КПД автомобильного генератора

Автомобильный генератор и его особенности

В рамках данной статьи поговорим об особенностях принципиального устройства автомобильных генераторов. Для владельцев автомобилей, разбирающихся в предмете, данная статья не будет интересна. Но для тех, кому автомобильные генераторы интересны в прикладном плане, эта информация может оказаться полезной.

В современных автомобилях в качестве генераторов применяются синхронные трёхфазные электрические машины переменного тока, у которых в выпрямителе применяется схема Ларионова.

Чтобы генератор после пуска двигателя отдавал ток в нагрузку, необходимо обеспечить питание обмотке возбуждения. Это происходит при повороте ключа замка зажигания в рабочее положение.

Ток в обмотке возбуждения управляется стабилизатором напряжения, который может быть выполнен в виде отдельного узла или встроен в щёточный узел генератора. В подавляющем большинстве современных генераторов стабилизатор напряжения (СН) питается от отдельной секции выпрямителя.

Среди прочих генераторов переменного тока, генератор автомобильный выделяется несколькими особенностями. Прежде всего, автомобильный генератор хотя и выдает постоянный ток, на деле он является генератором тока переменного, который затем выпрямляется диодным мостом и превращается в постоянный ток.

Такое решение весьма популярно, тот же генератор переменного тока из асинхронного двигателя можно превратить в генератор постоянного тока, достаточно лишь добавить диодный выпрямитель.

Генераторы с выпрямлением переменного тока называются вентильными генераторами постоянного тока. К таким генераторам и относится автомобильный генератор.

Выходное напряжение автомобильного генератора постоянно

Одна из отличительных черт автомобильного генератора — напряжение на его выходных клеммах поддерживается в узком диапазоне при помощи специального стабилизатора, называемого регулятором напряжения. Но и это не является чем-то исключительным для электрических машин.

Стабилизаторы напряжения можно встретить в комплектации многих источников бесперебойного питания, в том числе среди тех, которые берут энергию для своих аккумуляторов от механических генераторов тех же домашних ГЭС или от солнечных батарей.

Главная же отличительная черта именно автомобильного генератора — то что он получает механическую энергию через ремень от коленвала двигателя внутреннего сгорания, у которого частота вращения совсем не постоянна, зависит она от режима работы транспортного средства в текущий момент, и никак не связана с нуждами потребителей постоянного тока.

Вот и получается, что задача генератора и его электроники — суметь заряжать автомобильный аккумулятор и питать потребители стабилизированным напряжением, независимо от того, каковы текущие обороты якоря — напряжение обязано оставаться в узком коридоре в районе 14 вольт.

Если напряжение по какой-то причине выйдет за пределы диапазона стабилизации, зарядный ток аккумулятора может стать чрезвычайно высоким, и электролит попросту выкипит.

Такое явление не является чем-то невиданным, многие автолюбители сталкивались с ним, когда регулятор напряжения на генераторе выходил вдруг из строя — электролит в аккумуляторе в таком случае быстро выкипает.

Если же напряжение с генератора окажется слишком низким, то аккумулятор преждевременно разрядится. С данной проблемой также сталкивались многие автомобилисты.

Итак, стабильное выходное напряжение — обязательное условие правильной работы автомобильного генератора. Но этого достичь не так уж и просто. Диапазон варьирования частоты вращения ротора генератора в автомобиле довольно широк. На холостых оборотах это порядка 800 — 1200 оборотов в минуту, а в момент хорошего разгона — до 5000 и даже до 6000 оборотов в минуту, в зависимости от того, что это за автомобиль.

Токоскоростная характеристика автомобильного генератора

Таким образом, поскольку напряжение автомобильного генератора поддерживается почти постоянным благодаря регулятору напряжения, он имеет собственную токоскоростную характеристику (ТСХ), ведь при разных скоростях вращения ротора, ток нагрузки получается разным. Напряжение постоянное, но чем выше обороты — тем выше ток, и чем ниже обороты — тем ток с силовых клемм генератора меньше.

Примечательно кстати то, что автомобильный генератор имеет предел по току, и поэтому обладает свойством самоограничения. Это значит, что когда ток достигнет определенной предельной величины, как бы ни повышались обороты дальше, ток нарастать уже больше не будет, просто не сможет.

Токоскоростаня характеристика (ТСХ) автомобильного генератора снимается по методике, принятой в качестве международного стандарта. Она (характеристика) снимается в процессе испытания работы генератора на стенде в паре с полностью заряженным аккумулятором такой номинальной емкости, которая в ампер-часах составляет половину (50%) номинального тока генератора в амперах. На характеристике находят характерные важные точки: n0, nrg, nн, nmax.

Начальная частота вращения ротора n0 – это теоретическая частота вращения ротора без нагрузки. Так как характеристику начинают снимать начиная с тока в 2 ампера, то эту точку находят путем экстраполяции характеристики до пересечения с горизонтальной осью оборотов.

