Автомобильные генераторы переменного тока. Автомобильный генератор. Общий принцип работы
Электрическая машина, служащая для преобразования механической энергии в электрический ток, называется автомобильным генератором. Функция генератора, которую он выполняет в автомобиле – это зарядка батареи аккумулятора и питание электрического оборудования при двигателе, находящемся в рабочем состоянии. В качестве автомобильного генератора служит генератор переменного тока.
Общие сведения об выходной мощности генератора. В первые дни автомобили использовали генераторы, а не генераторы переменного тока, чтобы приводить в действие электрическую систему автомобиля и заряжать аккумулятор. По мере развития автомобильной техники также требовалась большая мощность. Генераторы производят постоянный ток, который перемещается в одном направлении, в противоположность к переменному току для электричества в наших домах, который периодически меняет направление.
Ротор и статор представляют собой два компонента, которые генерируют мощность. Когда двигатель вращает шкив генератора, ротор вращается мимо трех неподвижных обмоток статора или катушек проволоки, окружающих неподвижный железный сердечник, который составляет статор. Это называется трехфазным током. Обмотки катушки равномерно распределены с интервалом в 120 градусов вокруг железного вала. Переменное магнитное поле от ротора вызывает последующий переменный ток в статоре. Два диода подключаются к каждому проводу статора для регулирования тока.
Располагается генератор в двигателе чаще всего в его передней части, приводится от коленного вала. На гибридных автомобилях генератор выполняет работу стартер-генератора, подобная же схема используется и в некоторых других конструкциях системы стоп-старт. В настоящее время фирмы Denso, Delphe и Bosch занимают первые места в мире по выпуску генераторов.
Диоды используются, чтобы существенно блокировать и направлять ток. При правильной работе три витки производят три тока, которые составляют три фазы. Две основные конструкции обмотки статора имеют дельта-рану и увязку. Дельта-рана легко идентифицируется по своей форме, поскольку они треугольные.
Слишком много или слишком мало напряжения могут повредить аккумулятор, а также другие электрические компоненты. Чтобы обеспечить правильную величину, регулятор напряжения определяет, когда и какое напряжение требуется в батарее. В большинстве генераторов обнаружен один из двух типов регуляторов: заземленный регулятор работает, контролируя количество отрицательного или аккумуляторного заземления, идущего в обмотку в роторе, в то время как заземленный тип поля работает наоборот - контролируя количество батареи положительны.
Существует два вида конструкций автомобильных генераторов: ком-пактная и традиционная. Отличия, характеризующие эти виды, состоят из разницы в компоновке вентилятора, разнятся устройством корпуса, выпрямительным узлом и приводным шкивом, геометрическими размерами. Общие параметры, имеющиеся в обоих видах автомобильных генераторов, это:
Ни одно из них не представляет преимущества перед другим. С таким количеством компонентов, которые работают над созданием электричества, жизненно важного для наших автомобилей, можно с уверенностью сказать, что генератор переменного тока является ключевым компонентом под капотом. Но, как и многие другие детали на наших автомобилях, они терпят неудачу. Следующий раздел даст вам представление о как определить, собираетесь ли вы оказаться на мель и что вы можете сделать, если вам нужно заменить генератор.
Откуда берется электричество?
Согласно легенде, члены-основатели получили свое имя после прочтения этого термина с задней стороны прибора. Лучший способ понять электричество - начать с того, чтобы дать ему свое имя: электрическую энергию. Откуда вы это получите? Там есть основной закон физики, называемый сохранением энергии, который объясняет, как вы можете получить энергию, и как вы можете это сделать. Согласно этому закону, в мире есть фиксированное количество энергии, хорошие новости и некоторые плохие новости о том, что мы можем с этим сделать.
