Автомобильный генератор — устройство и принцип работы генератора — AvtoTachki

Основные неисправности автомобильного генератора

Перечень основных механических и электрических неисправностей, а также простые методы их устранения:

1. Обрыв ремня генератора. Это самая частая неисправность, при которой двигатель всё равно продолжит свою работу. Шкив коленвала вращается, но это вращение на ротор генератора не передаётся. В приборной панели загорится лампа разряда АКБ. Это указывает на то, что генератор его не заряжает. Как долго можно проехать на одном аккумуляторе? Это будет зависеть от его состояния. Чтобы в дороге ремень не оборвался, необходимо периодически проверять его состояние.
   

   

2. Пробуксовка приводного ремня. Его надо подтянуть, предварительно удостоверившись в абсолютной работоспособности подшипников. При этой неисправности при разгоне может быть слышен свистящий звук. Если происходит проскальзывание ремня, то лучше всего будет его полностью заменить.
3. Зависание щёток. Щёткодержатель необходимо очистить, удалить всю грязь, усилить пружины.
4. Износ графитовых щёток. Это приведёт к плохому контакту с медными кольцами. Следует полностью заменить щёточный узел.
   

   

5. Подгорание или износ контактных колец. Элементы надо зачистить и проточить, либо полностью заменить.
6. Выгорание или коррозия контактов. Нужно проверить работоспособность каждого компонента, найти повреждение, заменить его или очистить от ржавчины.
7. Неисправность регулятора. Элемент не поддаётся ремонту, его придётся заменить.
8. Срабатывание защитного реле. Если имеется замыкание, его стоит обнаружить и ликвидировать.
9. Износ подшипников. Заменять их надо в строгом соответствии, иначе генератор не запустится.
   

   

10. Деформация корпуса генератора. Из-за этого могут повредиться внутренние компоненты устройства.
11. Витковое замыкание. Генератор разбирают и оценивают состояние обмотки статора, при её повреждении компонент заменяют новым.
12. Провисание ремня. Его следует подтянуть, при его просадке – сменить. Чтобы проверить его натяжку, надо нажать на середину ремня между шкивами и измерить прогиб. Величину нажатия и прогиба узнаём в инструкции к автомобилю, но, как правило, он должен быть не более 15 мм.
    

    

13. Пробой (выгорание) диодного моста. Это часто происходит из-за неверных манипуляций автомобилиста. Например, это может произойти, если отключить клеммы АКБ при работающем моторе. Диодный мост придётся менять полностью.
14. Выгорание конечных проводов. Их необходимо заменить точно такими же проводами (сечение и длина).
15. Выгорание обмотки ротора. При проверке мультиметром сопротивление обмотки должно составлять 1,8-5 Ом. Если показатель меньше 1,8 Ом, то в витках присутствует короткое замыкание. А если значение сопротивление более 5 Ом, то имеется обрыв обмотки.

Самые частые неисправности генератора: обрыв ремня устройство, поломка регулятора напряжения, износ подшипников. Обнаружить поломку генератора можно по подозрительному шуму из подкапотного пространства, например, стуку или вою. Либо на приборной панели постоянно горит сигнальная лампа разряда АКБ, фары горят тусклым светом или при работе мотора слышен дребезг.

Рекомендуется сразу при снятии автомобильного генератора для ремонтных работ заменить диодный мост, регулятор, щётки и подшипники. Это обеспечит прибору повышенную надёжность.

Вредные правила эксплуатации генератора (по остеру)

Далее приведены шаги из рубрики «как убить генератор в два шага»:

