Автомобильный генератор: устройство, назначение и неисправности

Выбор генератора для легкового авто

За счет разного диаметра шкивов клиноременной передачи генератору придается большая угловая скорость в сравнении с оборотами коленвала. Частота вращения ротора достигает 12 – 14 тысяч оборотов ежеминутно. Поэтому ресурс генератора минимум вдвое меньше, чем у ДВС авто.

Генератором машина комплектуется на заводе, поэтому при замене подбирается модификация с аналогичными характеристиками и крепежными отверстиями. Однако при тюнинге авто мощность генератора может не устроить владельца. Например, после увеличения количества потребителей (подогрев сидений, зеркал, стекол), установки сабвуфера, аудиосистемы с усилителем требуется именно выбор нового, более мощного генератора или монтаж второго электроприбора в комплекте с дополнительным аккумулятором.

В первом случае следует выбрать мощность, достаточную для подзарядки аккумулятора с 15% запасом. При установке второго генератора начальный и эксплуатационный бюджет резко увеличиваются:

• для дополнительного генератора придется установить дополнительный шкив на коленвал;
• найти место для крепления корпуса электроприбора таким образом, чтобы его шкив размещался в одной плоскости со шкивом коленвала;
• обслуживать и менять расходники сразу двух «мобильных электростанций».

С возникновением бесщеточных моделей генератора некоторые владельцы производят замену штатного прибора этим девайсом.

Бесщеточные модификации

Основным достоинством бесщеточного генератора является сверхдолгий эксплуатационный ресурс. Несмотря на сложную конструкцию и цену, ломаться здесь в принципе нечему, а окупаемость, все равно, выше за счет отсутствия расходников щетки/коллекторные кольца.

Компактные размеры и отсутствие коротких замыканий при попадании воды на залитые лаком или композитным составом обмотки позволяет монтировать его практически на любые транспортные средства.

Генераторы постоянного тока исчезли с легкового транспорта в 70-е годы прошлого столетья, так как имели сложную схему и более крупные размеры.

Таким образом, работа автомобильного генератора обеспечивает электроэнергией всех потребителей, подзаряжает АКБ и создает искру в камерах сгорания. Своевременное обслуживание и диагностика позволяет сократить эксплуатационные расходы и повысить ресурс электрического устройства.

Правила эксплуатации генератора (по Остеру)

И напоследок несколько “вредных” советов, как быстро и без проблем “сжечь” генератор:

