Генератор в машине: что это такое?

Генератор в автомобиле (автомобильный генератор) представляет собой устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. В конструкции транспортных средств автогенератор является генератором переменного тока и выполняет следующие функции:

• обеспечение зарядки АКБ;
• питание всех электросистем в авто после запуска ДВС;

Автомобильный генератор зачастую расположен в подкапотном пространстве, так как приводится в действие от коленвала двигателя. По этой причине решения устанавливаются спереди по отношению к силовому агрегату. На большинстве современных авто привод генератора выполнен в виде ременной передачи. Модели транспортных средств, которые оснащены гибридным двигателем, а также некоторые авто с системой start-stop, имеют особое устройство генератора, так как в подобных машинах он одновременно является стартером.

Устройство автомобильного генератора: особенности конструкции

Генераторы в автомобилях могут отличаться по размерам и схемам реализации тех или иных устройств (корпус генератора, привод и т.д.). Также под капотом решение может иметь различные места установки. Общими в устройстве являются следующие элементы:

• ротор;
• статор;
• наличие щеточного узла;
• выпрямительный блок;
• регулятор напряжения;

Указанные составные части находятся в корпусе. Ключевыми параметрами генераторов для автомобилей являются следующие номинальные показатели: напряжение, ток, частота вращения, самовозбуждение на определенной частоте, КПД устройства.

Показатель номинального напряжения может составлять от 12 до 24 В, что зависит от устройства электросистемы транспортного средства. Номинальным током считается максимальный ток, который устройство отдает при условии номинальной частоты вращения на отметке 6 тыс. об/мин. Данные особенности представляют так называемую токоскоростную характеристику. Параллельно с номинальными показателями при выборе следует учитывать:

• минимально возможную рабочую частоту вращения, а также минимальный ток;
• максимальную частоту вращения и максимальный ток;

Теперь о самом устройстве. Корпус является парой крышек, которые стягиваются болтами. Наиболее частым материалом изготовления крышек является алюминиевый сплав, который не магнитится, обеспечивает малый вес и хорошее рассеивание тепловой энергии (теплоотдачу). В корпусе дополнительно выполнены отдельные прорези для вентиляции, а также имеется крепежный элемент для установки и фиксации генератора.

1. Задачей ротора является то, что он создает магнитное поле, которое вращается. Данная функция реализуется путем размещения на валу ротора специальной обмотки (обмотка возбуждения), которая находится между двух полюсных половин. Параллельно с этим на каждой из указанных половин выполнены выступы. На вал ротора также установлена пара контактных колец, которые выполнены из меди, латуни или стали. Через указанные кольца питание подается на обмотку, а сами контакты обмотки прикреплены к кольцам посредством пайки.

Еще одной функцией регулятора напряжения является изменение напряжения, которое необходимо для эффективной подзарядки АКБ с учетом наружной температуры. С понижением температуры за бортом устройство подает больше напряжения на аккумулятор.

Что касается привода генератора, данное решение представляет собой ременную передачу (с использованием клиновых или поликлиновых ремней), посредством которой вращается ротор. Ротор генератора по частоте вращения крутится до 3 раз быстрее самого коленвала. Добавим, что на современных авто используется поликлиновый ремень.

Также следует отметить, что на некоторых моделях автомобилей может быть установлен генератор индукторного типа. Индукторный генератор означает то, что в его устройстве отсутствуют щетки, местом установки обмотки является статор. Ротор такого генератора без щеток изготовлен из железных пластин небольшой толщины. Материалом для изготовления пластин выступает трансформаторное железо. Работает индукторный генератор по принципу того, что происходить изменение магнитной проводимости в воздушном зазоре, который присутствует между статором и ротором.

Как работает генератор автомобиля

Детальное рассмотрение функций отдельных составных элементов в устройстве генератора позволяет получить представление о принципах работы всего устройства. Водитель осуществляет поворот ключа в замке зажигания, после чего электричество от аккумулятора проходит через щетки генератора и контактные кольца, попадая на обмотку возбуждения. В результате на обмотке создается магнитное поле.