• правило “переполюсовки” — поменяйте местами провода АКБ и вы устроите необычную яркую вспышку в генераторе, а также легкое облако, доносящееся от него. В тоже время почувствуете незабываемое акустическое удовольствие, слушая щелчки и шипение, а также невероятный запах горящих проводов, и самое главное — ожог 1-3 степени в зависимости от ваших амбиций. Такой “фокус” выводит из строя диодный мост, статор и регулятор частично, к счастью возгорание авто имеет шансы 1:1000. Из “побочек” могут быть выведены из строя комбинация приборов, бортовой компьютер, магнитола и другие комплектующие бортовой сети. Достоинство — осваивается новичками без долгих теорий;
• правило мойки — как можно чаще и тщательнее мойте силовой агрегат, побольше воды и пены, особенно на альтернатори стартер. Главное, чтобы поток воды обильно вымывал генератор изнутри, сушить категорически запрещается, сразу же запускаем мотор, включаем все энергопотребители и наблюдаем за эффектов. Если его нет — повторяем процедуру. Достоинство — сгоревший “гена” будет чистым;
• дедовский метод — сдергивание провода с “ ” клеммы, чтобы проверить заряд на работающем моторе, это главное правило! Вероятность выхода из строя всевозможных реле 50:50, главное обеспечить много искр для эффекта, а также включить все, что питается от электричества;
• “летим” по лужам — многие даже не догадываются, что пользуются данным правилом в дождь. Главное быть всегда уверенным, что ваше авто вне всякого сравнения с водонепроницаемостью подводной лодки, чем глубже лужа — тем ярче эффект. Немаловажно выбирать скорость, при которой больше воды попадает в подкапотное пространство, главное выбросить все пластиковые кожухи и защиты! Главное достоинство — трюк можно повторять везде, где есть вода (даже ручьи и реки), не выходя из авто;
• “меломан” — необходимо установить самую дорогую магнитолу, а лучше две, как можно больше динамиков, пару десятков минимум, усилителей и пару сабвуферов, включаем любимую музыку на всю громкость при работающем моторе, если из-под капота не пошел дым, а воздух остается чистым — значит вы приобрели слишком дешёвую аппаратуру;
• “старый аккумулятор” — способ требует некоторых знаний физики, хотя бы закона Ома. Берем самый старый АКБ, и чем старше, тем вероятнее в нем окажется замкнутая банка. Возможно батарея будет издавать признаки бурной работы, обязательно будет потреблять дикое количество энергии, зато работа инжектора будет нестабильной, а за дальний свет можно забыть. Главное побольше эксплуатировать старый аккумулятор — эффект не заставит себя ждать. 

Как проверить автомобильный генератор своими руками

Для проверки генератора понадобится вольтметр или мультиметр, а также омметр. Новый автомобильный генератор имеет высокий показатель надёжности. Нарушения в работе прибора могут появиться после 100-150 тыс. км пробега. Но на практике генераторы работают дольше, особенно если вовремя менялся щёточный узел.

Поскольку генератор можно легко сломать при его проверке, то нужно следовать следующим правилам:

• Нельзя проверять генератор методом проверки его «на искру» — способом короткого замыкания.
• При любых сварочных работах на кузове авто следует отключить провода от генератора и аккумулятора.
• Недопустимо соединять клемму «B » («30») с клеммой «D » («67») или массой.
• Нельзя включать генератор при его отключении от АКБ.
• Запрещено осуществлять проверку генератора напряжением более 12 вольт.
• При замене проводке в конструкции генератора провода должны иметь точное такое же сечение, как и у «родных» проводов.
• Перед проверкой следует проверить натяжение ремня генератора, качество всех соединений. Хорошая натяжка ремня считается, когда при нажатии большим пальцем на его середину он прогнётся не более, чем на 1-1,5 см.

Назначение

Главные функции автомобильного генератора:

• Держит непрерывный и постоянный заряд АКБ при работающем моторе;
• Помогает бесперебойно работать всем потребителям энергии в нормальных условиях (система зажигания, бортовой компьютер, светотехника, система диагностики и др.) при пуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно в этот момент стартер потребляет немалое количество энергии;
• С аккумулятором обеспечивает бесперебойную работоспособность всех потребителей вместе в экстремальных условиях;
• Восстанавливает заряд АКБ после пуска мотора при помощи стартера. Причём электрическое напряжение в бортовой сети пребывает в диапазоне, которое больше электрохимического потенциала пластин аккумулятора.

Автомобильный генератор подключается к электрической цепи параллельно АКБ. А заряд аккумуляторной батареи происходит в тот момент, когда вырабатываемая электроэнергия больше напряжения АКБ.

Мощность тока, который вырабатывает автогенератор, зависит от оборотов коленвала. Поэтому напряжение растёт при увеличении оборотов шкива в геометрической прогрессии. Чтобы не допустить перезаряд, в генераторе имеется регулятор напряжения. Он контролирует количество напряжения на выходе – оно должно составлять от 13,5 до 14,7 вольт.

Если генератор выйдет из строя, то потребители тока смогут работать за счёт аккумулятора. Чтобы продлить жизнь АКБ следует отключить все ненужные энергопотребители: кондиционер, отопитель, радио. Когда аккумулятор полностью разрядится, то автомобиль может ещё какое-то время проехать, а потом мотор заглохнет (в современных авто).

Принцип работы

В основе работы генератора лежит принцип электромагнитной индукции. При прохождении магнитного потока сквозь электромагнитную катушку в ней возникнет электрический ток. Это можно увидеть, подсоединив к её концам гальванометр. Если рядом с этой катушкой вращать магнит, то с витками катушки будет проходить по очереди северный и южный полюс магнита. В катушке возникнет переменный ток. Мы получили простейший генератор.