Минимальную рабочую частоту генератора nrg принимают соответствующей оборотам коленвала на холостом ходу. Это примерно от 1500 до 1800 оборотов в минуту для ротора генератора. Ток при данной частоте, как правило, составляет от 40 до 50% от номинала для данного генератора. Этого тока должно хватить для питания минимального количество жизненно важных потребителей в автомобиле.

Номинальные обороты ротора генератора nн — это как раз та частота, при которой генерируется номинальный ток Iн, он не должен быть меньше номинала по паспорту.

Максимальные обороты ротора генератора nmax – это та частота вращения ротора, при которой генератором отдается максимальный ток, величина которого не сильно отличается от номинала испытываемого генератора.

Для генераторов отечественного производства раньше было принято указывать номинальный ток при 5000 оборотах в минуту. Указывалась и расчетная частота nр для расчетного тока генератора Iр, равного двум третьим от номинального тока. Этот расчетный режим соответствовал такому режиму работы генератора, когда его узлы не сильно нагревались. Все характеристики снимались при напряжении 14 или 13 вольт.

Самовозбуждение автомобильного генератора и КПД

Автомобильный генератор обязан самовозбуждаться на частоте вращения его ротора ниже частоты при оборотах коленвала на холостом ходу. Проверка проводится на стенде, где самовозбуждение должно произойти при подключении генератора к аккумулятору с контрольной лампой.

Возможности автомобильного генератора с энергетической точки зрения характеризуются величиной его КПД. Чем больше КПД — тем меньшая мощность отбирается от двигателя внутреннего сгорания для получения той же полезной отдачи в форме электрической мощности.

КПД генератора зависит главным образом от конструктивных особенностей конкретного изделия: какова толщина пластин в статоре и толщина набора, насколько качественно пластины друг от друга изолированы (насколько малы токи Фуко), каково сопротивление обмоток статора и ротора, насколько широки контактные кольца ротора, каково качество щеток и подшипников? И т. д.

Но одно сказать можно точно — чем выше номинальная мощность генератора — тем выше и КПД. Между тем, типичный КПД автомобильных генераторов, да и вообще вентильных генераторов, не превышает 60%.

Главный показатель возможностей генератора — это его токоскоростная характеристика, она показывает наглядно, чего можно ожидать от того или иного генератора, на что можно рассчитывать. По характерным точкам составляют таблицу для генератора.

Для примера приведем таблицу характеристик генераторов отечественного производства:

Диапазон выходного напряжения на разных оборотах и в зависимости от температуры и нагрузки, отражает возможности регулятора напряжения автомобильного генератора.

КПД автомобильного генератора

Рейтинг 2.2/5 (99 голосов)

Автомобильные генераторы имеют ряд особенностей, в отличие от других генераторов. Дело в том, что автомобильные генераторы генерируют переменное напряжение, а затем, диодный мост выпрямляет переменное напряжение в постоянное. Но это дело не хитрое, подобных установок достаточно много. Такие генераторные установки еще называют вентильными.

Следующая особенность заключается в том, что выходное напряжение поддерживается в определенных диапазонах специальным стабилизирующим устройством и называют такие устройства в автомобилях регулятором напряжения. Это в свою очередь тоже не редкость в электротехнике и электронике.

Исключительная особенность автомобильных генераторов в том, что их частота вращения определяется и зависит только от частоты вращения приводного двигателя. Как известно двигатели в автомобилях работают в своих режимах и эти режимы никоим образом не зависят от нужд генератора. Таким образом, получается, что генератор сам, каким-то образом должен обеспечивать зарядку аккумулятора и обеспечивать питанием другие потребители в автомобиле, и при этом, стабильность напряжения питания должна оставаться в узких пределах.

Диапазон стабилизации напряжения должен не выходить за такой высокий уровень, при котором ток зарядки аккумулятора будет слишком высоким, что может привести к выкипанию электролита. Впрочем, при выходе из строя регулятора напряжения выкипание довольно частое явление. С другой стороны, слишком низкий уровень выходного напряжения приводит к разряду аккумулятора, что тоже не такое уж редкое явление.

Исходя из вышесказанного, стабильность напряжения в автомобильном генераторе должна обеспечиваться гарантированно. Однако не все так просто. Частота вращения генератора может меняться в достаточно больших пределах, так как двигатель внутреннего сгорания может работать на холостом ходу (800-1200 об/мин), а может разгоняться до максимального значения (до 5000 об/мин, в зависимости от марки авто).

В итоге можно точно сказать, что способность генераторной установки обеспечивать электропитанием потребителей электроэнергии на автомобиле во всех режимах его работы характеризует токоскоростная характеристика (ТСХ), т.е. зависимость силы тока, отдаваемого генератором в нагрузку, от частоты вращения его ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах генератора.

Следует, однако, заметить, что у автомобильных генераторов есть одно замечательное достоинство — их самозащита и самоограничение отдаваемого ими тока. Достигнув определенной величины, ток практически не увеличивается с ростом частоты вращения ротора.

