Как работает автомобильный генератор, схемы. Автомобильные генераторы переменного тока и принцип работы Дополнительная обмотка генератора

Генератор - основной источник электроэнергии машины. Расскажем как он работает, из чего состоит и его устройство.

Как он работает?

При пуске двигателя основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения аккумулятора. В этом режиме потребители питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается. Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения.

Генератор является источником постоянной подзарядки аккумуляторной батареи во время работы двигателя. Если он не будет работать, аккумулятор быстро разрядиться. Он обеспечивает требуемый ток для заряда АКБ и работы электроприборов. После подзарядки аккумулятора, генератор снижает зарядный ток и работает в штатном режиме.

При включении мощных потребителей (например, обогревателя заднего стекла, фар) и малых оборотов двигателя суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае нагрузка ляжет на аккумулятор и он начнет разряжаться.

Привод и крепление

Привод осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива, тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток.

На современных машинах привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра и, следовательно, получать высокие передаточные отношения. Натяжение поликлинового ремня осуществляется натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Устройство и из чего состоит?

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками - передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы и натяжная проушина находятся на крышках.

Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором. Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, а "компактной" конструкции - еще на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора.

На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности.

Статор генератора: 1 - сердечник, 2 - обмотка, 3 - пазовый клин, 4 - паз, 5 - вывод для соединения с выпрямителем

Статор набирается из стальных листов толщиной 0.8...1 мм, но чаще выполняется навивкой "на ребро". При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой наружной поверхности.

Необходимость экономии металла привела к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Ротор автомобильного генератора: а - в сборе; б - полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 - обмотка возбуждения; 4 - контактные кольца; 5 - вал

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами - полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Валы роторов выполняются из мягкой автоматной стали. Но при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива.

Во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от поворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке генератора , когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел - это конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов - меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными. Они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин.

Выпрямительные узлы применяются двух типов. Это либо пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются диоды силового выпрямителя, либо конструкции с сильно развитым оребрением и диоды припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками.

Наиболее опасным является замыкание пластин теплоотводов, соединенных с "массой" и выводом "+" генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец - обычно плотная, со стороны привода - скользящая, в посадочное место крышки наоборот - со стороны контактных колец - скользящая, со стороны привода - плотная.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места - к выпрямителю и регулятору напряжения.

Система охлаждения: а - устройства обычной конструкции; б - для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в - устройства компактной конструкции. Стрелками показано направление воздушных потоков
На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства применяют генераторы со специальным кожухом, через который в него поступает холодный забортный воздух. У генераторов "компактной" конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Для чего нужен регулятор напряжения?

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, встроенными внутрь корпуса. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут различаться, но принцип работы одинаков.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации - изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С. Некоторые модели выносных регуляторов имеют ручные переключатели уровня напряжения (зима/лето).

Основным узлом в электрической сети автомобиля по праву считается генератор. Благодаря работе этого устройства обеспечивается питание током всех потребителей энергии авто, начиная от оптики и магнитолы и заканчивая вспомогательными девайсами, такими как навигатор и регистратор. Одним из основных элементов данного механизма является статор генератора. Подробнее о его устройстве, диагностике и перемотке обмоток вы можете узнать в этой статье.

[ Скрыть ]

Устройство и принцип работы статора генератора

Статорный элемент состоит из таких деталей:

сами обмотки;
сердечник либо пакет;
выводы для подключения к выпрямительному устройству.

Конструктивно статорное устройство состоит из трех обмоток, в которых формируется три разных значения переменного тока, такая схема представляет собой трехфазный вывод. К корпусу генераторного узла подключается по одному концу каждой обмотки, а второй конец соединяется с выпрямительным устройством. Чтобы усилить и сконцентрировать магнитное поле в обмоточных элементах, проводок от каждой обмотки прокладывается вокруг сердечника, который, в свою очередь, должен быть выполнен в виде металлических пластик.

Обмотка статорного устройства находится в специальных пазах, количество которых в большинстве агрегатов составляет 36. В самом пазу обмотка зафиксирована при помощи пазового клина, который также выполнен из изоляционного материала.

