инструментом.

Крепление генераторов

Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы
и натяжная проушина генератора находятся на крышках. Если крепление осуществляется двумя лапами,
то они расположены на обеих крышках, если лапа одна — она находится на передней крышке. В отверстии
задней лапы (если крепежные лапы — две) обычно имеется дистанционная втулка, устраняющая зазор
между кронштейном двигателя и посадочным местом лапы.

Меры предосторожности и правила безопасности

Запрещено:

Проверять работоспособность генератора путем проверки его «на искру», то есть методом короткого замыкания. Соединять клемму «30» (иногда обозначается как «В ») с клеммой 67 («D ») или «массой».

Предлагаем ознакомиться  Датчик холла ваз 2109 инжектор – Датчик холла на ВАЗ 2109: замена своими руками, признаки поломки

Допускать работу генератора при выключенных потребителях, например при отключении его от аккумуляторной батареи.

Проверять вентили генератора напряжением выше 12 В.

Можно и нужно:

Проверять исправность генератора при помощи вольтметра или амперметра.

Во время сварочных работ на кузове автомобиля необходимо отключать провода от генератора и АКБ.

Во время замены проводки в системе генератора провода должны иметь такое же сечение и длину как и «родные» провода.

Перед тем как проверить генератор убедитесь в правильном натяжении ремня генератора, а также исправности всех соединений и клемм. Нормальной считается натяжка ремня, при которой нажимая большим пальцем на середину ремня, он прогнется не больше чем на 10-15 мм.

Мощность

Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.

Прибор переменного тока

Синхронный генератор переменного тока – это электромашина, что преобразует механическую вращательную энергию в электрическую энергию переменных токов. Мощные генераторы таких токов устанавливают:

  • гидрогенератор турбогенератор – на электростанциях;
  • приборы переменного тока сравнительно небольшой мощности — в системах автономного энергоснабжения (газотурбинная электростанция, дизельная электростанция) и в частотных преобразователях (двигатель-генератор).

В настоящее время выпускается множество типов таких приборов, но все они имеют общее устройство главных элементов:

  • якорь (статор) – неподвижный;
  • крутящийся вокруг оси ротор.

В промышленных генераторах больших размеров вращается электромагнит, являющийся ротором. Одновременно с этим обмотки с наводящимися ЭДС, уложенные в пазы статора, остаются неподвижными.

В таких устройствах, как маломощный синхронный генератор, магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом.

Привод генераторов

Привод генераторов осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр
шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива генератора (отношение диаметров называют
передаточным отношением), тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать
потребителям больший ток.

Привод клиновым ремнем не применяется для передаточных отношений больше 1,7-3. Прежде всего это
связано с тем, что при малых диаметpax шкивов клиновой ремень усиленно изнашивается.

На современных моделях, как правило, привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей
гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра и, следовательно, получать
более высокие передаточные отношения, то есть использовать высокооборотные генераторы. Натяжение
поликлинового ремня осуществляется, как правило, натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Пробои на «массу»

Проверка пробивания на «массу» не будет лишней в случае если «гена компостирует мозги». Для этого необходимо отключить аккумуляторную батарею и провод генератора, который идет к клемме «30» («В »). После этого подключите прибор между клеммой «30» («В ») и отключенным проводом генератора. Смотрим на показания — если на приборе ток разряда превышает 0,5 мА, скорее всего есть пробой диодов или изоляции обмоток генератора.

Проверка генератора автомобиля своими руками

Чтобы проверить регулятор напряжения вам потребуется вольтметр со шкалой от 0 до 15 В.

Дайте мотору поработать на средних оборотах при включенных фарах примерно 15 минут.

Проверьте напряжение между «массой» генератора и выводами «30» («В »), на вольтметре у вас должно быть нормальное для вашего автомобиля напряжение (для владельцев «девятки» например, нормальным считается напряжение — 13,5 – 14,6 В). Если напряжение выше или ниже установленного производителем — скорее всего придется заменить регулятор.

Не лишним будет также проверить регулируемое напряжение, для этого подключите вольтметр непосредственно к клеммам АКБ. Мотор должен работать на высоких оборотах, которые приближены к максимальным. Фары и другие потребители электроэнергии автомобиля должны быть включенными. Размер напряжения должен совпадать с параметрами вашего автомобиля.