Методика определения ТСХ имеет международный стандарт. Характеристика эта определяется при работе генераторной установки в комплекте с полностью заряженной аккумуляторной батареей с номинальной емкостью, выраженной в А·ч, составляющей не менее 50% номинальной силы тока генератора.

Токоскоростная характеристика имеет характерные точки, к которым относятся:

n — начальная частота вращения ротора без нагрузки. Поскольку обычно снятие характеристики начинают с тока нагрузки около 2 А, то эта точка получается экстраполяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

nrg — минимальная рабочая частота вращения ротора, т.е. частота вращения, примерно соответствующая оборотам холостого хода двигателя. Условно принимается nrg=1500 мин -1 (для высокоскоростных генераторов — 1800 мин -1 ). Сила тока 1dg при этой частоте обычно составляет 40-50% номинального тока и во всяком случае должна быть достаточна для обеспечения питанием тех потребителей энергии на автомобиле, от которых зависит безопасность.

Читайте также  Почему завоздушивается система отопления в частном доме?

пн — номинальная частота вращения ротора, при которой вырабатывается номинальный ток IdH т.е. ток, сила которого не должна быть меньше номинальной величины.

nmах — максимальная частота вращения ротора. При этой частоте генератор вырабатывает максимальный ток Imах сила которого мало отличается от силы номинального тока.

Отечественные изготовители ранее обычно указывали номинальный ток генератора при частоте вращения ротора 5000 мин -1 , а также указывали частоту вращения ротора генератора в расчетном режиме nр, соответствующему расчетному току генератора Idp обычно составляющему две трети номинального тока. В расчетном режиме нагрев узлов генератора наибольший. Характеристики определялись при напряжении 13 или 14 В.

Автомобильная генераторная установка должна самовозбуждаться при частоте вращения ротора ниже числа оборотов холостого хода коленчатого вала двигателя. Конечно, проверка на самовозбуждение должна производиться при работе генераторной установки в комплекте с аккумуляторной батареей при включении контрольной лампы в схемах рис.5 и рис.6 .

Энергетическую способность генератора характеризует его коэффициент полезного действия (КПД). Чем выше КПД, тем меньшую мощность отнимает генератор у двигателя при той же полезной отдаче. Величина КПД зависит от конструкции генератора — толщины пластины пакета статора и способа изоляции их друг от друга, величины сопротивления обмоток, диаметра контактных колец, марки щеток и подшипников и т.п., но, главным образом, от мощности генератора: чем генератор мощнее, тем КПД выше. Значения КПД по точкам токоскоростной характеристики представлены на рисунке для ориентировки. Обычно максимальное значение КПД вентильных автомобильных генераторов не превышает 50 — 60%.

Вообще, ТСХ довольно показательна, но, как правило, характерные точки характеристики сводят в таблицы основных данных автомобильных генераторов. Таблицу основных данных автомобильных генераторов отечественного производства можно просмотреть здесь , а таблицу основных данных автомобильных генераторов зарубежного производства — здесь .

Регуляторную часть генераторной установки характеризует диапазон изменения выходного напряжения при изменении частоты вращения ротора, нагрузки и температуры. Диапазоны изменения напряжения отечественных автомобильных генераторов можно посмотреть здесь .

Генератор автомобиля: как работает и какие функции выполняет?

Для питания бортовой сети транспортного средства предусмотрено два источника тока. И водителю очень важно разбираться в принципах работы автомобильного генератора, который наряду с аккумуляторной батареей, предназначен для обеспечения энергией электрооборудования машины.

К надёжности и стабильности устройств такого рода предъявляются жесткие требования.

В Российской Федерации производимое и используемое электрооборудование должно соответствовать ГОСТ Р 52230-2004. Документ устанавливает общие технические условия, которые распространяются и на стартерные аккумуляторы автомобилей. Упомянутый национальный стандарт полностью соответствует международным нормативам, что позволяет использовать на отечественных машинах компоненты иностранного производства.

На заре автомобилестроения и вплоть до 60-х годов прошлого века в бортовых сетях использовались генераторы постоянного тока — капризные и маломощные. С появлением полупроводниковых (селеновых и кремниевых) выпрямителей на машины стали ставить агрегаты переменного тока. Они втрое меньше по массе и при той же нагрузке обеспечивают более высокую стабильность выходного тока.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:

  • Заряда аккумулятора.
  • Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
  • Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.

Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2-х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2-х видов одинаково — они состоят из следующих элементов:

  • Шкива с валом и подшипниками.
  • Ротора с контактными кольцами.
  • Обмоток статора.
  • Корпуса генератора.
  • Регулятора напряжения.
  • Выпрямительного устройства.
  • Щеточного узла.

Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий.

Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:

  • Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
  • Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
  • Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
  • Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
  • Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение — управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
  • Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
  • Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.


Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

  • Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
  • Ток отдачи.
  • Частота возбуждения и самовозбуждения.

Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1.

Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.


Как работает автомобильный генератор?

Устройство начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который запитывается напрямую от аккумуляторной батареи. Ключевой принцип работы генератора автомобиля состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который раскручивает через ременную передачу установленный на необслуживаемых подшипниках ротор.

Питание обмотки возбуждения, расположенной на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Для защиты батареи от саморазряда подключение производится через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Величина напряжения в этой цепи регулируется электронным или электромеханическим стабилизатором, интегрированным или выполненным в виде отдельного устройства.

Вращающийся якорь создает электромагнитные поля, которые индуцируют в обмотках статора переменный ток. Он поступает на выпрямитель, представляющий собой блок диодов. В него входят шесть вентилей: по три отрицательных и положительных. Они обеспечивают преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме «треугольника» или «звезды». В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, нежели во втором. Треугольник применяется на моделях авто повышенной мощности.

Описываемый принцип действия автомобильного генератора обеспечивает поддержание в бортовой сети напряжения в диапазоне от 13,9 до 14,5 В. Точная величина зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки. Потребители (например, аккумулятор) к электроагрегату подключаются через вывод «В+».

Для чего в генераторе регулятор напряжения?

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

Особенности работы «сердца» автомобиля — генератора

Большинство автолюбителей знают, что генератор представляет собой основной автомобильный узел, необходимый для нормальной работы транспортного средства. В этой статье мы поговорим именно об этом устройстве. Каков его принцип работы и конструкция, и в целом все о генераторах вы можете узнать из этой статье.

Общий принцип работы

Итак, что такое генератор, каково его устройство и принцип работы? Принцип функционирования узла основан на преобразовании механических импульсов в электрические. Это преобразование достигается в результате помещения медной проводки в магнитное поле, характеризующееся переменной величиной.

Читайте также  Как самому сделать вентиляцию в частном доме?

Новый машинный генератор

В целом принцип работы автомобильного генератора основывается на передаче электронов посредством электродвижущей силы. Благодаря такому движения в проводах бортовой сети образуется ток, а на самих контактах появляется напряжение. Показатель напряжения полностью зависит от того, как быстро будет меняться магнитное поле. В конечном итоге переменный параметр напряжения будет поступать в бортовую сеть.

Принцип работы генератора подразумевает применение обмоток стартера для выполнения основной функции, причем в последнем, под воздействием поля, осуществляется вращение так называемого якоря. На самом валу якоря находятся специальные обмотки, необходимые для передачи тока, и эти обмотки подключаются к специальным контактам. Сами контакты зафиксированы на шкиве и перемещаются они вместе с ним. Принцип действия генератора подразумевает передачу тока с колец с применением щеток, в конечном итоге напряжение передается на электрооборудование автомобиля.

Устройство вступает в работу в результате воздействия приводного ремешка от фрикционного шкива коленвала двигателя. Причем последний, согласно схеме, запускается от батареи. Чтобы работа автомобильного генератора была наиболее эффективной, диаметр его вала должен быть значительно меньше, чем фрикционный шкив коленчатого вала. Благодаря этому обеспечивается наиболее эффективная работа в результате повышения числа оборотов. В данном случае генератор в машине работает с увеличенным коэффициентом полезного действия, что обеспечивает наиболее оптимальные токовые параметры (автор видео — Саня Киселев).

Требования

Итак, зачем нужен агрегат и как работает автомобильный генератор, мы разобрались, теперь перейдем к требованиям. Как известно, устройство и работа должна обеспечиваться в определенном диапазоне параметров всего электрооборудования. Кроме того, функционирование устройства должно обеспечивать стабильность девайса даже при скачках напряжения. Наиболее важным требованиям, предъявляемым к узлу, считается стабильная выработка напряжения с необходимым параметрами мощности.

Данные показатели позволяют обеспечить:

  • регулярную подзарядку АКБ;
  • возможность одновременной работы всех используемых устройств;
  • стабильный параметр напряжения в бортовой цепи в большом диапазоне.

Помимо этого, автомобильные генераторы в соответствии со схемой оборудуются с учетом того, что узел может функционировать в достаточно жестких эксплуатационных условиях. Соответственно, механизм необходимо устанавливать в наиболее прочный корпус, при этом вес девайса должен быть минимальным, а размеры — сравнительно небольшие. Более того, характеристики генератора должны обеспечивать наименее шумную работу узла, при этом уровень помех, которые он производит, должен быть минимальным.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Устройство генераторного узла автомобиля

Крепление

Итак, если с назначением и принципом работы все ясно, перейдем к устройству. Генератор автомобиля фиксируется в подкапотном пространстве с помощью специального крепления. При помощи винтов и уголков он фиксируется на фронтальную часть силового агрегата. На самом корпусе узла вы сможете увидеть крепежные элементы, а также натяжную проушину механизма.