- Ротор;
- Статор;
- Корпус;
- Регулятор напряжения;
- Выпрямительный блок;
- Щёточный узел.
| 1 – поджимная втулка | 14 – вывод «67» |
| 2 – втулка | 15 – штекер нулевого провода |
| 3 – буферная втулка | 16 – шпилька крепления генератора |
| 4 – задняя крышка | 17 – крыльчатка вентилятора |
| 5 – винт крепления выпрямительного блока | 18 – шкив |
| 6 – выпрямительный блок | 19 – пластины |
| 7 – вентиль (диод) | 20 – кольцо |
| 8 – задний подшипник | 21 – передний подшипник |
| 9 – контактные кольца | 22 – обмотка ротора |
| 10 – вал ротора | 23 – ротор |
| 11 – щетки | 24 – обмотка статора |
| 12 – вывод «30» | 25 – статор |
| 13 – щеткодержатель | 26 – передняя крышка |
Плохая новость заключается в том, что мы не можем создать больше энергии, чем мы уже; хорошая новость заключается в том, что мы не можем разрушить любую энергию. Все, что мы можем делать с энергией, - это преобразовать ее из одной формы в другую. Если вы хотите найти электроэнергию для питания своего телевизора, вы не будете получать энергию из воздуха: сохранение энергии говорит нам, что это невозможно. То, что вы будете делать, это использовать энергию, преобразованную из какой-либо другой формы, в электрическую энергию, в которой вы нуждаетесь.
| 1 – кожух | 17 – шкив |
| 2 – вывод «В+» для подключения потребителей | 18 – гайка |
| 3 – помехоподавляющий конденсатор 2,2 мкФ | 19 – вал ротора |
| 4 – общий вывод дополнительных диодов (присоединяется к выводу «D+» регулятора напряжения) | 20 – передний подшипник вала ротора |
| 5 – держатель положительных диодов выпрямительного блока | 21 – клювообразные полюсные наконечники ротора |
| 6 – держатель отрицательных диодов выпрямительного блока | 22 – обмотка ротора |
| 7 – выводы обмотки статора | 23 – втулка |
| 8 – регулятор напряжения | 24 – стяжной винт |
| 9 – щеткодержатель | 25 – задний подшипник ротора |
| 10 – задняя крышка | 26 – втулка подшипника |
| 11 – передняя крышка | 27 – контактные кольца |
| 12 – сердечник статора | 28 – отрицательный диод |
| 13 – обмотка статора | 29 – положительный диод |
| 14 – дистанционное кольцо | 30 – дополнительный диод |
| 15 – шайба | 31 – вывод «D» (общий вывод дополнительных диодов) |
| 16 – конусная шайба |
1 - генератор; 2 - отрицательный диод; 3 - дополнительный диод; 4 - положительный диод; 5 - контрольная лампа разряда аккумуляторной батареи; 6 - комбинация приборов; 7 - вольтметр; 8 - монтажный блок; 9 - дополнительные резисторы по 100 Ом, 2 Вт; 10 - реле зажигания; 11 - выключатель зажигания; 12 - аккумуляторная батарея; 13 - конденсатор; 14 - обмотка ротора; 15 - регулятор напряжения
Как правило, это происходит на электростанции на некотором расстоянии от вашего дома. В эти экологически чистые времена часть вашего электричества также будет от ветровых турбин, гидроэлектростанций или геотермальной энергии. Всякий раз, когда ваша энергия исходит, она почти наверняка будет превращена в электричество с помощью генератора. Только солнечные батареи производят электричество без использования генераторов.
Как мы можем генерировать электричество?
Фото: типичный электродвигатель. Генератор электроэнергии имеет точно такие же компоненты, но работает наоборот, превращая движение в электрическую. Генерация электричества звучит просто - и это так. Трудно сказать, что вам нужно приложить огромные усилия для создания небольшого количества энергии. Вы узнаете об этом, если у вас есть велосипед с динамовыми огнями, приводимыми в действие от колес: вам нужно немного усилить педаль, чтобы заставить свет светиться, - и это просто для того, чтобы произвести крошечное количество электричества, которое вам нужно, чтобы выпустить пару факелов луковицы.
Главная задача ротора – создать вращающееся магнитное поле, для этой цели на валу ротора и расположена обмотка возбуждения. Она помещается в две половины полюса, в каждой полюсной половине имеется шесть выступов – они называются клювами. Ещё на валу имеются контактные кольца, их два, и именно через них идёт питание обмотки возбуждения. Кольца, чаще всего, изготавливаются из меди, достаточно редко встречаются стальные кольца или латунные. Непосредственно к кольцам припаяны выводы обмотки возбуждения.