Проверка обмотки

Чтобы проверить обмотки возбуждения, потребуется снятие регулятора напряжения, а также щеткодержателя. При необходимости произведите зачистку контактных колец и проверьте обмотку на предмет отсутствия обрывов и замыканий на «массу».

Проверять необходимо омметром, его щупы прикладываются к контактным кольцам, после чего снимаются показания. Сопротивление должно быть в пределах от 5 до 10 Ом.

Предлагаем ознакомиться  Регулируем развал схождение колес на ВАЗ 2107 своими руками

После подключите один электрод прибора к любому из контактных колец, а другой к статору генератора. На дисплее должна показываться бесконечно высокое сопротивление, в противном случае — обмотка возбуждения где-то замыкает на «массу».

Работа генераторной установки на разных режимах

При пуске двигателя основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает
сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения на выводах аккумулятора. В этом режиме
потребители электроэнергии питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается.
Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения. Он
обеспечивает требуемый ток для заряда аккумулятора и работы электроприборов.
После подзарядки аккумулятора разность его напряжения и генератора становится небольшой, что
приводит к снижению зарядного тока. Источником электропитания по-прежнему является генератор, а
аккумулятор сглаживает пульсации напряжения генератора.

При включении мощных потребителей электроэнергии (например, обогревателя заднего стекла, фар,
вентилятора отопителя и т.п.) и небольшой частоте вращения ротора (малые обороты двигателя)
суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае
нагрузка ляжет на аккумулятор, и он начнет разряжаться, что можно контролировать по показаниям
дополнительного индикатора напряжения или вольтметра.

Разделение по виду ротора

По роду прибора ротора устройство генератора подразделяется на:

  • Явнополюсное – с выступающими либо с явно выраженными полюсами. Данные роторы применяются в генераторах с тихим ходом, у которых скорость вращения не превышает 1000 оборотов в минуту.
  • Неявнополюсное – это ротор с формами цилиндра, у которого нет выступающих полюсов. Данные якоря бывают двухполюсными и четырехполюсными.

В первом случае ротор состоит из крестовины, на которой закрепляют сердечники полюсов или обмотки возбуждения. Во-втором – быстроходные агрегаты с числом оборотов 1500 либо 3000. Ротор сделан в виде цилиндра из стали довольно высокого качества с пазами, в них устанавливают обмотку возбуждения, состоящую из отдельных обмоток различной ширины.

Разновидности агрегатов

Синхронный генератор (мотор) подразделяется на несколько моделей, которые предназначены для разнообразных целей:

  • Шаговые (импульсные) – применяются для приводов механизмов с циклом работы старт-стоп или устройств непрерывного движения с импульсным управляющим сигналом (счетчиков, лентопротяжных устройств, приводов станков с ЧПУ и др.).
  • Безредукторные – для применения в автономных системах.
  • Бесконтактные – применяются для работы в качестве электростанций на судах морского и речного флота.
  • Гистерезисные – используются для счетчиков времени, в инерционных электроприводах, в системах автоматического управления;
  • Индукторные моторы – для снабжения электроустановок.

Регуляторы напряжения

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы
электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля.
Все регуляторы напряжения имеют измерительные элементы, являющиеся датчиками напряжения, и
исполнительные элементы, осуществляющие его регулирование.

В вибрационных регуляторах измерительным и исполнительным элементом является электромагнитное реле.
У контактно-транзисторных регуляторов электромагнитное реле находится в измерительной части, а
электронные элементы — в исполнительной части.
Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью вытеснены электронными.

Полупроводниковые бесконтактные электронные регуляторы, как правило, встроены в генератор и
объединены со щеточным узлом. Они изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения
обмотки ротора в питающую сеть. Эти регуляторы не подвержены разрегулировке и не требуют никакого
обслуживания, кроме контроля надежности контактов.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к
аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для
оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться
к батарее и наоборот.

С независимым возбуждением

Источниками питания для обмоток нередко стают аккумуляторы или же иные устройства. В машинах с малой мощностью применяются постоянные магниты, обеспечивающие присутствие главного магнитного потока. На валу альтернатора располагают микрогенератор (возбудитель), который вырабатывает электроток для возбуждения якорных обмоток. Для этой цели необходимо от 1 до 3 % номинального тока якоря. Изменение электродвижущей силы выполняется регулирующим реостатом.