Создаваемое генератором переменное напряжение превращается в постоянное благодаря работе выпрямительного блока. Электрический ток от генератора питает бортовую сеть автомобиля, обеспечивает работу системы зажигания и других энергопотребителей. Также от генератора поступает ток для зарядки аккумулятора. В случае изменения частоты вращения коленвала и нагрузки подключается регулятор напряжения, определяя то время, на которое необходимо включить обмотки возбуждения с учетом тех или иных условий. Если частота вращения генератора растет и нагрузка падает, тогда временной промежуток активации обмотки возбуждения сокращается. При увеличении нагрузки и уменьшении оборотов регулятор увеличивает время включения обмоток.

Необходимо добавить, что если потребители используют больше электричества, чем способен выработать автомобильный генератор, тогда автоматически задействуется аккумулятор. Следить за состоянием генератора можно при помощи лампы контроля заряда на приборной панели. Указанная лампа чаще всего представляет собой пиктограмму в виде АКБ. Загорание лампы указывает на то, что батарея от генератора не заряжается. Возможными причинами может быть обрыв поликлинового ремня, выход из строя реле-регулятора генератора и т.д.

Дело в том, что местом подключения тахометра для дизеля в подавляющем большинстве случаев выступает генератор.

В случае обнаружения проблем с зарядкой аккумуляторной батареи от генератора необходимо проверить реле регулятор.

Сильная нагрузка на генератор достаточно часто вызывает вибрацию двигателя на холостых. Одновременное включение мощных энергопотребителей.

Для контроля заряда аккумулятора на генераторе установлено устройство под названием реле-регулятор.

Аккумулятор должен также полностью соответствовать току заряда от генератора, который стоит на конкретной модели автомобиля.

АКБ в процессе работы мотора заряжается от генератора прямо в подкапотном пространстве автомобиля.

Материалы: http://krutimotor.ru/avtomobilnyj-generator/

Чтобы понять, что такое генератор, прежде всего, следует разобраться, для чего он предназначен и по какому принципу работает.

Разновидности электрогенераторов для выработки электроэнергии

Наиболее распространён электрогенератор – устройство для выработки электрической энергии путём преобразования механической.

Действие заключается в наведении ЭДС в перемещающемся в магнитном поле проводнике. При этом на его концах появляется напряжение, а при их подключении к нагрузке появляется электрический ток.

Энергетика применяет генератор электрического тока, работающий по принципу вращения классической электропроводной рамки в магнитном поле с образованием в ней ЭДС.

Если замкнуть через контактные кольца внешнюю цепь с нагрузкой, через неё будет проходить электрический ток, что будет видно по показаниям электрического прибора.

Образование в проводнике электрического тока при его вращении в магнитном поле

Направление движения электрического тока определяется, если отогнуть в сторону большой палец правой руки. В ладонь будут входить магнитные силовые линии, большой палец показывает направление, куда движется проводник, а остальные пальцы – направление течения индукционного тока.

Рамка связана со щётками, которые скользят по коллектору из двух полуколец. Таким путём система через подвижные контакты преобразует переменный ток.

Когда рамка находится в горизонтальном положении, направление ЭДС меняется на противоположное. За счёт этого ток во внешней цепи поддерживается постоянным. Он является пульсирующим, достигая максимума в вертикальном положении рамки, и нулевым – в горизонтальном (показано на рисунке выше – а). Пульсация уменьшается, если установить 2 витка перпендикулярно друг к другу, а количество пластин коллектора увеличить до четырёх (показано на рисунке выше – б).

Первый генератор был изготовлен на постоянном токе, довольно долго выработка электрической энергии производилась с его применением.

Особенности конструкции

Магнитное поле вырабатывается индуктором, а та часть, где наводится ЭДС, называется якорем. Индуктором является неподвижная часть, называемая статором. Он делается на постоянных магнитах или в виде электромагнита из двух и более полюсов.