На валу ротора размещается одна либо две крыльчатки вентилятора (их количество зависит от конструкции) и закреплён ведомый приводной шкив. Два шариковых необслуживаемых подшипника составляют подшипниковый узел ротора. Со стороны контактных колец на валу также может быть расположен роликовый подшипник.
Статор необходим для создания переменного электрического тока, объединяет металлический сердечник и обмотки, сердечник набран из пластин, они изготовлены из стали. Имеет 36 пазов для навивки обмоток, в этих пазах укладываются обмотки, количество их три штуки, они образуют трёхфазное соединение. Есть два способа укладки обмоток в пазы – волновой способ и петлевой. Между собой обмотки соединяются по схемам «звезда» и «треугольник».
Динамо - это просто очень маленький генератор электроэнергии. В противоположной крайности, на реальных электростанциях, гигантские генераторы электроэнергии оснащены паровыми турбинами. Это немного похоже на вращающиеся пропеллеры или ветряные мельницы, приводимые в движение с помощью пара. Энергия, которая питает генератор, поступает из турбины. Энергия, которая питает турбину, поступает из топлива. И топливо - если это уголь или масло - первоначально происходило от заводов, питающихся энергией Солнца.
Генераторы на мото- и сельскохозяйственной технике
Фото: портативный генератор электроэнергии, работающий от дизельного двигателя. Большую часть времени мы принимаем электроэнергию как должное. Но что, если вы работаете на открытом воздухе, в середине нигде, и там нет электроснабжения, которое вы можете использовать для питания вашей бензопилы или вашей электрической дрели?
Что представляют собой эти схемы?
- «Звезда» – одни концы обмоток соединяются в одной точке, а другие концы – это выводы;
- «Треугольник» – кольцевое соединение концов обмоток в последовательности, выводы исходят из точек соединения.
Щёточный узел служит для обеспечения передачи тока возбуждения на кольца контакта. Он состоит из двух графитных щёток, пружин, которые их прижимают, и щёткодержателя. В генераторах современных машин щёткодержатель находится с регулятором напряжения в едином неразборном узле.
Общий принцип работы
Одна из возможностей - использовать беспроводные инструменты с перезаряжаемыми батареями. Другой вариант - использовать пневматические инструменты, такие как отбойные молотки. Они полностью механические и питаются сжатым воздухом, а не электричеством. Третий вариант - использовать переносной генератор электроэнергии. Это просто небольшой бензиновый двигатель, похожий на компактный двигатель, который вы получаете на мотоцикле, с подключенным генератором электроэнергии. Когда двигатель отгоняет, сжигает бензин, он толкает поршень туда-сюда, поворачивает генератор и производит постоянный электрический ток в качестве выхода.
Выпрямительный блок выполняет функцию преобразования синусоидального напряжения, который вырабатывает генератор, в напряжение постоянного тока бортовой сети автомобиля. Это пластины, которые выполняют роль теплоотводов, со смонтированными диодами. В блоке – шесть силовых полупроводниковых диодов, на каждую фазу – по два диода, один на «положительный», а другой на «отрицательный» вывод генератора.
С помощью трансформатора вы можете использовать генератор, подобный этому, для производства практически любого необходимого вам напряжения, где бы вы ни нуждались. До тех пор, пока у вас будет достаточно бензина, вы можете сделать свое собственное электроснабжение но помните о сохранении энергии: выбегайте из газа, и у вас тоже не хватает электричества!
Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели строили практические электрические генераторы. Для понимания работы генератора переменного тока подумайте об одном прямоугольном повороте, расположенном между двумя противоположными магнитными полюсами, как показано выше. Предположим, что этот цикл начинает вращаться по часовой стрелке.
На многих генераторах обмотка возбуждения подключается через отдельную группу, которая состоит из двух диодов. Эти выпрямители препятствуют прохождению тока разряда аккумуляторной батареи через обмотку при неработающем двигателе. Когда обмотки соединены по принципу «звезда», на нулевом выводе устанавливается два силовых диода дополнительно, позволяя увеличивать мощность генератора до 15 процентов. Выпрямительный блок выключается в схему генератора на специальных монтажных площадках посредством пайки, сварки, или соединения болтами.