Достоинство: на возбуждающий ток не имеет воздействия напряжение на зажимах.

Предлагаем ознакомиться  Что такое тормозная система автомобиля?

С параллельным возбуждением

Чтобы электроприборы работали в нормальном режиме, необходимо стабильное напряжение, которое не зависит от изменений в общей нагрузке. Эта проблема решается методом настройки параметров возбуждения. В таких генераторах катушка подключена (через реостат) параллельно обмотке якоря. Реостат может замыкают обмотку.

Электромашины с возбуждением такого вида не требуют внешнего источника питания. Самовозбуждение обмоток происходит под действием остаточного магнетизма в сердечнике магнита. Последние, для улучшения описанного процесса, производят из стали. Самовозбуждение длится до тех пор, пока ток не станет максимальным, а электродвижущая сила не покажет номинальное значение.

Преимущество вышеописанных электрогенераторов в том, что на них почти не влияют электротоки при коротком замыкании.

С последовательным возбуждением

Последовательными обмотками вырабатывается ток, который равняется электротоку альтернатора. В случае холостого хода отсутствует нагрузка, поэтому возбуждение нулевое. Это обозначает, что регулировочные свойства не существуют.

В агрегате с последовательным возбуждением почти нет тока, если ротор вращается на холостых оборотах. Чтобы запустить возбуждение, требуется подключение нагрузки к зажимам устройства. Явная связанность напряжения с нагрузкой считается огромным минусом последовательных обмоток. Подобные агрегаты используются лишь для питания электрических приборов, у которых нагрузка постоянная.

Сила тока отдачи

Сила тока отдачи генератора проверяется при помощи специального зонда, которым провод охватывают, измеряя тем самым силу тока, идущего по проводу.

Для проверки тока отдачи нужно зондом обхватить провод, который идет к зажиму «30» («В »).

Заведите двигатель – во время проведения измерения он должен работать на высоких оборотах.

Включайте по очереди электропотребители и считывайте показания прибора отдельно для каждого потребителя.

В конце измерений вам необходимо подсчитать сумму показаний.

Далее, включите все потребители (которые вы включали поочередно) одновременно и произведите замер показаний мультиметра. Величина не должна быть меньше суммы показаний отдельно измеренных показателей, допустимое расхождение — 5 А.

Проверка тока возбуждения генератора выполняется посредством запуска двигателя и последующей его работы на высоких оборотах. После чего измерительный зонд помещается вокруг провода, ведущего к клемме 67 («D »). Исправный генератор должен показать величину тока возбуждения — равную 3-7 А.

Со смешанным возбуждением

Самые лучшие свойства собраны в конструкции агрегатов со смешанным возбуждением. Особенность устройств в том, что они состоят из двух катушек:

  • основная — подключена параллельным способом к обмоткам якоря;
  • вспомогательная — подключена последовательным способом.

В цепи основной присутствует реостат, который регулирует ток возбуждения. Процедура самовозбуждения генератора со смешанным типом такая же, как у агрегата с параллельными обмотками (в самовозбуждении не принимает участия последовательная обмотка, так как отсутствует исходный ток). А свойства холостого хода идентичны характеристикам генератору с параллельной обмоткой. Такие особенности разрешают настраивать напряжение на зажимах устройства.

Структуры возбуждения

Любые турбо-, гидро-, дизельные генераторы, синхронные компенсаторы, моторы, производимые на данный момент, оснащаются новейшими полупроводниковыми структурами, такими как возбуждение синхронных генераторов. В данных структурах применяется метод выпрямления трехфазных переменных токов возбудителей высокой или промышленной частоты либо напряжения возбуждаемого агрегата.

Устройство генератора таково, что структуры возбуждения могут обеспечить такие параметры работы агрегата, как:

  • Первая стадия возбуждения, то есть начальная.
  • Работа вхолостую.
  • Подключение к сети способом точной синхронизации либо самосинхронизации.
  • Работа в энергетической структуре с имеющимися нагрузками или перегрузками.
  • Возбуждение синхронных приборовможет быть форсировано по таким критериям, как напряжение и ток, имеющими заданную кратность.
  • Электроторможение аппарата.

Эдс

Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

https://www.youtube.com/watch?v=videoseries

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

Оцените статью
Помощники
Adblock detector