А как этот принцип происходит в автомобильном генераторе? Из листов электротехнической стали изготавливают статор. Во все его пазы укладываются электромагнитные катушки. Эти катушки соединены друг с другом в электрическую цепь. Она называется обмотка статора.

Ключевой узел состоит из 3 обмоток, совмещённых между собой на магнитопроводе. Напряжения в обмотках смещаются по отношению друг к другу на 120 градусов и собираются в двух вариантах – треугольник и звезда. В первом случае фазные токи будут ниже напряжения отдаваемого генератором почти вдвое (1,7 раз). Теперь понятно, как соединены обмотки автомобильного генератора и для чего это сделано.

Если снова провести магнитом внутри обмотки статора, то в ней возникнет электрический ток. Если скорость вращения магнита будет небольшая, то и напряжение на обмотке будет маленьким и наоборот. Вырабатываемое напряжение меняется в зависимости от скорости вращения магнита.

Электромагнит – это катушка, в которую подали электрический ток с образованием вокруг неё магнитного поля. Чем сильнее подаётся напряжение на катушку, тем сильнее магнитная сила электромагнита.

А как будет выглядеть настоящий электромагнит, применяемый в автомобильном генераторе? Он выглядит так: на вал устанавливают сердечник и не него наматывают много слоёв проволоки из меди. Её концы соединяются с контактными кольцами. А к ним будут подводиться 2 графитовые щётки.

При повороте ключа зажигания электрический ток пойдёт от положительной клеммы АКБ по обмотке статора, и вернётся обратно в батарею. А это значит, что электрическая цепь замкнулась – вокруг обмотки статора появилось магнитное поле.

Чтоб увеличить и определить направление магнитного поля в конструкцию встраиваются два шестиполюсных сердечника. В итоге получается электромагнит или ротор. Во время работы генератора он вращается внутри статора, вырабатывая электрический ток.

Ротор закрепляется на 2-х шариковых подшипниках, установленных на задней и передней крышке корпуса генератора. Дополнительно в задней крышке имеется щёткодержатель с щётками, к нему подводится провод от замка зажигания. Также в задней крышке генератора выводится контакт.

На внутренней стороне задней крышке автомобильного генератора устанавливается диодный мост. Это так называемый выпрямитель тока. Дело в том, что на обмотке статора вырабатывается переменный ток (поэтому генератор так и называют – переменного тока). Но в электрооборудовании авто применяется постоянный ток.

Поэтому в конструкцию генератора внесён выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный. В результате с обмотки статора переменный ток подаётся на диодный мост, ток выпрямляется и на выводной контакт подаётся уже постоянный ток, который пригоден для бортовой сети.

В щёткодержателе расположены 2 графитовые щётки. Их постоянно поджимают мягкие пружины к контактным кольцам. Сверху установлен регулятор напряжения. Для чего он нужен? Когда мотор работает с максимальными оборотами, то ротор вращается с высокой частотой.

В этом случае напряжение на обмотке статора может достичь 16 вольт. Это плохо скажется на работе электроники, в частности, 12-вольтовые лампы накаливания будет часто перегорать. Чтобы это исключить, в конструкцию генератора встроили регулятор напряжения.

А каким образом вращается ротор? Ведь он сам по себе не может начать вращение. Для его вращения на вал ротора устанавливается клинообразный шкив. Крутящий момент будет передаваться на шкив ротора при помощи похожего шкива коленчатого вала ДВС, а сама передача будет происходить при помощи клинового ремня.

Вот как работает генератор в автомобиле:

1. При включении зажигания от АКБ подаётся ток на щёточный узел. Через него ток попадает на контактные кольца, а потом на обмотку ротора.
2. Коленвал через ремённую передачу и шкив вращает ротор.
3. Вокруг ротора находится статор, который от вращения ротора-электромагнита начинает вырабатывать переменный ток.
4. Когда ротор начинает вращаться с определённой частотой, обмотка возбуждения получает питание от самого генератора.
5. Переменный ток, проходя через диодный мост, выпрямляется в становится постоянным – пригодным для питания бортовой сети автомобиля. Благодаря генератору в авто работают энергопотребители и подзаряжается аккумулятор.
6. Регулятор напряжения служит для изменения обмотки возбуждения при увеличении частоты вращения ротора, чтобы нагрузка держалась в стабильном режиме.
7. На приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает его состояние. Если она загорается, то это значит, что генератор неисправен и питание бортовой сети обеспечивает только аккумулятор. Когда он сядет, то вся электрика в авто перестанет работать.