Возможные неисправности: признаки и причины

В работе статорного механизма может произойти два типа поломок — это обрыв в обмотках либо их замыкание на массу. В результате длительного воздействия влажности и температурных перепадов на торцевой поверхности сердечника могут расслоиться и растрескаться изоляция. Это в свою очередь, может стать причиной замыкания и ускоренного выхода из строя агрегата в целом. Вне зависимости от причины, признак неисправности один — генераторный узел перестает нормально функционировать, в его работе появляются неполадки, также агрегат не может генерировать ток.

Проверка статора генератора мультиметром

Как проверить механизм на предмет поломок? В зависимости от неисправности, статорный механизм может быть проверен на предмет обрыва либо замыкания.

Чтобы произвести диагностику обрыва, вам потребуется мультиметр либо контрольная лампочка:

Возьмите тестер и активируйте его в режим омметра, после чего подключите щупы к выводам обмотки. В том случае, если обрыв в устройстве отсутствует, тестер должен вывести на дисплей значение сопротивления, составляющее около 10 Ом. Если же обрыв в устройстве имеется, соответственно, ток к обмоткам пройти не может, то значение сопротивления будет стремиться к бесконечности. В данном случае необходимо произвести проверку всех трех выводов.
Что касается диагностики контролькой, то в данном случае вам необходимо будет подать отрицательный заряд от аккумуляторной батареи на один из контактов обмоточного устройства. Для этого вам потребуется изолированный провод. Положительный заряд необходимо будет подать через контрольку на другой контакт. Если источник освещения стал гореть, это говорит о том, что девайс работает нормально, если нет, то в системе имеется обрыв. Процедуру проверки нужно будет повторить для каждого вывода.

Что касается диагностики на предмет короткого замыкания, то она также может быть проведена с помощью тестера или лампы:

Отрицательный щуп тестера следует подключить к статору, при этом мультиметр нужно настроить в режим омметра. Положительный щуп соединяется с контактом обмотки, без разницы, с каким именно. Процедура повторяется с каждым выводом.
Что касается диагностики контролькой, то она осуществляется аналогичным образом. Отрицательный контакт аккумуляторной батареи соединяется с выводом статорного механизма, а положительный — от АКБ с любым выводом. Если лампочка стала гореть, это говорит о том, что в механизме имеется короткое замыкание, если нет, то устройство работает в нормальном режиме. Диагностика осуществляется с каждым выводом (автор видео — канал altevaa TV).

Инструкция по перемотке генератора своими руками

Ремонт статора заключается в перемотке обмоток.

Как выполнить эту процедуру своими руками:

В первую очередь нужно разобрать генераторный узел и достать из него статор.
Имеющиеся обмотки необходимо обжечь, чтобы они сгорели, но перед этим следует посчитать число витков и сделать соответствующую схему для перемотки. При этом на статоре нужно будет отметить места выводов для начала и конца обмотки. Не пугайтесь ее жечь, это не испортит железо, его магнитные характеристики не нарушатся.
После сгорания производится очистка.
Далее, используя такие материалы, как синтофлекс либо прессшпан, необходимо нарезать изоляционные прокладки. Учтите, что они должны выступать из торцов паза примерно на 2.5-3 мм. Когда одна из прокладок будет сделана и подогнана под размеры, в соответствии с ее шириной либо длинной необходимо будет отрезать кусок ленты. Затем, используя эту прокладку, отрезать 36 кусков аналогичной длины и установить их в пазы.
Затем осуществляется перемотка. Суть перемотки заключается в том, чтобы проводок из одного паза шел как бы волной сразу в четвертый. Намотав половину витков на одной фазе, производится намотка в обратную сторону, при этом вам необходимо перекрыть пустые части полукатушек. Все фазы наматываются аналогичным образом.
Когда фазы будут перемотаны, вам необходимо будет заделать пазы, установив в них выступающие части прокладок. Необходимо добиться того, чтобы выступающие части полукатушек не выступали за границы металла внутрь, а также за границы крепления снаружи. Для этого через проставки катушки следует обстучать.
На данном этапе может произвести проверку и примерить статор в крышке генераторного узла, убедитесь в том, что обмотки не касаются корпуса. Если же касание есть, то от него нужно избавиться.
Произведите очистку и соединение выводов обмоточных элементов, для этого скрутите их между собой и запаяйте. Также их необходимо будет заизолировать, для этого можно использовать текстильный кембрик.
Перед непосредственным соединение нужно убедиться в том, что между фазами, а также на металл нет короткого замыкания. Если замыкание имеется, то необходимо обнаружить место контакта, после чего заизолировать его, для этого потребуется еще одна прокладка.
Выполнив эти действия, вам нужно будет связать обмоточные элемент и зафиксировать его контакты с помощью кордовой нити. Если ее нет, можно использовать льняную нить, но только не капроновую, иначе при сушке она расплавится и потечет. Статорный механизм нужно немного подогреть, это делается для просушки, после чего поместить его в емкость с пропиточным лаком либо похожим веществом. Мебельный лак использовать нельзя.
Когда девайс пропитается, подвесьте его и подождите какое-то время, пока весь лак не стечет. Затем устройство рекомендуется поместить в духовку обычной печки, которую нужно настроить на минимальный нагрев, его лучше будет подвесить, а под него установить старую кафельную плитку. Или что-то подобное, главное, чтобы лак не стекал на горячий поддон. Подождите около одного часа — если за это время лак перестанет липнуть, то при такой же температуре вам нужно будет сушить девайс еще около 2 часов.