Корпус

Любой выбранный мощный генератор монтируется в крепком и надежном корпусе. Как показывает практика, корпус обычно изготовляется с использованием легких металлов, например, алюминия. Кстати, последний отлично подходит для обеспечения теплоотводных параметров.

Сама по себе конструкция состоит из нескольких компонентов, а именно:

  • крышки, расположенной со стороны контактных колец;
  • специальной заглушки, установленной со стороны привода.

На крышке монтируются щетки, устройство регулятора напряжения, а также выпрямительный мост. Все крышки узла соединены в одну конструкцию благодаря использованию дополнительных винтов. Кроме того, на крышках также крепится поверхность статора. В корпусе находится тыловой, а также фронтальный подшипниковые элементы, предназначенные для обеспечения работы ротора (автор видео — Рамиль Абдуллин).

Ротор

Следующим компонентом схемы является ротор. Его конструкция включает в себя электромагнитную схему, оснащенную обмоткой возбуждения. Сама обмотка устанавливается на несущем шкиве. Что касается вала, то он всегда производится из легированной стали, в состав которой добавляются свинцовые присадки. На валу компонента фиксируются контактные кольца, а также щеточные элементы. Следует отметить, что токоскоростная характеристика генератора обеспечивается именно благодаря кольцам.

Статор

Еще одним компонентом, определяющим мощность узла, является статор. Статор представляет собой устройство, которое состоит из так называемого сердечника с большим количеством пазов. В эти пазы установлены витки от трех обмоток, которые соединены между собой посредством специальной схемы.

Сам сердечник является магнитопроводом, он всегда имеет форму окружности, и изготовляется сердечник из металла, в частности, из пластин, которые соединены друг с другом с помощью заклепок. Также эти заклепки могут быть заварены в один блок. Чтобы параметр напряжения был наиболее высоким, при изготовлении пластин применяется специальные трансформаторный металл.

Регулятор напряжения

Регулятор генераторного узла

Данный механизм предназначен для того, чтобы компенсировать нестабильность функционирования роторного вала. Сам вал работает в обширном диапазоне изменения количества оборотов и соединяется он с коленчатым валом двигателя. Благодаря регулятору осуществляется стабилизация параметра выходного напряжения, которое поступает в бортовую сеть авто. Благодаря регулятору обеспечивается бесперебойное использование электрических устройств и всего оборудования в целом. Регуляторы могут отличаться между собой по конструкции, они бывают дискретные либо интегральные.

К дискретным элементам относятся блоки, на схемах которых устанавливаются радиокомпоненты, при производстве которых соблюдалась дискретная технология. Следует отметить, что такая технология отличается нехарактерной плотностью компоновки. Что касается интегральны конструкций, то к этому типу относятся большая часть используемых сегодня регуляторов. Интегральные конструкции изготавливаются с соблюдением интегрального метода компоновки.

Выпрямитель

Поскольку генераторное устройство должно обеспечить напряжением все электрооборудование транспортного средства, на его выходе монтируется специальный узел из диодов. Этот элемент представляет собой трехфазное выпрямительное устройство, в основе которого лежат несколько полупроводниковых диодов. Причем половина из них соединяются с минусовым выходом генератора, и другая половина — с положительным. Сам выпрямитель обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный (автор видео — Автошкола для всех).

Щеточный узел

Весь щеточный узел выполняет функцию передачи тока на кольца. В корпусе щеточного узла расположены несколько компонентов, основные из них — сами контакты, которые могут быть электрографитными или меднографитными. Следует отметить, что последние имеют более высокий срок службы. По своему устройству щеточный узел обычно монтируется в блок с регулятором.

Система охлаждения

Система охлаждения выполняет функцию отвода тепла, появляющегося в корпусе генераторного устройства. Сам отвод осуществляется благодаря использованию вентиляторов, установленных на валу ротора. Если щеточный узел и прочие компоненты установлены снаружи генераторного устройства, в этом случае забор воздуха осуществляется через специальные щели. Если же эти компоненты находятся внутри, это позволяет обеспечить подачу воздуха со стороны колец.

Режим работы

Если вы решили осуществить выбор генератора для своего авто, вам полезно будет знать о режимах его функционирования. Это может быть начальный режим перед стартом силового агрегата, а также режим работы при включенном моторе. Когда запускается мотор, электроэнергию потребляет только стартер. Когда запуск силового агрегата будет осуществлен, генераторный узел начинает полноценно вырабатывать энергию, чтоб обеспечивает работу всех устройств. Когда мотор работает, генератор также подзаряжает АКБ.

В том случае, если батарея будет заряжена, уровень потребления энергии начинает снижаться, при этом генераторный узел продолжает обеспечивать работу электрических устройств. Если водитель дополнительно включает какое-то оборудование, а мощности генератора для обеспечения его работоспособности не хватает, в работу вступает АКБ.

Извините, в настоящее время нет доступных опросов.

Видео «Наглядный пример работы генераторного устройства»

Как работает генераторный узел и в чем заключается его принцип функционирования — смотрите на видео ниже (автор ролика -zrenie2015).