Это наглядное видео поможет вам хорошо понять принцип работы генератора:

Чтобы лучше понять, как работает основной источник электроэнергии, надо рассмотреть принцип его действия в разных режимах:

1. В момент пуска двигателя основным элементом электрической энергии является стартер. При создании высокой нагрузки, после поворота ключа зажигания, обеспечивается снижение напряжения, передаваемого на АКБ. Потребители цепи получают ток исключительно с аккумулятора, заряд которого стремительно убывает. По этой же схеме проявляется зависимость от температуры воздуха, потому АКБ зимой разряжается быстрее.
2. После запуска мотора именно автомобильный генератор становится источником питания. Устройство передаёт напряжение, необходимое для подзарядки АКБ. После полного заряда уровень тока падает, а генератор вновь берет на себя функцию основного источника питания.
3. При подключении дополнительных нагрузок в виде кондиционера и обогрева салона, скорость вращения ротора заметно падает, генератор не может в полной мере покрыть потребности авто в электропитании. Часть нагрузок берет на себя аккумулятор, функционирующий параллельно с источником питания. Это приводит к его постепенной разрядке.

Какое напряжение выдаёт автомобильный генератор – на выходе сила тока составляет 13,2-14,5В, при пересчёте это 80-140А, соответственно среднее значение — 100А.

То, сколько выдаёт автомобильный генератор ампер на аккумулятор – величина непостоянная, она зависит от характеристик работы машины. Если подключены дополнительные источники, а обороты мотора малы, АКБ не станет заряжаться, она будет «помогать» генератору обеспечивать все заданные функции.

Когда обороты мотора увеличиваются, то генератор будет сам питать все потребители, а избыток мощности будет идти на зарядку аккумулятора. Когда АКБ будет заряжена полностью, то регуляторное реле снизит ток возбуждения, чтобы не допустить увеличения напряжения в бортовой сети, что может быть опасно.

Как подключить автомобильный генератор? Вот самая простая схема:

Проверка неисправного генератора

Сколько поломок, столько и решений, например, в одном случае в генераторе поможет замена диодов, а в другом – куда более значимых деталей. Перечислим основные поломки. Если из строя вышла цепь (обрывы, замыкания и иные нарушения), то делается проверка, сколько ампер и какое напряжение выдает генератор вашего автомобиля, а потом подбирается решение.

Особенно важна исправность регулятора, потому что он отвечает за интенсивность зарядки АКБ в зависимости от того, сколько градусов составляет температура под капотом. Это термокомпенсация. Так определяется, сколько вольт будет оптимально для батареи при заданных условиях. Существует тип регулятора с ручным сезонным переключением, тогда даже отрицательная температура не страшна.

Повышенный шум выдает дефекты подшипниковых узлов, в том числе недостаточное количество смазки. Также это может быть износ сепараторов, дорожек качения, проворачивание наружных колец и т. д. Кроме того, при «воющих» звуках в кратчайшие сроки анализируется схема подключения проблемного автомобильного генератора, так как причина может крыться в межвитковом замыкании статорных обмоток либо же тягового реле. Плохие контакты тоже провоцируют появление посторонних звуков, их проверка и вовсе занимает пару минут.

Рабочая температура исправного генератора автомобиля может достигать 90 °С. А если наблюдается перегрев, то либо имеется неисправность моста диодов, либо проверьте, сколько электроприборов в сети, не много ли? Если температура перевалила за норму, изоляция фазной обмотки статора темнеет или даже «закипает». Также о поломках свидетельствует и слабый заряд аккумулятора или же его полное отсутствие, некорректная работа индикации и электрооборудования, слабая искра и чрезмерно большое напряжение. Важно помнить, что чем выше температура агрегата, тем меньше напряжение, такое допускать нежелательно.

Регулятор напряжения

Регулятор корректирует напряжение генератора и удерживает значения в необходимом диапазоне при смене нагрузки, частоты вращения ротора автогенератора и температуры воздуха. Современные модели, устанавливаемые на авто позднее 2022 года, работают с полупроводниковыми электронными регуляторами. Они расположены поверх блока щёткодержателя, либо выводятся отдельно.

Если двигатель работает на больших оборотах, напряжение на обмотке способно достигать критических отметок, вплоть до 16В. Задача полупроводникового регулятора – предотвратить попадание такого тока в сеть бортового компьютера и не допустить замыкания.

Основное предназначение регулятора напряжения – коррекция подаваемого напряжения на бортовые системы и клеммы аккумулятора. Это необходимо для соблюдения рекомендуемых показателей вольт. В случае с автомобильным генератором, отметки должны находиться в пределе от 14,8 до 14,5 Ватт. Регулятор также способен выпрямлять напряжение на обмотке возбуждения.