Фотогалерея «Самостоятельная перемотка статора»

1. Обожгите и удалите старую изоляцию. 2. Подготовьте статор и установите прокладки. 3. Начните перемотку, провод укладывается «волной» из одного паза в четвертый.

Без электрооборудования не может «прожить» ни один современный автомобиль. И основным компонентом из всего электрооборудования является самый главный источник - генератор. В свою очередь, он содержит не менее важную составляющую, которая способствует зарождению электроэнергии во время движения автомобиля. Речь идет о статоре генератора.

Для чего он нужен, каково его предназначение и какие неисправности могут быть? Об этом и кое-чем еще поговорим в данной статье.

Электрооборудование автомобиля

Все электрооборудование любого автомобиля представлено следующими компонентами:

Источники тока:

аккумуляторная батарея;
генератор.

Потребители тока:

основные;
длительные;
кратковременные.

Задача аккумулятора заключается в обеспечении потребителей током, пока «отдыхает» двигатель, на время его запуска или работы в режиме малых оборотов. В то время как генератор, по сути, является основным поставщиком электроэнергии. Он не только питает все потребители, но и производит зарядку аккумулятора.

Его емкость в сочетании с мощностью генератора должна соответствовать запросам всех потребителей независимо от режима работы двигателя. Иными словами, должен постоянно поддерживаться Это важно знать, так как позволит понять, как работает статор генератора.

К основным потребителям принято относить систему топлива, включая впрыск, зажигание, управление, АКПП. У некоторых автомобилей присутствует электроусилитель руля. То есть все то, что постоянно использует ток, начиная от запуска двигателя и до его полной остановки.

Длительными потребителями являются системы, которые не используются слишком часто. А это освещение, безопасность (пассивная, активная), приборы отопления, кондиционирования. Большинство автомобилей комплектуются противоугонными системами, мультимедийным оборудованием и навигацией.

Что касается кратковременных потребителей , то это прикуриватель, система запуска, свечи накаливания, сигнал, а также системы комфорта.

Конструктивные особенности

Генератор присутствует в каждом автомобиле и состоит из следующих компонентов:

статор;
ротор;
щеточный узел;
выпрямительный блок.

И статор генератора, и все остальное собрано в относительно компактный модуль, который устанавливается в непосредственной близости от двигателя и работает от вращения коленчатого вала, для чего используется ременная передача.

Функциональное назначение

Статор является неподвижным элементом всей конструкции и закреплен на корпусе генератора. В свою очередь, в нем присутствует рабочая обмотка, и во время работы генератора именно в ней пробуждается электроэнергия. Однако такой ток носит переменный характер, а всем потребителям необходимо прямое напряжение. Преобразование (выпрямление так сказать) происходит как раз благодаря выпрямительному блоку.

Среди главных задач статора - несущая функция для удерживания рабочей обмотки. Также он обеспечивает правильное распределение силовых линий магнитного поля. В процессе работы генератора рабочая обмотка может сильно нагреваться. И тут вступает в силу другая не менее важная функция - отвод лишнего тепла от обмотки.

Как правило, во всех современных автомобилях используется однотипная конструкция статора.