Поделки своими руками для автолюбителей

Схемы подключения автомобильного генератора

Автомобильный генератор – блок, отвечающий за генерацию электричества и подзарядку аккумулятора в дороге. Является устройством первой линии, поломка которого может привести к недееспособности всего ТС. Здесь вы найдете схемы подключения и работы генератора, а также инструкцию по проверке на работоспособность.

Как работает генераторный узел автомобиля

Работа генератора автомобиля заключена в преобразовании механической энергии и электрическую. После включения двигателя, коленчатый вал раскручивает шкив. Он передает через ременную систему энергию на катушку.

Вращение якоря создает электромагнитное поле, индуцирующее в переменный ток. Он поступает на выпрямительные мосты, а затем на обмотку «треугольник» генератора.

Так поддерживается регламентированное для автомобиля напряжение в 12-14 вольт.

Вот как работает генераторный блок в упрощенной форме, но этого достаточно для понимания принципа устройства.

Схема подключения генератора в автомобилях ВАЗ

Схема автомобильного генератора немного отличается, в зависимости от модели ВАЗ.

«Копейка»

Структурная схема автогенератора у «копейки» самая простая и ремонтопригодная. Состоит всего из 13 узлов, поэтому легко поддается диагностике и ремонту.

«Шестерка»

Схема подключения с автомобильным генератором Г-222 состоит из:

  1. Аккумуляторной батареи.
  2. Самого генератора.
  3. Регулятора вольтажа.
  4. Монтажного блока с батареей предохранителей.
  5. Отключателя зажигания.
  6. Вольтметра для контроля выходящего/входящего напряжения.
  7. Реле контролирующей лампы.

«Семерка»

  1. АКБ.
  2. Минусового диода.
  3. Дополнительного диода.
  4. Генераторного блока.
  5. Плюсового диода.
  6. Стартерной обмотки.
  7. Контроллера напряжения.
  8. Роторной обмотки.
  9. Конденсаторный фильтр помех.
  10. Монтажный блок с батареей предохранителей.
  11. Контрольная лампочка АКБ и бортовых приборов.
  12. Вольтметр.
  13. Реле управления зажигания.
  14. Выключатель.

«Восьмерка»

В целом, устройство и принцип работы «восьмерки» схоже с 2107. Единственное отличие – в значительном усилении обмотки статора, при этом было увеличено сечение провода.

«Девятка»

Вот из чего состоит генераторный узел «девятки»:

  1. Генератор переменного тока. В зависимости от ревизии, может быть установлены версии 373701 или 943704.
  2. Минусовой диод.
  3. Дополнительная диодная обвязка.
  4. Плюсовой диод.
  5. Контрольная лампочка.
  6. Комбинация контролирующих аппаратов.
  7. Вольтметр.
  8. Батарея реле и предохранителей.
  9. Дополнительные резисторы.
  10. Реле управления зажиганием.
  11. Замок.
  12. АКБ.
  13. Сглаживающие конденсаторы.
  14. Роторная обмотка.
  15. Реле вольтажа.

«Десятка»

В «десятке» схема максимально упрощенная, поэтому узел подключения состоит всего из нескольких блоков:

  1. АКБ.
  2. Генератор. Обычно здесь применяется версия 943701.
  3. Главный монтажный блок.
  4. Замок.
  5. Контрольная лампочка.
Читайте также  Почему не работает светодиодный прожектор?

Как проверить генератор своими руками

Если принцип работы автомобильного генератора понятен, продиагностировать его будет несложно. Для примера подойдет 943701 из «девятки».

Для проверки понадобится подвести напряжение напрямую к генератору. Для этого плюсовую клемму бросьте на D+, через контрольную лампочку.

Теперь необходимо запустить двигатель. Т.к. стартерная обмотка получает напряжение с трех диодов на выпрямительном блоке, должна зажечься контрольная лампа, после выключения – сразу погаснуть.

Если этого не произойдет, значит в генераторном блоке наблюдаются какие-либо нарушение и необходима разборка с диагностикой.

Важно! Нельзя допускать:

  1. Проверку на «искру» через плюсовой вывод «В» на массу. Через клеммы пройдет ток, для которого они не предназначены, что приведет к фатальной поломке.
  2. Диагностику при включенном АКБ. Допускается проверка только при подключенном аккумуляторе. В противном случае возможны повреждения бортовой сети.

Замена и снятие электрогенератора

Итак, если генератор сломан или требует чистки – необходимо его вытащить. Сделать это не сложно – понадобится только автомобильный набор головок и ключей.

Пошаговая инструкция демонтажа:

1 Сначала – отключите АКБ. Это важно, при подключенном аккумуляторе нельзя производить демонтаж – возможно внутреннее замыкание.

2. Затем – снимите колпак с вывода «30». Там будет гайка, которую понадобится скрутить и убрать провод.

3. После отключите колодку с контактами на генераторе.