Генератор на постоянных магнитах является маломощным и на практике применяется редко. При этом пространство между магнитами обладает большим сопротивлением. В большинстве конструкций генераторов применяются электромагниты.

Генератор с электромагнитным возбуждением

Якорь выполняется массивным, с пазами для обмотки. Его витки подключают последовательно друг с другом через коллекторные пластины. В результате образуются соединённые между собой источники ЭДС, работающие сообща. Есть также другие способы подключения.

При отсутствии нагрузки магнитное поле статора располагается симметрично относительно вертикальной оси. Когда в якорной цепи появляется электрический ток, образуется магнитный поток, который преобразует поле статора, поворачивая его в направлении вращения. Это негативно отражается на работе генератора, поскольку вызывает искрение контактной группы. Уменьшить его можно поворотом щёток в направлении вращения. Искажение поля зависит от силы тока и щётки требуется перемещать в разные положения. Кроме того, уменьшается индуктируемая ЭДС.

Ослабить реакцию якоря можно следующими способами:

• установка дополнительных полюсных пар;
• закладка обмоток компенсации в главные полюса.

В результате реакция якоря нейтрализуется. Установка обмоток компенсации делает конструкцию генератора сложней.

Если требуется увеличение энергии для генератора, оба способа применяются вместе. По возможности стараются обойтись одними дополнительными полюсами.

Как выглядит генератор с добавочными полюсами

Поскольку при разных нагрузках реакция якоря изменяется, его обмотку подключают к дополнительным полюсам статора последовательно, что уменьшает искажение основного магнитного поля.

Параметры генератора

Индуцируемая ЭДС определяется следующими параметрами:

• F – основной магнитный поток;
• ω – частота вращения;
• С – коэффициент, учитывающий особенности устройства.

Напряжение на выходе составляет:

Первый основной параметр генератора – это его мощность:

Важным показателем является способ возбуждения. Он может быть независимым, если обеспечивается дополнительным источником питания.

Способы подключения обмоток возбуждения: а) способ возбуждения, который обеспечивается дополнительным источником питания; б) параллельное самовозбуждение; в) последовательное самовозбуждение; г) смешанное самовозбуждение

Самовозбуждение обмотки создаётся за счёт наличия остаточного магнетизма в сердечнике якоря, индуцирующего в процессе вращения незначительную ЭДС.

Несмотря на то, что магнитный поток в начальный момент мал, он усиливает поток на полюсах, и ток начинает расти, пока не достигнет номинала.

Различают три типа генераторов с самовозбуждением:

1. Параллельное – ток, вырабатываемый в якорной обмотке большей частью проходит в главную силовую цепь, и только незначительная часть – по обмотке возбуждения.
2. Последовательное – по обмотке якорных полюсов и по силовой цепи проходит весь вырабатываемый генератором ток.
3. Смешанное – две обмотки возбуждения подключены параллельно и последовательно.

Устройство служит для преобразования механической энергии в переменный ток. Большая часть моделей имеют вращающиеся электромагниты (роторы) внутри неподвижных обмоток (статоры).

Принцип действия

За один оборот электромагнита ЭДС два раза меняет своё направление.

На рисунке ниже изображена схема генератора на постоянном магните, вращающегося внутри контура из проволочной рамки. Активно здесь работают только вертикальные части, пересекаемые линиями магнитного поля.

Схема генератора переменного тока

Индуктируемые ЭДС каждой стороны складываются, и её значение определяется из соотношения:

e = 2Blv sin ωt = ωF_m sin ωt, где

• В – индукция магнитного поля, Тл;
• l – длина вертикальной стороны рамки;
• v – линейная скорость;
• t – время;
• F_m – максимальный магнитный поток.

Индуктируемая ЭДС изменяется по синусоидальному закону, где

Для выработки большей энергии применяется электромагнитный ротор, состоящий из стального сердечника, в пазах которого располагается обмотка.