1. Самый лучший и быстрый способ – “Переплюсовка”. Поменяйте местами провода от клемм аккумуляторной батареи, при этом возможен не только оптический эффект (яркая вспышка внутри генератора, легкое дымовое облако), но также звуковой (от щелчка до хлопка и шипения), обонятельный (почувствуете непередаваемый аромат горящих проводов!), и, наконец, тактильный (ожог 1-3 степени – подбирается экспериментально!) После применения этого способа диодный мост выгорает с вероятностью 99%, статор – 60%, реле-регулятор – 20%, провода – 10%, автомобиль целиком – 0,01%! Способ очень эффективен при “прикуривании”. Возможны побочные эффекты – выгорание бортовых компьютеров, сигнализации, музыки и т.д. Большой плюс – не требует специальных навыков и знаний, легко осваивается начинающими.
2. Способ “Мойка”. Помойте двигатель своей машины. Особенно тщательно помойте генератор, проследите, чтобы потоки воды прополоскали все внутренности агрегата. Ни в коем случае не продувайте генератор после мойки! Сразу же заводите машину и включите побольше нагрузок – весь свет, обогрев, музыку. Если эффект не произошел – повторите попытку. Эффект появится, поверьте!!! Плюс – сгоревший генератор будет чистым.
3. “Дедовский” метод – сдёргивание плюсовой клеммы аккумулятора на работающем двигателе вроде бы для проверки зарядной системы. Процент сгоревших релюшек увеличивается до 50-70%. Способ требует определенной сноровки – главное, чтобы было побольше искр! Возникающие в цепях высоковольтные коммутационные процессы рано или поздно должны будут сжечь хоть что-нибудь в Вашем генераторе, или, в крайнем случае, в машине! Как всегда, рекомендуется включить побольше всяких там нагрузок – свет, печки, подогрев. Способ не очень эффективен на старых машинах, но главное – верить, что так и будет!
4. “Лужа” – способ, которым пользуется множество автолюбителей, даже не подозревая об этом. При этом многие искренне уверены, что автомобиль и его агрегаты, включая генератор, по водонепроницаемости должен быть сродни подводной лодке. Дерзайте! Как много неисследованных глубин ждут своих первооткрывателей! И еще простой совет – лужу надо проезжать на возможно максимальной скорости, тщательно следя, чтобы брызги равномерно захлестывали подкапотное пространство. Отсутствие защитных кожухов и поддонов во многом облегчит Вашу непростую задачу. Очень большой плюс – способом можно пользоваться практически ежедневно, не выходя из машины!
5. Способ “Меломан”. Для очень крутых! Поставьте в Вашу машинку супер магнитолку, парочку CD чейнджеров, пару-тройку ламповых усилителей ватт по 200-300, сабвуфер ватт на 500, ну колонок с десяток, лучше полтора. Вообще, чем больше – тем лучше! Баксов на 12-25 тысяч! (Это не враки – случай зафиксирован!) Включайте! Если через пару минут генератор все ещё работает, а характерного дыма и запаха все еще нет – значит Вы поставили слишком дешёвую аппаратуру!
6. “Аккумуляторный” способ – наиболее коварный и таинственный из всех, поскольку его осознание требует понимания химических и физических процессов (ну хотя бы закон Ома, что уже не всем дано!) А если по-простому – используйте давно просроченный аккумулятор, не моложе трех-пяти лет. Чем старше – тем больше вероятность, что в аккумуляторе окажется короткозамкнутая банка. При этом аккумулятор может подавать признаки жизни – заводить машину, подзаряжаться от зарядного устройства и т.д., но при этом он становится мощной паразитной нагрузкой в цепи генератора. Возможно, что силы тока будет хватать на работу инжектора, но при включении дальнего света и обогрева генератор будет греться так, что его можно использовать для приготовления яичницы в походных условиях! Главное – не обращать на это внимания, и способ когда-нибудь сработает!

Состав и устройство автогенератора

Автогенератор состоит из следующих частей:

• Статор, включающий в себя сердечник из пластин электротехнической стали с тремя намотанными на него катушками медного эмалированного провода диаметрам чуть меньше миллиметра. Соединяются эти обмотки между собой «звездой», а к их свободным концам подключаются диоды выпрямителя.
• Ротор, состоящий из сердечника с 6 полюсами и намотанной внутри этой конструкции катушки изолированного медного провода, выводы которой подключены к двум медным контактным кольцам. Эта катушка является обмоткой возбуждения автогенератора.
• Блок диодов выпрямителя. Его схема состоит из 6 мощных диодов, расположенных на двух алюминиевых подковах и попарно соединенных между собой. Способом их коммутации здесь, как правило, бывает схема Ларионова. Эта схема преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное.
• Дюралюминиевый корпус автогенератора, с изолированной от него клеммой выхода, и с элементами крепления к двигателю. Выполнен он из двух половинок: передней и задней, стягивающимися между собой длинными болтами с гайками.
• Регулятор напряжения со щетками. В более ранних конструкциях автогенератора регулятор напряжения не объединялся с блоком щеток, а устанавливался в моторном отсеке отдельно. Схема подключения автогенератора со встроенным и вынесенным регулятором напряжения несколько различается.
• Помехоподавляющий конденсатор. Служит для уменьшения помех радиоаппаратуре в бортовой сети автомобиля. Подключается параллельно выходу генератора, то есть один его вывод присоединяется к плюсовой клемме устройства, а другой к «массе» автомобиля.
• Приводной шкив, часто соединенный с крыльчаткой охлаждения.