4. Найдите крепление генератора к панели. Как правило, оно находится на гайках, которые нужно открутить. Затем поднимите его максимально вверх, чтобы ослабились ремни – снимите их.

5. Осталось окончательно снять болт крепления с блока цилиндров. Также должна быть пара креплений на нижнем кронштейне.

Обратите внимание, что все соединение на генераторе часто окисляются. Из-за постоянно напряжения, попадание воды вызывает активное образование ржавчины на резьбе.

Ни в коем случае нельзя рвать гайки — используйте любые «жидкие ключи» или проникающие смазки.

Создание ветрогенератора из автомобильного генератора: преимущества, недостатки, инструкция по сборке и установке

Обновлено: 8 января 2021

  • Генератор для ветряка из автогенератора
  • Преимущества и недостатки
  • Как сделать своими руками?
    • Тихоходный генератор
    • Ветрогенератор из тракторного генератора Г-700
    • Ветряк из автогенератора от бычка
  • Инструкция по сбору и установке
  • Рекомендуемые товары

Генератор для ветряка из автогенератора

Генератор является таким же основным элементом ветряка, как и крыльчатка. Если лопасти рабочего колеса преобразуют энергию ветра во вращательное движение, то генератор вращение превращает в электроэнергию. Его конструкция и возможности определяют производительность и мощность установки, способность работы на слабых потоках ветра.

При изготовлении ветряков вопрос об использовании самодельного или готового генератора встает практически всегда. Чаще всего к решению подходят комбинированным способом — используют готовый автомобильный генератор, иногда без конструктивных изменений, но чаще всего — с некоторыми доработками, повышающими чувствительность или выходную мощность.

Автомобильные генераторы представляют собой готовые устройства, созданные для выработки электрического тока заданного напряжения. Оно постоянно на выходе, что обеспечивает стабилизатор (регулятор) напряжения, удерживающий значения в узких рамках. Единственная особенность, требующая вмешательства, это режим работы — автомобильные генераторы приводятся от двигателя и работают на больших скоростях.

Причем, скорость вращения двигателя автомобиля не постоянна, она меняется на протяжении всего времени работы в значительных пределах — от 800 об/мин до 6000 об/мин, а иногда и больше. Кроме того, автомобильный генератор имеет предел по силе тока, превысить который устройство не сможет ни при каких обстоятельствах.

КПД автогенераторов не превышает 60%, что объясняется наличием потерь в конструкционных узлах, расходом энергии на токи Фуко. Чем выше общая мощность устройства, тем выше его КПД. Производится переменный ток, который преобразуется в постоянный при помощи диодного выпрямителя.

Преимущества и недостатки

Использование автомобильного генератора как элемента ветроэлектростанции дает существенные преимущества:

  • Имеется готовый генератор, который может использоваться без вмешательства в конструкцию или с некоторой модернизацией.
  • Автомобильный генератор выдает стабильное напряжение, что важно для ветряков с их постоянно меняющейся скоростью вращения.
  • Используется стандартное оборудование, доступное и не нуждающееся во вмешательстве в конструкцию.
  • Автомобильные генераторы широко распространены, что делает их ремонтопригодными и доступными для замены при необходимости.

Наряду с достоинствами имеются и некоторые недостатки:

  • Автомобильный генератор нуждается в высокой скорости вращения, что требует использования повышающего редуктора или изменений в конструкции устройства.
  • Ресурс автомобильного генератора ограничен примерно 4000 часами работы (в среднем). Даже новый генератор не выдержит и года непрерывной работы и потребует ремонта.
  • Система возбуждения некоторых генераторов требует подачи напряжения на катушку, что вынуждает изменять конструкцию и устанавливать постоянные магниты.

Несмотря на имеющиеся недостатки, автомобильный генератор считается оптимальным вариантом, возможным при самостоятельном создании ветроэлектростанции.

Как сделать своими руками?

Изготовление ветрогенератора складывается из двух основных этапов:

  • Создание вращающегося ротора с лопастями.
  • Изготовление или модернизация генератора, приводимого во вращение крыльчаткой.

Изготовление крыльчатки требует отдельного подробного описания, так как существует масса вариантов конструкции, выбор наиболее подходящего из них требует определенных познаний и опыта.

Изготовление генератора своими руками требует четкого знания принципа работы устройства, обладания навыками, материалами и необходимыми инструментами. Для ускорения процесса и получения более качественного результата надо использовать готовое устройство, нуждающееся в небольших вмешательствах в конструкцию. Это поможет сэкономить время, усилия и получить устройство с заранее известными параметрами.

Обычным изменением, которое приходится вносить в конструкцию генератора, является установка постоянных неодимовых магнитов вместо обмотки возбуждения. Этот вариант создает возможность самовозбуждения и повышает производительность генератора, но нередко создает эффект залипания, затрудняющий старт вращения ротора.