Различают ТСХ, определенные
В то время как поворот далее переходит в вертикальное положение, ток снова уменьшается до нуля. Во время каждого полного оборота поворота ток в свою очередь постепенно достигает своего максимального значения, затем сводится к нулю, а затем снова достигает максимального значения, но в противоположном направлении, и снова он достигает нуля. Итак, мы видели, как переменный ток создается в повороте, вращается внутри магнитного поля.
Крепление и привод
Из этого мы сейчас перейдем к реальности. Теперь мы разрезаем петлю и соединяем ее два конца с двумя кольцами скольжения, и неподвижная кисть помещается на каждое кольцо скольжения. Если мы подключим два терминала внешней нагрузки с этими двумя щетками, мы получим переменный ток в нагрузке. Это наша элементарная модель. Поняв самый основной принцип генератора переменного тока, давайте теперь ознакомиться с его основным операционным принципом практического генератора переменного тока. Но обычно в практических случаях проводники якоря неподвижны, и между ними вращаются магниты поля.
Регулятор напряжения – его предназначение поддерживать напряжение генератора в определённых пределах. В настоящее время генераторы оснащены полупроводниковыми электронными (или интегральными) регуляторами напряжения.
Конструкции регуляторов напряжения:
- гибридное исполнение – использование радиоэлементов и электронных приборов в электронной схеме вместе;
- интегральное исполнение – все компоненты регулятора (не считая выходного каскада) исполнены с помощью тонкоплёночной микроэлектронной технологии.
Регулятор напряжения производит изменение напряжения, подводимого для заряжания аккумуляторной батареи термокомпенсацией напряжения (зависимостью от t воздуха). Чем выше температура воздуха, тем меньшее напряжение идёт к аккумуляторной батарее.
Видео презентация рабочего принципа генератора переменного тока
Эти конкретные явления приводят к выходу 3φ из генератора переменного тока, который затем передается на распределительные станции для внутреннего и промышленного использования. Электрическая система мотоцикла в основном состоит из генератора переменного тока, батареи, выпрямителя и регулятора. Генератор переменного тока состоит из ротора и статора и генерирует трехфазный переменный ток при работающем двигателе. В случае трехфазных генераторов существуют два типа ротора.
Привод генератора происходит с помощью ременной передачи, обеспечивает вращение ротора со скоростью, превышающей частоту вращения коленчатого вала в два-три раза. В разных конструкциях генератора может использоваться поликлиновый или же клиновый ремень:
- Клиновый ремень имеет предпосылки для быстрого изнашивания, (это зависит от определённого диаметра шкива) так как область применения клинового ремня ограничивается размерами ведомого шкива.
- Поликлиновый ремень считается более универсальным, применим при небольших диаметрах ведомого шкива, с его помощью реализуется большее передаточное число. Современные модели генераторов имеют в своих конструкциях поликлиновый ремень.
Генераторы с ротором в качестве постоянного магнита
Ротор как постоянный магнит Ротор как электромагнит. . Ротор как постоянный магнит либо непосредственно соединен с коленчатым валом, либо приводится в движение ремнем. Ротор вращается вокруг статора или вокруг него с несколькими металлическими полюсами с медной обмоткой. Вращательное движение ротора генерирует переменное магнитное поле, так как обмотки катушки статора попеременно подвергаются воздействию магнитного северного и южного полюсов. Таким образом, в катушках статора генерируется трехфазное переменное напряжение.
Когда в замке зажигания поворачивается ключ, на обмотку возбуждения поступает ток через щёточный узел и контактные кольца. В обмотке наводится магнитное поле. Ротор генератора начинает двигаться с вращением коленчатого вала. Обмотки статора пронизываются магнитным полем ротора. На выводах обмоток статора возникает переменное напряжение. С достижением определённой частоты вращения, обмотка возбуждения запитывается непосредственно от генератора, то есть, генератор переходит в режим самовозбуждения.
Переменное напряжение преобразуется выпрямительным блоком в постоянное. В этом состоянии генератор занимается обеспечением требуемого тока для зарядки питания потребителей и аккумуляторной батареи.