Устройство статора

Конструкция статора генератора образована следующими составляющими:

кольцевым сердечником;
рабочей обмоткой;
изоляцией обмотки.

Рассмотрим более подробно эти компоненты.

Сердечник. Это кольцевые пластины, на внутренней части которых имеются пазы для расположения обмотки. Соединение пластин очень плотное, и в совокупности они образуют так называемый пакет. Жесткость монолитной конструкции придается за счет сварки или клепки.

Для изготовления пластин используются специальные марки железа либо ферросплавы, которые отличаются наличием определенной магнитной проницаемости. Их толщина составляет от 0,8 до 1 мм. Для лучшего отвода тепловой энергии предусмотрены ребра, которые располагаются на внешней стороне статора.

Обмотка. Как правило, в автомобилях используется где присутствуют три обмотки по одной на каждую фазу. Для их изготовления применяется медная проволока, которая покрыта изоляционным материалом. Ее диаметр равен 0,9-2 мм, а в пазах сердечника она укладывается особым образом.

Каждая из обмоток статора генератора ВАЗ (или любой другой марки) располагает выводом для снятия тока. Как правило, количество этих выводов не превышает 3 или 4. Однако встречаются статоры, у которых 6 выводов. При этом у каждой обмотки свое количество выводов для определенного типа соединения.

Изоляция. В каждом пазу сердечника располагается изоляция в целях защиты провода от повреждений. В ряде случаев в пазы могут укладываться специальные изоляционные клинья для более надежной фиксации обмотки.

Статор пропитывается эпоксидными смолами или лаками. Это делается в целях обеспечения целостности и прочности всей монолитной конструкции, что исключает сдвиг витков обмотки. Также повышаются электроизоляционные характеристики.

Как работает статор?

Принцип действия статора, а следовательно и всего агрегата (генератора), любого современного автомобиля основывается на одном явлении, которое знакомо каждому из нас со времен уроков физики. На них частенько упоминались такие понятия, как генератор, ротор, статор. Речь идет об электромагнитной индукции. Ее суть в следующем: когда какой-либо проводник перемещается в области действия магнитного поля, то в нем рождается ток.

Или этот проводник (статор) может находиться в переменном магнитном поле (ротор). Именно этот принцип используется в автомобильных генераторах. Во время запуска двигателя начинает вращение ротор генератора. Вместе с этим напряжение от АКБ доходит до рабочей обмотки. А поскольку ротор является многополюсным стальным сердечником, то при поступлении на обмотку напряжения он становится электромагнитом.

В результате вращения ротора создается переменное магнитное поле, силовые линии которого пересекают статор. И тут вступает сердечник «проводника». Он особым образом начинает распределять магнитное поле, и его силовые линии пересекают витки рабочей обмотки. И благодаря электромагнитной индукции возникает ток, снимаемый выводами статора. Далее полученное переменное напряжение поступает в выпрямительный блок.

Стоит только увеличить количество оборотов коленвала, ток частично от обмотки статора генератора поступает к обмотке ротора. Таким образом, генератор переходит в режим самовозбуждения, и ему уже не нужен сторонний источник напряжения.

Основные неисправности статора

Как правило, главные поломки статора - это:

«Обрыв» рабочей обмотки.
Наличие короткого замыкания.

Характерный признак, по которому можно судить о неправильной работе статора, это пропажа зарядного тока. На это может указывать не погасший индикатор разряда аккумулятора после запуска двигателя. Стрелка вольтметра при этом будет ближе к красной зоне.

При измерении вольтажа на АКБ, когда работает двигатель, напряжение будет меньше требуемого значения. Для самой батареи это не менее 13.6 В, а для генератора - 37.3701 В. Иногда в случае короткого замыкания на обмотках можно услышать характерный вой, издаваемый генератором.

В процессе эксплуатации автомобиля генератор может нагреваться и находиться под воздействием электрических нагрузок. Помимо этого, ему приходится работать в негативных условиях внешних факторов. Со временем это неизбежно приводит к ухудшению состояния изоляции обмоток, из-за чего случаются электрические пробои. Тогда решить проблему можно ремонтом (перемотка статора генератора) или полной его заменой.