Схема регулятора напряжения, по сути, является усилителем тока с отрицательной обратной связью по напряжению. То есть повышение напряжения на выходе автогенератора приводит к уменьшению тока проходящего через обмотку возбуждения ротора, что ослабляет его магнитное поля, а из-за этого уменьшается напряжение на выходе устройства. В современных генераторах для питания обмотки возбуждения используются дополнительный выпрямитель из трех маломощных диодов. Это исключает протекание тока через обмотку возбуждения при выключенном зажигании и упрощает схему индикации наличия или отсутствия зарядки. При включении зажигания, через индикаторную лампочку, на регулятор напряжения подается питание. Пока нет зарядки, ток возбуждения генератора идет через лампочку и она светится. А как только генератор начинает вырабатывать энергию, питание на регулятор подается с дополнительных диодов, ток через контрольную лампочку прекращается и она гаснет.

Двигатель

Как известно, бензиновый двигатель может работать как по двухтактному циклу, так и по четырехтактному. При этом низкая экономичность и ограниченный ресурс делает двухтактные двигатели не самым лучшим выбором для привода электрогенератора, хотя они и проще в конструкции, а значит — дешевле и легче.

Четырехтактный же двигатель, хотя он сложнее и дороже, расходует значительно меньше топлива и способен проработать гораздо больше. Поэтому генераторы мощностью до 10 кВА, как правило, оснащаются двигателями именно такого типа.

Бензиновые двигатели электрогенераторов — это в основном одноцилиндровые агрегаты с принудительным воздушным охлаждением, приготовление горючей смеси осуществляется при помощи карбюратора. Для запуска их применяется либо тросовый стартер, либо в конструкцию дополнительно включается электрозапуск (тогда, помимо аккумулятора, такие генераторы имеют и 12 В выход: от этой цепи заряжается аккумулятор и к ней же могут подключаться потребители, рассчитанные на низковольтное питание). Наиболее распространены моторы с чугунной гильзой и верхнеклапанным газораспределительным механизмом — как правило, это моторы Honda GX и их китайские копии.

Двигатели бытовых бензогенераторов не предназначены для длительной беспрерывной эксплуатации. Превышение времени работы, указанного в инструкции по эксплуатации (как правило, не более 5-7 часов), сократит ресурс мотора.

Однако же, даже самые совершенные бензиновые двигатели имеют ограниченный ресурс: при должном уходе они проработают 3-4 тысячи моточасов. Много это или мало? При эпизодическом использовании на выезде, например, для подключения электроинструмента — это достаточно большой ресурс, а вот постоянно запитывать частный дом от бензогенератора значит ежегодно перебирать его двигатель.

Значительно больший ресурс имеют дизельные силовые агрегаты, кроме того, они выгоднее при длительной эксплуатации за счет большей экономичности. По этой причине все мощные генераторные установки, как переносные, так и стационарные, используют дизельные моторы.

Для таких агрегатов ряд недостатков дизельных моторов по сравнению с бензиновыми (дороговизна, больший вес и шумность) не являются принципиальными, определенное неудобство есть лишь при запуске дизельных моторов в холодное время.

При эксплуатации дизельного генератора нужно учитывать, что длительная работа на холостом ходу без нагрузки для них вредна: нарушается полнота сгорания топлива, что приводит к повышенному образованию сажи, забивающей выпуск, и разжижению моторного масла просачивающимся через поршневые кольца дизельным топливом. Поэтому в список регламентных работ для дизельных электростанций обязательно включается периодический вывод их на полную мощность.

Кроме того, существуют и генераторы, работающие на природном газу. Конструктивно они ничем не отличаются от бензиновых, кроме системы питания: вместо карбюратора они оснащены редуктором для регулирования давления газа и калиброванной форсункой, подающей газ во впускной коллектор. При этом такие генераторы в качестве источника топлива могут использовать не только баллон со сжиженным газом, но и газовую сеть — в этом случае расходы на топливо становятся минимальными. Недостатком подобных генераторов является низкая мобильность (газовый баллон габаритнее и тяжелее бензобака, который, к тому же, можно дозаправлять прямо на месте), а также повышенная пожароопасность, особенно при неграмотной эксплуатации. Однако в качестве источника резервного питания в доме, подключенном к газовой магистрали, это неплохой вариант: нет необходимости заботиться о поддержании уровня и качества топлива в бензобаке, а ресурс двигателя при работе на газу выше, чем при работе на бензине.