Регулятор напряжения включается в работу при изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Он занимается регулировкой времени включения обмотки возбуждения. Время включения обмотки возбуждения уменьшается при уменьшении внешней нагрузки и возрастании частоты вращения генератора. Время увеличивается при увеличении нагрузки и уменьшении частоты вращения. Когда же потребляемый ток превышает возможности генератора, включается в работу аккумуляторная батарея. На панели приборов имеется контрольная лампа, контролирующая работоспособное состояние генератора.
Поскольку электрическая система мотоцикла работает с постоянным током, необходимо преобразование переменного тока в постоянный. Эта задача выполняется выпрямителем. В свою очередь, контроллер гарантирует, что независимо от скорости, то же самое напряжение 14, 4 вольт всегда достигает батареи. Регуляторы и выпрямители являются отдельными компонентами в старых моделях, в то время как современные мотоциклы размещаются в общем корпусе. На высоких скоростях выходное напряжение, вызванное статором, слишком велико - недостаток этой конструкции - и разрушит батарею из-за перенапряжения.
Основные параметры генератора:
- номинальное напряжение;
- номинальная частота возбуждения;
- номинальный ток;
- частота самовозбуждения;
- КПД (коэффициент полезного действия).
Токоскоростная характеристика – это зависимость силы тока от частоты вращения генератора.
Генераторы с ротором в качестве электромагнита
Когда зарядное напряжение батареи достигнуто, контроллер прерывает процесс зарядки. Избыточное напряжение преобразуется в тепло в самом регуляторе, но особенно в катушках статора. Вот основные недостатки этой конструкции. Перегрев на статоре может привести к разрушению изоляционного лака и, следовательно, к повреждению катушек. Регулятор становится очень горячим и должен рассеивать тепло в окружающую среду через ребра охлаждения. Коррозия электрических соединений может привести к перегрузке и отказу контроллера, в результате чего статор может быть разрушен. Постоянный магнит может потерять власть после нескольких лет. . Другая конструкция, найденная на мотоциклах, использует ротор с электромагнитом.
Кроме номинальных значений, токоскоростная характеристика имеет и другие точки:
- минимальный ток и минимальную рабочую частоту вращения (40-50% от номинального тока составляет минимальный ток);
- максимальный ток и максимальную частоту вращения (не более чем на 10% максимальный ток превышает номинальный).
Видео
Многие водители не знают, как работает генератор автомобиля и это явная проблема, как для них, так и для их транспорта. А ведь все довольно просто и если проявить желание, выделить необходимое количество времени, чтобы узнать свой автомобиль получше, а также понять принципы работы его механизмов, вы сможете самостоятельно отремонтировать генератор
Устройство генератора автомобиля состоит из большого количества элементов, взаимодействующих между собой. Я считаю, что каждый автолюбитель, уважающий свою машину, должен знать все о принципах ее работы. Шкив выступает посредником в процессе передачи механической энергии к валу генератора от двигателя с помощью ремня. Корпус включает в себя две крышки – передняя, которая находится на стороне шкива, и задняя, размещенная со стороны нахождения контактных колец. Их назначение – скреплять статор, также устанавливать генератор на поверхности двигателя и размещать подшипники самого ротора. На задней крышке можно увидеть щеточный узел, регулятор напряжения, выпрямитель и внешние выводы для присоединения системы электрооборудования.
Ротор представляет собой вал из стали, на котором размещены две втулки клювообразной формой. Между ними есть обмотка, из которой выводы соединяются прямо с контактными кольцами. Оборудование этой группы деталей, в основном, составляют кольца из меди цилиндрической формы.
В пазах статора размещена обмотка трехфазного типа, в которой и вырабатывается мощность данного генератора. Деталь, именуемая сборкой с диодами, в себе объединяет сразу 6 очень мощных диодов, которые по три запрессованы в теплоотводах. Регулятор напряжения представляет собой устройство, которое поддерживает напряжение в прежде заданных пределах во время изменения нагрузок. Щеточный узел представляет собой съемную конструкцию из пластмассы, в которой есть специальные подпружиненные щетки, которые контактируют с роторными кольцами.