Он является вращающимся электромагнитом, а в обмотке неподвижного статора наводится ЭДС.

Электромагнитное поле создаётся подводом небольшого тока к обмотке ротора. Для этого применяется скользящая контактная группа, подключённая к обмотке. Ток подводится от аккумулятора, другого источника или в результате самовозбуждения.

Потребление энергии со статора является максимальным, и отводить ток удобно с неподвижных обмоток.

Статор собран из листовой трансформаторной стали. Он имеет пазы, куда вкладывается обмотка.

Ротор делается сплошным, но его полюса собираются из листа. Они располагаются с минимальным зазором от статора, чтобы магнитная индукция была максимальной.

Количество фаз в генераторе может быть от одной до трёх. Однофазные модели применяются при небольшом потреблении энергии. Трехфазные обмотки соединяются в звезду или треугольник. Самой распространённой схемой является «Звезда» с нейтральным проводом.

Схема подключения нагрузки к генератору «Звезда»

Слева изображены обмотки генератора, где стрелками указаны направления ЭДС Е_А, Е_В, Е_С. Справа находятся нагрузки Z_A, Z_B, Z_C, также соединённые звездой.

Напряжение между фазами и нейтралью обозначены U_A, U_B, U_C, а между двумя фазами – U_AB, U_BC, U_CA.

С генератора токи I_A, I_B, I_C текут на нагрузки и возвращаются через нейтраль назад.

Если не использовать нейтраль, то несимметричная нагрузка может вызвать перекос фаз, что снижает напряжение на одной фазе и увеличивает на другой.

Синхронный генератор содержит ротор с обмоткой возбуждения, на которую через коллектор подаётся напряжение постоянного тока.

При вращении ротора в статорной обмотке возбуждается однофазное или трёхфазное напряжение. По ней протекает электрический ток, при изменении которого может измениться нагрузка на валу ротора. При этом меняется частота с напряжением. Для поддержания их стабильными предусмотрено регулирование в виде обратной связи через обмотку ротора по напряжению и току.

Устройство генератора: а) синхронный; б) асинхронный

Ротор асинхронного генератора выполнен короткозамкнутым, в виде «беличьей клетки». На него не подаётся напряжение, а электрический ток в обмотке индуцируется за счёт влияния остаточного магнетизма. При этом образуется вращающееся магнитное поле, которое наводит в статорной обмотке напряжение.

В асинхронном генераторе отсутствует возможность управления параметрами через обмотку ротора. Управление производится изменением электрической нагрузки на обмотке статора.

Синхронный генератор обладает способностью поддерживать точные значения напряжения и частоты. У асинхронного генератора эти показатели изменяются в широких пределах. Он больше боится перегрузок в установившемся режиме и имеет склонность к перегреву обмотки статора.

Несмотря на недостатки, он более распространён из-за простоты конструкции, неприхотливости и относительной дешевизны.

Синхронному генератору отдаётся предпочтение при повышенных требованиях электрических приёмников к стабильности частоты и напряжения, а также при наличии реактивных нагрузок и перегрузок в переходных режимах.

Про конструкцию, особенности и принцип работы линейного генератора можно узнать из данного видео.

Генератор является важным источником электрической энергии, от которого зависит работа всех электрических приборов. При отсутствии или сбоях в центральном электроснабжении целесообразно приобрести небольшой генератор для частного дома. Главным параметром устройства является мощность, которая не должна быть меньше потребляемой. Генератор требует качественного сервисного обслуживания, ухода и правильной эксплуатации.

Вы должны войти, чтобы оставить комментарий.

Материалы: http://elquanta.ru/sovety/chto-takoe-generator.html

Каждый автомобиль оснащается бортовой электрической сетью, которая выполняет многие функции – запуск силовой установки при помощи электростартера, создание искрового разряда для воспламенения горючей смеси (бензиновые моторы), обеспечение светозвуковой сигнализацией и освещением, повышение комфортабельности в салоне и еще ряд других. Но тот же стартер, лампы и приводные двигатели являются потребителями электричества и для того, чтобы их обеспечить электроэнергией в авто имеется два источника электрического тока – аккумулятор и генератор.