Проверка исправности статора

Некоторых новичков все чаще волнует вопрос о том, как можно проверить, в рабочем ли состоянии находятся все детали генератора. Для этого понадобится специальное небольшое оборудование в виде мультиметра (в народе просто цешка). Можно использовать автотестер либо другой прибор, у которого есть режим омметра. В крайнем случае подойдет лампочка напряжением 12 В с припаянными к ней проводами.

Для начала стоит снять генератор с автомобиля и разобрать его. В зависимости от марки машины могут быть трудности, поскольку на некоторых моделях бренда Lexus источник тока находится в труднодоступном месте. Добравшись до статора и сняв его, необходимо провести чистку от грязи. Далее можно переходить к самой проверке.

Проверка на обрыв цепи

Как проверить статор генератора на обрыв? Для начала стоит перевести измерительный прибор в режим омметра, после чего подводим щупы к выводам обмотки. При отсутствии обрыва мультиметр будет показывать значения ниже 10 Ом. В противном случае показания будут стремиться к бесконечности. Таким образом, ток по обмотке не проходит, что говорит о наличии обрыва. Так нужно проверить все выводы.

В случае использования лампочки делаем проверку в следующей последовательности. Для начала соединяем проводом (лучше изолированным) минусовую с одним из выводов обмотки. Плюс батареи подаем к другому выводу через лампу. Ее свет укажет на полный порядок, если же лампа не загорелась, значит, обрыву быть. Так нужно поступить с каждым выводом.

Проверка на КЗ

Теперь стоит проверить статор на короткое замыкание. В режиме омметра отрицательный щуп подносим к корпусу статора, а положительный - к любому из выводов рабочей обмотки. В норме показания должны стремиться к бесконечности. Повторить процедуру для каждого из выводов.

С лампочкой проверка статора генератора происходит таким образом:

Минус АКБ соединяем проводом с корпусом статора.
Плюсовая клемма подается на любой вывод через лампочку.

На короткое замыкание укажет горящая лампочка. Если же она не загорелась, значит, все в полном порядке.

Небольшое примечание

Перечисленные неисправности характерны не только для статора генератора, под сомнение могут попасть и регулятор напряжения, и диодный мост, и ротор генератора. При этом стоит заметить, что плохая работа именно статора встречается гораздо реже, чем у перечисленных компонентов любого генератора.

Поэтому, перед тем как заняться статором, необходимо провести проверку регулятора напряжения и диодного моста. И если они окажутся в полном порядке, то в последнюю очередь заниматься обмоткой.

Для надежной работы всего электрооборудования автомобиля следует проводить регулярное техническое обслуживание и при необходимости сразу заменять статор генератора. Цена в итоге покажется не такой высокой, как при замене всего генератора.

Что касается стоимости, то цены на новые детали начинаются с отметки в 1500 рублей с тремя выводами. Изделия с шестью контактами обойдутся дороже - в 6-7 тысяч рублей, хотя встречаются варианты подешевле. Однако все зависит от марки автомобиля.

Ответственность за подачу электроэнергии к источникам потребления в транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания лежит на генераторе. Без него практически невозможно представить современный мотоцикл или автомобиль. В статье мы раскроем принцип работы генератора, основные его узлы и элементы.

Когда водитель проворачивает ключ зажигания, электрическая энергия подается на стартер. Этот прибор в первые секунды работы автомобиля является единственным, кто питается от аккумулятора (АКБ) и помогает вращать коленвал. После запуска силовой установки вращение двигателя через ременную передачу передается на генератор.

Практически сразу же аккумулятор из источника превращается в потребителя энергии и начинает возвращать себе заряд. Теперь генератор при работающем моторе становится источником электричества.

Принцип работы автомобильного генератора заключается в том, что он получает механическую энергию вращения от двигателя и превращает в электрическую энергию.

При отсутствии этого прибора в автомобилях не хватало бы на длительную работу. Но с генератором получается не только отсутствие разрядки, но и процесс подзарядки. Мощности его хватает на работу всех установленных электроприборов, влияющих на работоспособность машины, а также повышающих комфорт водителя и пассажиров.

Когда в автомобиле одновременно запускается несколько энергоемких потребителей, то мощности генератора может не хватать, в таком случае на помощь ему приходит аккумулятор. Благодаря такой связанной системе потребитель не замечает неудобств, а оба прибора создают оптимальный вариант работы электроузлов в машине.