Крепление генератора
Привод генератора осуществляется временной передачей от шкива коленчатого вала. С ростом его диаметра на валу и по мере уменьшения диаметра того же шкива повышаются обороты генератора. Это значит, что потребитель сможет получить более сильный ток.
На всех новых авто привод осуществляется при помощи поликлинового ремня. Он обладает особой гибкостью и разрешает установить шкив небольшого диаметра на самом генераторе. Это дает куда высшие передаточные отношения, чтобы использовать генераторы высокооборотного типа. Это производится с помощью натяжных роликов при наличии этой детали неподвижного типа.
Генераторы крепят при помощи болтов, размещенных в передней части автомобильного двигателя. Используются при этом кронштейны. На крышках есть натяжная пружина, а также крепежные лапы. Если же они размещены при помощь двух лап, они будут располагаться сразу на двух крышках, но если лапа будет одна – она будет размещена только на передней.
Как работает?
Во время пуска двигателя стартер будет основным потребителем энергии.
Работа сопровождается сотнями А силы тока, это провоцирует понижение напряжения во всем аккумуляторе. Подобный режим предусматривает потребление электроэнергии лишь при помощи аккумулятора, который в это время интенсивно поддается разряжению.
После пуска двигателя в качестве основного источника энергии выступает генератор. Он – источник подзарядки аккумулятора, пока продолжается работа двигателя.
Если он не будет работать, тогда аккумулятор слишком быстро разрядиться и я настоятельно советую не забывать об этом. Генератор автомобиля помогает обеспечивать нужную для заряда аккумулятора силу тока, а также ток для задействования электроприборов. После разрядки аккумулятора зарядный ток понижается. Но генератор все еще будет источником электропитания, сам же аккумулятор просто сглаживает разные пульсации в напряжении.
Если будут включены приборы, потребляющие много энергии, вроде обогревателя фар, а показатель частоты роторного вращения будет небольшой, общий ток потребления может превысить тот, на который рассчитан генератор. При таком раскладе нагрузка сместится на аккумулятор, вследствие чего он начнет разряжаться. Как можно убедиться, принцип работы генератора довольно простой.
Назначение регулятора напряжения
После изучения устройства генератора, у многих возникает вопрос о роли регулятора напряжения, который когда-то возник и у меня. В основном, его задача заключается в поддержке напряжения в неких пределах, чтобы обеспечить оптимальный режим работы электроприборов, которые входят в бортовую сеть. 
Каждый регулятор обладает элементами измерения, которые, по сути, исполняют роль датчиков. Кроме того, есть исполнительные элементы, которые исполнят функцию регулирования.
Изготовленные по современным технологиям генераторы, которыми сегодня оснащается любой автомобиль, оснащены электронными полупроводниковыми регуляторами, которые обычно встраивают внутрь. Существует разнообразие оформления и схем, но у всех аналогичный принцип работы.
Регуляторы напряжения склонны к термокомпенсации, которая изменяет уровень подводимого к аккумулятору напряжения для оптимального уровня заряда АКБ в зависимости от температуры воздуха под капотом.
С ее понижением повышается напряжение, а с повышением – напряжение падает. Некоторые из регуляторов оснащены ручными переключателями режимов к «зиме» или «лету».
Иными словами, регулятор исполняет такую важную функцию, как стабилизация уровня напряжения в процессе изменения уровня нагрузки и частоты вращения с помощью корректировки тока возбуждения. При отсутствии регулятора напряжение самого генератора зависит от уровня частоты вращения ротора, от магнитного потока, который создается по причине обмотки возбуждения. Также это зависит и от величин и силы тока в данной обмотке, которые отдаются потребителям. С увеличением частоты вращения совместно с силой тока, происходит рост напряжения.
Электронные регуляторы измеряют ток возбуждения при помощи включения от сети его обмотки, которая питается электричеством, при чем изменяется продолжительность времени, за которое включается обмотка возбуждения. Если для проведения стабилизации всего напряжения потребуется понизить силу тока того самого возбуждения, уменьшается общее время обмотки возбуждения. Ну а если нужно будет увеличить, то я советую его увеличить.
Видео «Принцип работы генератора автомобиля»
На записи показано по какому принципу работают автомобильные генераторы переменного тока.
Загрузка...