Также часто изменяют число витков обмотки, индуцирующей ток. Таким образом повышается чувствительность устройства, создается возможность генерации тока на низких скоростях вращения. Примечательно, что все переделки производятся достаточно просто и не требуют глубокого вмешательства в конструкцию. Меняется количество витков и толщина провода обмотки.

Тихоходный генератор

Наиболее предпочтительна конструкция генератора, способного производить ток при малых оборотах. Скорость ветра в регионах России в большинстве средняя и низкая, создать номинальную скорость вращения для автомобильного генератора чрезвычайно сложно. Потребуется установка повышающего редуктора, который будет существенно уменьшать чувствительность.

Вариантов решения вопроса может быть несколько:

  • Модернизация автомобильного генератора.
  • Использование магнето в качестве основы для создания генератора.
  • Создание быстроходного ротора, способного обеспечить необходимый режим работы генератора.

Первый вариант используется чаще всех в силу своей простоты и доступности, хотя изменения, вносимые в конструкцию, требуют использования производственного оборудования (токарный станок), приобретения супермагнитов (неодимовых) и изменения числа витков обмотки статора.

Применение магнето вызывает немало споров, хотя причиной для них становится неподготовленность. Конструкция магнето позволяет создать производительный и относительно тихоходный генератор, требуется лишь изменить параметры трансформатора на соответствующие режиму вращения имеющегося ветряка.

Изготовление быстроходных крыльчаток возможно при наличии естественных условий — наличие достаточно сильных и ровных ветров в регионе. Такое имеется не везде, в большинстве районов ветра слабые и имеют эпизодический характер.

Ветрогенератор из тракторного генератора Г-700

Тракторный генератор Г-700 имеет следующие номинальные параметры:

  • Напряжение — 14 В.
  • Сила тока — до 50 А.
  • Скорость вращения — 5000 об/мин (номинальная), 6000 об/мин (максимальная).

Ротор ветряка не сможет обеспечить такую частоту вращения, поэтому потребуется перемотать обмотку статора для того, чтобы обеспечить нужную производительность при низкой скорости вращения. Для этого надо использовать более тонкий провод, чтобы увеличить число витков в катушках. Обычно используется провод толщиной 0,8 мм, число витков делается максимальным, сколько сможет вместить корпус статора. Обычно делается не менее 80 витков.

Катушка возбуждения также подлежит доработке. Обмотка перематывается таким же проводом, добавляется до 250 витков. В результате получается устройство практически с исходными параметрами, но способное работать на низких скоростях вращения.

После доработки генератор устанавливается на ротор ветряка, испытывается на производительность и чувствительность в рабочем режиме. При необходимости параметры обмоток могут быть изменены, оптимальный режим находится опытным путем на основании эксплуатационных показателей.

Ветряк из автогенератора от бычка

Неплохие результаты показывает автомобильный генератор от грузовика «Бычок». Понадобится перемотать обмотку статора проводом 0,6 мм (получено опытным путем), для трехфазной обмотки понадобится около 90 витков на каждую катушку, всего 18 шт.

Ротор генератора подлежит некоторой доработке — на токарном станке стачивается толщина (диаметр) для того, чтобы получить пространство под неодимовые магниты. Исследования показывают, что наилучший результат достигается при большом числе магнитов.

При этом, необходимо избегать сильного залипания, что можно регулировать увеличением расстояния от магнитов до сердечников статора. Имеется возможность добиться минимального залипания при максимальном выходном напряжении, что потребует некоторых затрат времени, по поможет получить оптимальных результатов.

Подготовленный генератор устанавливается на ветряк, присоединяется к крыльчатке и тестируется на практике.

Инструкция по сбору и установке

После перемотки или установки неодимовых магнитов генератор собирается обычным образом. Гайки на соединительных элементах надежно затягивают, исключая возможность расшатывания собранной конструкции. Провода качественно изолируют, по возможности помещают в гофрированную трубу. Снаружи корпус генератора неплохо защитить корпусом, в качестве которого можно использовать отрезок полипропиленовой трубы с заглушками, в которых проделаны соответствующие отверстия.

Монтаж устройства к ветряку производится согласно выбранной конструкции. Поскольку оптимальным способом является непосредственная установка крыльчатки на вал генератора, следует заранее предусмотреть способ крепления и изоляции от атмосферной влаги. В идеале вращающиеся части должны быть надежно закрыты от доступа внешнего воздуха, что предотвратит появление коррозии, обледенение, появление пылевых наносов.

Оптимальным способом монтажа принято считать фиксацию на опорной штанге при помощи хомутов. Такой вариант не нуждается в использовании крепежных болтов, опасных из-за возможности появления ржавчины и сложностей при ремонте. Проблемы, возникшие с хомутами, решить намного проще – их всегда можно срезать и заменить новыми.

Иногда приходится использовать соединительную муфту. Она устанавливается как переходный элемент с вала ротора ветряка на вал генератора, установленных соосно. Требуется точное соблюдение размеров и прочность крепления муфты, иначе передача вращения прекратится или будет происходить с большими потерями.