Принцип работы генератора автомобиля

Промышленность в целом использует два типа генераторов – переменного и постоянного тока. Однако в автомобилестроении последние практически не используются. Распространённость автогенераторов переменного тока вызван простой их конструкции. Для генерации напряжение используется пара ротор-статор, причём вращается только электромагнит, который волнообразно изменяет напряжение магнитного поля (по амплитуде и направлению) в разных точках катушки статора. В результате и вырабатываемая электроэнергия имеет синусообразную природу. Переменный ток генерируется в районе полюсов статора.

При этом конструкция автогенератора позволяет вырабатывать электроэнергию с необходимыми параметрами независимо от скорости вращения приводного шкива. Другими словами, мощности автомобильного генератора хватает для нормальной работы потребителей даже при минимальных оборотах коленвала. Это достигается благодаря использованию большого количества пар ротор-катушка и использованием электромагнита вместо обычного ферримагнитного сплава. Принцип функционирования автомобильных электрогенераторов одинаков для всех марок и моделей. Конструктивные различия проявляются на уровне конкретной реализации. В основном они вызваны особенностями компоновки конкретного силового агрегата. Современный автомобиль имеет две различные по назначению электроцепи:

• первичная – это, грубо говоря, обмотка генератора;
• вторичная формирует бортовую сеть, питающую всех потребителей электроэнергии (ЭБУ, климатическую систему, панель приборов, световые устройства. мультимедийный центр и пр.).

Между первичной/вторичной цепью располагается регулятор напряжения, задача которого сводится к осуществлению контроля за номиналом напряжения во вторичной сети и выполнением корректирующих действий в первичной при возникновении такой необходимости. Строго говоря, именно реле-регулятор является тем третейским судьёй, который решает, кому и сколько в конкретный момент времени требуется электроэнергии. Если в бортовой сети наблюдается резкое снижение величины тока, генератор способен зафиксировать это, а реле-регулятор – повысить ток возбуждения на роторе. В результате величина напряжённости магнитного поля растёт, что и приводит к повышению номинала выходного напряжения. При достижении определённого значения регулятор снижает величину поступающего на обмотку возбуждения тока до номинальных значений.

Отметим, что номинальный режим, то есть сколько ампер выдаёт автомобильный генератор, зависит от степени нагрузки мотора и конкретной модели автомобиля. Следует упомянуть, что на холостом ходу генератор автомобиля должен выдавать напряжение порядка 13.50-14.00В. Если отключить всех потребителей, то напряжение автогенератора должно возрасти до 14.30-15.50В, при этом каждый включённый потребитель будет отбирать от этого значения примерно 0.20В. При всех включённых потребителях величина измеряемого напряжения на выходе автогенератора не должно быть ниже 12.8В. Именно это значение является пороговым для нормальной подзарядки аккумуляторной батареи. Если оно ниже – имеет место недозаряд, грозящий полным разряжением АКБ.

Ещё раз отметим, что номинал выдаваемого напряжения автогенератором практически не связан с текущими оборотами двигателя, однако он сильно зависит от количества одновременно подключённых потребителей. Если в бортовой электросети наблюдаются проблемы, это может свидетельствовать о неисправности либо регулятора, либо самого генератора. Искать проблемы в силовом агрегате при этом – пустое занятие. Схематически работу электрогенератора можно представить как трансформацию механической энергии в её электрический аналог. Механическая энергия – это вращение коленвала на работающем моторе, которое посредством ременной передачи с минимальными потерями трансформируется во вращения вала ротора, а дальше уже вступает в действие связка ротор-статор.