АКБ обеспечивает бортовую сеть авто энергией до того момента, пока силовая установка не запуститься. Особенностью аккумуляторной батареи является то, что она электрический ток не вырабатывает, а всего лишь удерживает его в себе и при надобности отдает. Поэтому использовать только аккумулятор невозможно, поскольку он попросту со временем разрядится, то есть отдаст всю накопленную энергию. И произойдет это быстро, если часто запускать мотор, поскольку стартер является одним из самых сильных потребителей в бортовой сети.

Чтобы после запуска силовой установки восстановить заряд аккумулятора, а также обеспечить энергией все остальные электроприборы, используется генератор. Этот электрический элемент, в отличие от аккумулятора вырабатывает электричество, при этом делать он это может постоянно. Но для выработки электротока необходима механическая работа – вращение одной из составляющих частей генератора – ротора.

Поэтому пока мотор не запущен, генератор не способен выработать энергию, и бортовая сеть запитывается только от аккумулятора.

Генератор – этот тот же электродвигатель, но работа его выполняется с точностью до наоборот. Если в эл. двигатель подается энергия, чтобы получить механическое действие – вращение ротора, то у генератора – вращение обеспечивает выработку электрической энергии.

Если по-простому, то принцип действия генератора таков: при вращении ротора он образует магнитное поле, воздействующее на обмотку статора, из-за чего в ней появляется электрический ток, который и используется для питания бортовой сети.

Но имеются и определенные нюансы в работе данного элемента бортовой сети. Современный автомобильный генератор является трехфазным и обеспечивает на выходе переменный ток, который не подходит для электрообеспечения бортовой сети авто, поскольку в ней используется постоянный ток. К тому же, генератор должен вырабатывать электроэнергию с определенными показателями, чтобы не нанести вред потребителям. Поэтому в данный прибор включен ряд элементов дополнительного оснащения.

Генератор в разрезе

Итак, основными элементами генератора являются:

1. ротор – подвижная составляющая
2. статор – неподвижная.

Ротор – это вал, на котором располагается обмотка возбуждения, две полюсные половины, образующие полюсную систему и контактные кольца. Основная задача обмотки возбуждения – создание магнитного поля. Но для достижения данного эффекта на нее нужна подача электрического тока небольшого значения. Пока двигатель не запущен ток для возбуждения поля берется от аккумулятора. После запуска и достижения определенных оборотов, на обмотку начинает уже подаваться ток, выработанный генератором, то есть прибор переходит в режим самостоятельного возбуждения.

Обмотка возбуждения помещена между двух полюсных половинок. Эти половинки изготовлены методом штамповки, что позволило сформировать на них по 6 клювообразных выступов, которые размещены поверх обмотки.

Контактные кольца нужны для подачи электрического тока на обмотку. К этим кольцам подходят выводы обмотки возбуждения.

Дополнительно на роторе располагаются шкив привода, вентилятор охлаждения и подшипники качения.

Статор предназначен для получения переменного тока, который образуется из-за воздействия магнитного поля ротора. Состоит он из двух частей – сердечника и обмоток. Сердечник представляет собой пакет, собранный из листовой стали. В нем сделаны пазы, в которые укладываются обмотки — три штуки (три фазы). Укладка их производится петлевым или волновым методом. При этом они объединены между собой по одной из таких схем – «звезда» или «треугольник».

Схема «звезда» сводится к тому, что одни концы каждой из обмоток соединены в одной точке, а другие концы являются выводами. В «треугольнике» же соединение обмоток выполнено по кольцу – первая обмотка подсоединена ко второй, вторая – к третьей, третья – к первой. Точки соединения обмоток и являются выводами.

Ротор помещается внутрь статора, а тот в свою очередь зажимается между двумя крышками корпуса. В этих же крышках имеются и посадочные места под подшипники ротора. В передней крышке (та, что со стороны шкива) проделаны вентиляционные отверстия.