Требования по автогенератору

Устройство и принцип работы генератора накладывают не наго определенные обязательства по выполнению своих функций. Основные требования состоят из таких пунктов:

одновременное и бесперебойное снабжение электричеством необходимые узлы, а также зарядка АКБ;
во время работы мотора на низких оборотах не должно происходить существенного отбора заряда у АКБ;
уровень напряжения в сети должен быть стабилен;
генератор должен быть прочным, надежным, с низким уровнем шума и не создавать радиопомехи.

Крепление и привод устройства

Привод во всех автомобилях имеет стандартный вид: шкив, установленный на коленчатом валу, через ременную передачу соединен со шкивом на валу ротора устройства. Размеры шкивов в передаче устанавливаются из необходимости получения заданного числа оборотов на генераторе.

Крепление на блоке

В современных автомобилях использую поликлиновые ремни. С их помощью можно передавать большее количество оборотов на ротор генератора.

Аппарат крепится к корпусу блока в подкапотном пространстве. Там же устанавливается натяжитель для ремня. Он необходим для установления качественной передачи вращения, чтобы исключать проскальзывание ремня по шкиву. В противном случае электричество переключится на использование АКБ, что приведет к его полной и незаметной разрядке.

Принято выделять две группы конструктивно отличающихся генераторов:

устройства с вентилятором рядом с приводным шкивом принято считать традиционной конструкцией;
конструкция, в которой установлены два вентилятора в корпусе аппарата, считается более новой и относится к компактным устройствам.

Устройство генератора

Основными частями любого генератора являются неподвижный блок – статор и вращающийся элемент конструкции – ротор. В статоре находится обмотка из медных проводов. Он с двух сторон зафиксирован крышками, как правило, из легких алюминиевых сплавов. Со стороны крепления шкива – передняя крышка, а со стороны щеток – задняя.

С задней части к щеточному механизму устанавливается регулятор напряжения. Там же расположен выпрямительный блок. Крышки фиксируют статор и крепятся между собой с помощью нескольких винтов. Лапы, с помощью которых генератор закреплен на корпусе автомобиля, отливаются вместе с крышками. Таким же образом получается натяжное ухо.

В отверстии одной из лап может быть установлена втулка, которая помогает отрегулировать установку генератора на кронштейн, выбирая необходимый зазор. Также ухо натяжного механизма снабжается несколькими отверстиями для установки аппарата на автомобили различных марок.

Статор

То, как работает генератор, зависит от качественного выполнения своих функций каждого их блоков. Основа статора набирается из одинаковых листовых стальных элементов толщиной до 1 мм. Если основа статора (пакет из пластин) сделана с помощью навивки, то ярмо блока содержит выступы, располагающиеся под пазами. За такие выпуклости проводится фиксация слоев обмотки. Также выступы помогают лучшему охлаждению всей конструкции.

Статор генератора

Почти во всех генераторах число пазов одинаковое. Их, как правило, в серийных авто 36. Изоляция проводится между ними с помощью эпоксидного изолятора.

Ротор

Для автомобильных генераторов основной отличительной чертой является полюсное устройство роторов. Обмотка этого узла закрыта двумя штампованными металлическими чашеобразными половинами, с выступающими клювообразными лепестками. Они фиксируются на валу, как бы обхватывая обмотку этими лепестками.

На валу устанавливаются подшипники, один из концов вала имеет резьбу со шпоночным пазом и посадочную поверхность под шкив.

Ротор генератора

Щеточный узел

В этом блоке установлены скользящие контакты. В автогенераторах принять использовать два вида щеток:

электрографитные;
меднографитные.

В первом случае наблюдается периодическое снижение напряжения при контактах с кольцом. Это приводит к некачественной работе генератора, подающего в такой ситуации нестабильное напряжение. Однако, у них есть и положительный эффект, ведь происходит меньший износ, в отличие от медных.

Выпрямительные блоки

Есть два основных типа выпрямительных узлов:

в первом случае – в пластины-теплоотводы проводится запрессовка диодов;
во втором случае – используются конструкционные ребра, в которых диоды паяются к теплоотводам.

Пластины теплоотводов

Замыкание таких пластин очень опасно для всего автомобиля. Виной такому происшествию – загрязнение, попавшее между пластинками. Оно может оказаться токопроводящим и замкнуть положительную сторону электропроводки с отрицательной.