Отметим, что технический прогресс остановить невозможно, особенно это касается появления материалов с новыми, более совершенными характеристиками. Их использование при производстве автомобильных генераторов будет способствовать дальнейшему увеличению производительности этих устройств. Но революционного прорыва, по крайней мере в ближайшее десятилетие, ожидать не стоит – все перспективные разработки в данной сфере предполагают эволюционный тип развития.

На что обратить внимание при выборе?

Есть ряд деталей, на которые нужно обращать внимание перед покупкой генератора. В первую очередь смотрите на упаковку:. 1) обязательно наличие адресов поставщика и производителя на коробке — если, конечно, им нечего скрывать;2) информация о сертификации товара (СТР, ЕАС, ISO) — товар должен соответствовать техническим стандартам

Если сертификата нет, генератор покупать не стоит;3) информация о гарантии: с какого момента она считается и какой срок составляет. Например, гарантия производителя «СтартВОЛЬТ» на генераторы действует 2 года с момента продажи, но есть случаи, когда срок считается с момента производства;4) информация об оригинальных кодах товара и его применяемости к вашей модели автомобиля — будет неприятно, если после покупки вы узнаете, что он вам не подходит;5) собственная система идентификации запчастей — у добросовестных производителей есть собственные уникальные номера деталей для конкретных моделей авто: например, генератор «СтартВОЛЬТ» для а/м ВАЗ 2110 имеет фирменное обозначение производителя LG 0110;6) наличие в коробке уплотнителя или вкладышей для защиты от механических повреждений

1) обязательно наличие адресов поставщика и производителя на коробке — если, конечно, им нечего скрывать;2) информация о сертификации товара (СТР, ЕАС, ISO) — товар должен соответствовать техническим стандартам. Если сертификата нет, генератор покупать не стоит;3) информация о гарантии: с какого момента она считается и какой срок составляет. Например, гарантия производителя «СтартВОЛЬТ» на генераторы действует 2 года с момента продажи, но есть случаи, когда срок считается с момента производства;4) информация об оригинальных кодах товара и его применяемости к вашей модели автомобиля — будет неприятно, если после покупки вы узнаете, что он вам не подходит;5) собственная система идентификации запчастей — у добросовестных производителей есть собственные уникальные номера деталей для конкретных моделей авто: например, генератор «СтартВОЛЬТ» для а/м ВАЗ 2110 имеет фирменное обозначение производителя LG 0110;6) наличие в коробке уплотнителя или вкладышей для защиты от механических повреждений.

Проверяйте комплектность товара до его покупки. В коробке должны быть:

гарантийный талон – без него вы не сможете вернуть некачественный товар в магазин или напрямую производителю;дополнительные документы, среди которых паспорт изделия, инструкция, результаты тестов или рекламная продукция. Чем больше документов, тем больше информации можно получить о продукте;отдельные модели генераторов дополнительно комплектуются отдельными крепежными элементами (например, кронштейн крепления генератора). Если их нет, установить генератор будет крайне проблематично.

Упаковка генератора «СтартВОЛЬТ» с документами

Достаньте генератор из коробки и проведите визуальный осмотр:

любые сколы, царапины и прочие дефекты недопустимы — поврежденный товар покупать нельзя. Последствиями использования такой запчасти станет ее полное разрушение в процессе работы;необходимо осмотреть и проверить затяжку основного крепежа генератора хотя бы на ощупь

Обратите внимание, что перед установкой изделия не нужно проверять затяжку второй (наружной) гайки выводного болта генератора, если таковой имеется (вывод В+) – их специально не затягивают чтобы подключать изделие было проще;проверните шкив и послушайте, нет ли посторонних шумов при его вращении. Шум говорит о некачественной сборке, такой товар покупать, а уж тем более использовать нельзя;в некоторых магазинах есть специальное оборудования для проверки

чтобы потом не “кусать локти”, и лучше потратить немного времени и провести проверку на специализированном стенде.

Генераторы постоянного тока

Конструкция генераторов постоянного тока позволяет использовать их в роли электродвигателей. Для этого требуется подать электрическое питание на якорь. Электрические машины постоянного тока могут быть следующих типов:

• с обмоткой самовозбуждения, подключаемой к аккумулятору;
• независимого типа с шунтовой схемой (параллельное возбуждение);
• независимой схемы последовательного подключения, под параллельным и последовательным подключением понимается схема соединения обмоток якоря и статора.