В задней же крышке размещены остальные необходимые элементы:

• блок щеток;
• диодный мост, он же выпрямительный блок;
• регулятор напряжения.

Блок щеток предназначен для передачи электрического тока на обмотку возбуждения. Для этого данный блок включает в свою конструкцию две подпружиненные графитные щетки, размещенные в корпусе. Пружины поджимают эти щетки к контактным кольцам, но жесткого соединения между ними нет.

Видео: Автомобильный генератор. Устройство генератора. Очень интересно!

Диодный мост обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный. Конструкция его включает шесть диодов, установленных в теплоотводящие пластины. На каждую из обмоток статора приходится по два диода – «плюс» и «минус».

Регулятор напряжения – элемент, обеспечивающий поддержание выходного напряжения в строго заданном диапазоне. Дело в том, что от оборотов мотора зависит количество и параметры вырабатываемой энергии. АКБ же очень «чувствительна» к подаваемому на нее напряжению. Если оно будет недостаточным, то у аккумулятора будет недозаряд, а при избытке его – перезаряд. И то, и другое приводит к значительному снижению ресурса АКБ. На современных авто используются полупроводниковые электронные регуляторы, которые зачастую выполнены заодно с блоком щеток.

Теперь о том, как все функционирует. При включении зажигания на обмотку возбуждения подается напряжения через блок щеток и контактные кольца, из-за чего вокруг нее появляется магнитное поле. Поскольку ротор после запуска мотора постоянно вращается, и магнитное поле его обмотки вместе с ним. Это поле воздействует на обмотки статора, из-за чего на их выводах появляется электрический переменный ток, который подается на выпрямительный блок. На выходе из него идет уже постоянный ток, который поступает на регулятор напряжения. Часть его подается на щетки для обеспечения режима самовозбуждения, остальное же идет на подзарядку АКБ и запитку потребителей.

Регулировка выходного напряжения регулятором организована достаточно просто. Поскольку он связан с блоком щеток, то он просто меняет напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, что в свою очередь сказывается на магнитном поле и на количестве вырабатываемой энергии. Еще одна особенность работы регулятора – термокомпенсация. Она сводится к тому, напряжение, подаваемое на аккумулятор, меняется от температуры. При низкой температуре напряжение – повышенное, но по мере возрастания температурного показателя напряжение будет снижаться.

Видео: Быстрая проверка ГЕНЕРАТОРА не устанавливая на авто

Генератор имеет вполне надежную конструкцию, но и у него бывают неисправности. Их можно поделить на механические и электрические.

1. Механические неисправности обычно появляются из-за износа, которому подвержены подшипники, щетки, приводной ремень и шкив. Обычно эти поломки выявить несложно, поскольку все они сопровождаются появлением сторонних шумов или писка со стороны генератора. Устраняются эти неисправности обычно заменой изношенного элемента.
2. Электрических неисправностей больше – обрыв или замыкание обмоток ротора или статора, пробой диодов, выход из строя регулятора. Эти неисправности как выявить, так и устранить более сложно. При этом электрические неисправности до момента выявления могут негативно повлиять на АКБ. К примеру, неисправный регулятор обеспечивает постоянный перезаряд батареи. Признаков при этом никаких особенных не будет, а выявить неисправность можно только путем замера выходного напряжения из генератора. Но до момента выявления поломки регулятора он может уже нанести непоправимый вред аккумулятору.

Все электрические неисправности, помимо обрыва и замыкания, обычно устраняются заменой неисправного элемента. Что же касается проблем с обмотками, то они исправляются перемоткой.

Чтобы избежать проблем с генератором, необходимо периодически оценивать состояние его привода, подшипников, щеток, а также проводить замеры выходного напряжения.

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Материалы: http://avtomotoprof.ru/v-pomoshh-avtomobilistu/avtomobilnyiy-generator-naznachenie-i-printsip-rabotyi/