Замыкание между пластинами может привести к пожару в автомобиле.

Чтобы избежать такого развития событий, на производстве проводится индивидуальное покрытие каждой пластины изоляционным слоем.

Подшипники

В конструкции используются шариковые подшипники. При производстве генераторов они получают смазочный материал на весь эксплуатационный срок. Американскими автопроизводителями иногда используются роликовые подшипники. Посадка со стороны контактной группы обычно «с натягом», а со стороны шкива применяется скользящая посадка. Обратная логика используется при установке в посадочные места крышки.

Демонтаж подшипников генератора

Проворот со стороны контактной группы наружной обоймы подшипника приводит к выходу из строя этой сопрягающейся пары (подшипник/крышка).

Так, ротор может задевать статор. Чтобы избежать этого, часто ставят дополнительные уплотнения в крышку: пластиковая втулка, резиновое кольцо.

Охлаждение генератора

Понижение рабочей температуры осуществляется с помощью, установленных на валу ротора вентиляторов. Традиционная конструкция предполагает подачу воздуха на крышку устройства со стороны контактной группы. При внешнем расположении щеточного узла подача охлаждения проводится через защитный кожух, закрывающий контакты со щетками.

Автомобили с компактной расстановкой узлов под капотом часто оснащаются генератором со специальным дополнительным кожухом. Поступление холодного заборного воздуха обеспечивается через его прорези. В генераторах с компактной конструкцией охлаждение проводится с обеих сторон крышек за счет наличия двух вентиляторов.

Регулятор напряжения

Также во всех современных генераторах установлены полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Регулятор обеспечивает теплокомпенсацию. Напряжение, подводимое к АКБ, зависит от подкапотной температуры. Чем воздух холоднее, тем большее напряжение подается на аккумулятор.

Сейчас можно сказать 99% всех генераторов это классические генераторы с трёхфазной обмоткой и соотношением числа полюсов и числа катушек 2 к 3. То-есть если полюсов например 12 то катушек 18, если полюсов 24 то катушек 36, если полюсов 9 то катушек 12, если полюсов 6 то катушек 9. Так-же такая схема работает если наоборот соотношение 3 к 2, она обычно применяется на дисковых-аксиальных генераторах , где делают 9 катушек и 12 магнитных полюсов на дисках. Но с дисковыми всё и так понятно, там нет магнитного залипания так-как статор не содержит железа , а катушки просто залиты смолой.

Но в классических генераторах где статор железный есть магнитное залипание, которое мешает ветроколесу стартовать, и многие борются за снижение этого залипания, чтобы винт стартовал при более низкой скорости ветра. Само залипание это когда магниты на роторе притягиваются к зубцам статора и держат ротор, и чтобы его провернуть нужно приложить определённое усилие, которое измеряется в Ньютон*метр (Нм).

Ранее я уже описывал методы уменьшения залипания, где писал про скос магнитов - в этой статье Уменьшение залипания методом скоса магнитов , но сейчас я хочу более подробно разобрать один интересный метод повышения КПД генератора и уменьшения залипания. Вообще генератор можно намотать с любым количеством катушек и полюсов , и при этом он будет трёхфазный и будет так-же работать. Для расчёта такой намотки сделали сайт где можно рассчитать генератор, вот адрес сайта - http://www.bavaria-direct.co.za/scheme/calculator/

Как делать расчёт генератора

Перейдя по ссылке вы увидите вот такую картину, ниже скриншот

В этой форме нужно вводить количество полюсов на роторе, и количество катушек статора.

Например в автомобильном генераторе 18 катушек и 12 полюсов на роторе, если ввести эти данные мы получим 36 залипаний и КПД генератора 0.86.

Ниже на скриншоте я отметил где какие данные указываются

1. Указывает количество залипаний ротора за один оборот , в данном случае 0.86603. Чем больше общее количество залипаний тем меньше по силе каждое залипание в отдельности, Увеличением количества залипаний общая сила притяжения магнитов как-бы распределяется по всему диаметру, и чем больше залипаний тем они слабее, по-этому ротор генератора легче стронуть.

2. Указывает КПД обмотки генератора , в данном случае 36. Соответственно чем выше число в этом поле тем выше КПД генератора в целом. При классической схеме намотки генераторов КПД 0,86, но эффективность, а значит и мощность можно увеличить.