Особенностью большинства автомобильных генераторов постоянного тока является использование положительного полюса в качестве “массы”. Генераторы постоянного тока обладают рядом недостатков:

• малая мощность;
• низкий КПД;
• необходимо регулярное обслуживание;
• недостаточный ресурс.

Все эти недостатки привели к тому, что электрические машины постоянного тока уступили место под капотами авто более совершенным установкам переменного напряжения. Машины постоянного тока дольше всего продержались на железнодорожном транспорте, но и там их вытеснили трехфазные устройства переменного тока.

Устройство

Генератор постоянного тока базируется на основе массивного корпуса 18, выполняющего роль статора. Внутри установлены полюсные обмотки 9. Пазы, предназначенные для размещения обмотки, имеют смещение относительно оси генератора по винтовой линии.

За счет этого обеспечивается равномерность магнитного потока и снижается шум при работе. Обмотка статора выведена к клемме 6, промаркированной Ш, и к корпусу генератора. Между обмоток расположен вращающийся якорь 19, оснащенный коллекторной токосъемной частью 4.

Якорь имеет вал 10, который опирается на два шариковых подшипника 2. Подшипники установлены в передней и задней крышке – 16 и 1 соответственно. Для подачи смазки в подшипники предусмотрены масленки 5.

От вытекания смазки и попадания пыли применены сальники 3, выполненные из фетра. Задняя крышка имеет точки крепления щеткодержателей 12, оснащенных графитовыми щетками 11. Для обеспечения прилегания щеток к коллектору использованы пружины 13.

Пример конструкции автомобильного генератора постоянного токаРазличаются положительные и отрицательные щетки. Положительная деталь располагается в щеткодержателе без изолятора и подключена к корпусу генератора. Отрицательная щетка изолирована от остальных деталей и имеет вывод на клемму 7 (промаркированную буквой Я). Доступ к щеткам для осмотра и профилактики возможен через смотровое окно, закрытое при эксплуатации устройства крышкой 20. Существуют модели генераторов, оснащенные двумя парами щеток и дополнительными обмотками статора. Щетки одинаковой полярности соединены между собой в единую цепь.

На передней части вала якоря установлен шкив 15, удерживающийся от проворачивания шпонкой. Шкив закреплен гайкой 14, которая на некоторых моделях генераторов фиксируется шплинтом. Для охлаждения внутреннего объема генератора применяется вентилятор, лопасти которого пролиты на приводном шкиве.

Электрическая схема

Ниже приведены три варианта схем генераторов, отличающихся типом возбуждения:

• независимый (а);
• параллельный (б);
• смешанный (в).

Типовые схемы генераторов постоянного токаУсловные обозначения:

• Я1 и Я2 – обмотки, установленные на якоре;
• Д1 и Д2 – дополнительные обмотки добавочных полюсов;
• Ш1 и Ш2 – шунтовая обмотка;
• С1 и С2 – последовательная обмотка возбуждения;
• RH – нагрузка.

Принцип работы

В основе принципа работы генератора автомобиля лежит процесс индуцирования электродвижущей силы во вращающихся обмотках якоря в результате воздействия магнитного поля статора. Снятие напряжения ведется с отдельных полуколец, что позволяет формировать выпрямленный ток без дополнительных устройств.

Простейший генератор с постоянными магнитами.

Крепление и привод

Генераторы переменного тока устанавливались на автомобилях через отдельный кронштейн или непосредственно на боковой части картера двигателя. На нижнеклапанных моторах устройство монтировалось на головке блока и использовалось для установки вентилятора системы охлаждения. При подобной схеме монтажа для привода используется ременная передача от шкива, установленного на коленчатом валу двигателя.

Опора генератора позволяет изменять угол установки, обеспечивая натяжение ремня. На крупногабаритных моторах генераторы могли иметь привод от распределительных шестерен механизма газораспределения.