Даже автомобилист с внушительным опытом езды на машине не может контролировать и обеспечивать равные обороты двигателя на отдельных отрезках времени и участках дороги. Коленчатый вал двигателя, передающий крутящий момент к генератору, всегда вращается с разной интенсивностью. В результате компонент вырабатывает разное напряжение, что опасно для электроники в авто.

Ротор

Это вал из стали с двумя втулками. У вала ротора расположена обмотка возбуждения, создающая магнитное поле. Если рассмотреть принцип работы ротора, то это обыкновенный электромагнит, располагающийся между сердечников. Полюсные половины необходимы для регулировки и концентрированного направления магнитных полей, каждая из частей состоит из шести выступов, которые называют «клювы».

Кроме этого на валу ротора расположены 2 медных контактных кольца. Иногда для их производства используют сталь или латунь. Через контактные кольца на обмотку ротора поступает заряд от аккумулятора. К кольцам припаяны выводы обмотки. На концах ротора с двух концов установлены шариковые подшипники.

От того, сколько полюсов у автомобильного генератора, зависит количество герц, полученных за оборот на катушке зажигания. Количество оборотов ротора в автомобильном генераторе составляют 700-1200 оборотов минуту на холостом ходу, а при разгоне от 5000 до 7000 об./мин.

Схемы генераторов с возбуждением от выхода генератора

Эти простые схемы применялись для автомобилей 60-х 70-х годов выпуска. «Жигули», «Москвичи», ЗиЛ, Газ, Уаз. Много таких автомобилей до сих пор остается в эксплуатации.

Регулятор напряжения может быть внешним и встроенным. Внешний регулятор это отдельная коробочка, которая соединяется с генератором проводами и стоит в стороне отгенератора. Встроенный регулятор, входит в состав генератора, крепится внутри или снаружи корпуса, обычно, встроенный регулятор сделан вместе со щетками.

На выходе регулятора напряжения стоит мощный транзистор, это может быть биполярный, и может быть полевой транзистор. Он работает в ключевом режиме, то есть, открыт — закрыт. Открыт транзистор – ток возбуждения проходит, закрыт транзистор — ток не проходит.

Есть три варианта включения транзистора – с общим Эмиттером, общей Базой и с общим Коллектором. Поэтому ключи на транзисторах бывают с ОЭ, ОБ, ОК. Для каждого варианта транзисторного ключа есть свои особенности применения.

В регуляторах напряжения используются транзисторные ключи с ОЭ и ОК. Если заземлен транзистор, то это ключ с ОЭ, если заземлена щетка. то это ключ с ОК. Регуляторы выполненные по схеме с ОЭ называют A-Circuit, регуляторы выполненные по схеме с ОЭ называют В — Circuit.

В автомобильных схемах генераторов применяются обе схемы – и A-Circuit, и В-Circuit

Схемы с внешним регулятором напряжения

Типы и характеристики

Существует два основных типа автомобильных генераторов – постоянного и переменного тока. Первые активно использовались до 1960 года. Сегодня агрегаты постоянного тока также встречаются, но только не в легковых авто. В них магнитное поле создается на обмотке статора, а ток снимается неподвижными щетками с силовой обмотки якоря. Схема генератора постоянного тока предусматривает параллельное подключение этих элементов.

Автомобильные генераторы переменного тока были изобретены в 1946 году. Их схема и принцип работы были рассмотрены выше. Достоинства агрегата переменного тока – меньший вес и габариты, повышенная надежность и срок службы. Самым заметным конструкционным отличием двух типов генераторов являются токосъемные кольца.

В устройстве постоянного тока с рамки снимают заряд контактные полукольца (2 штуки). В случае же переменного тока это несколько иначе. На обоих концах рамки разместились полноценные токосъемные кольца. Конечно, эти контактные пластинки не определяют весь принцип работы, но вносят существенный вклад.

Для автомобиля важна мощность. И как раз генератор переменного тока при всех прочих равных условиях имеет этот показатель выше, чем его конкурент.

Разобравшись с устройством автомобильных генераторов, изучим технические характеристики. За обеспечение всех потребителей электроэнергией при разных режимах работы мотора отвечает токоскоростная характеристика (ТСХ). Это зависимость максимального значения тока от частоты вращения ротора при условии постоянного напряжения.

Еще существует внешняя, регулировочная, нагрузочная характеристики и показатель холостого хода. Первая – зависимость выпрямленного (постоянного) напряжения (Ud) от тока нагрузки (Iн), вторая – Iв (возбуждения) от Iн.