2. Указывает схему намотки катушек , в данном случае ABCABCADCABCABCABC. Это самый сложный для понимания этап и его разберём подробнее. При классической схеме намотки катушек все катушки наматываются в одном направлении, чтобы ток тёк в одну сторону и не-было такого чтобы он двигался навстречу, иначе это уже замыкание и неправильная работа генератора, перегрев и выход из строя генератора.

На схеме видно что буквами "АВС" обозначены фазы генератора, дополнительно они выделены цветами. Как видно все буквы заглавные, значит всё катушки мотаются в одном направлении. То-есть если вы начали мотать катушки по часовой стрелке значит они все должны так наматываться, а соединятся катушки одной фазы между сабой должны (конец катушки с началом следующей). Если взять первую фазу "А" то видно что она мотается начиная с первого зуба и потом через каждые два зуба. Фаза "В" точно так-же, но начиная со второго зуба, и третья фаза "С" наматывается на третий зуб и потом через каждые два зуба.

Например всего у нас 18 катушек, то-есть по 6 штук на фазу, значит первая фаза мотается с любого первого зуба, потом вторая катушка фазы наматывается уже на четвёртый зуб, третья катушка на седьмой зуб, четвертая на 10-й зуб, пятая на 13-й зуб, и шестая на 16-й зуб. А две другие соответственно точно так-же, но начиная со второго и третьего зуба. На скриншоте видно как они соединены, только здесь ротор снаружи, а статор внутри, а вам нужно представить это наоборот. Фазы отмечены разными цветами и видно что в фазе катушки соединены последовательно, то-есть конец катушки с началом следующей и так далее...

Изменение количества полюсов и направление обмоток генератора

Но если изменить количество полюсов, например поставить 22 полюса, как на скриншоте ниже, то изменится схема намотки генератора.

Если вместо 12 полюсов на роторе сделать 20 полюсов, то генератор так-же останется трёхфазным, но поменяется размещение катушек на зубах статора, и направление намотки. Из скриншота выше видно что отмеченная красным первая фаза "А" теперь идёт подряд три зуба, и далее через шесть зубов ещё три зуба. Заглавной буквой отмечено что катушка должна наматываться в одну сторону, а прописная буква указывает что катушка должна наматываться в противоположную сторону. Если вы начали мотать первую катушку по часовой стрелке, то вторую мотаете уже против часовой стрелки.

Такая схема намотки позволяет использовать 20 магнитных полюсов на роторе. При этом как видно количество магнитных залипаний увеличилось с 36 до 180, и тем самым в 4 раза снизилось отдельное залипание, и грубо говоря залипание снизилось в четыре раза. При этом КПД генератора вырос с 86 до 94%, что очень неплохо ведь прирост целых 10%. Можно указывать любое количество полюсов и смотреть за изменением КПД генератора и магнитного залипания.

Определение ширины магнитов

По толщине магниты могут быть любые, но конечно не нужно ставить слишком толстые и мощные магниты, так-как это будет дороже, увеличится залипание, и будет переизбыток магнитного поля, которое выйдет за пределы статора и просто не будет участвовать в выработке энергии. А вот по ширине магниты нужно подбирать под конкретный генератор. Если посмотреть на скриншот то видно что магниты чуть-чуть шире зубов статора, то-есть если зуб статора шириной 10мм, то магниты шириной получаются 11 мм. Чтобы точно вычислить можно распечатать страницу с расчётом и вычислить в процентах на сколько магнит шире или уже зуба, и уже далее перенести расчёт на свой генератор. Например если магнит шире зуба на 10%, а у вас зуб шириной 7.5 мм, то прибавляете 0.75 мм и получите 8.25 мм. Значит вам нужен магнит шириной 8 мм.

Если вам что-то не понятно, то оставляйте вопросы в комментарии ниже и я отвечу вам. Тут самое главное понять в какую сторону мотать катушки и на какие зубы, а так-же усвоить что ширина магнитов берётся относительно ширины зубов статора, а отношение в процентах вычисляется визуально по рисунку. Если скажем использовать магниты шире или уже чем требуется, то нарушается вся схема и от этого может появится неравномерность залипания, залипание может наоборот стать сильнее. А КПД генератора может заметно снизится.