Что заставляет генератор вращаться

Не много полезной информации на счёт Генератора

Генератор предназначен для питания электрическим током всех потребителей и для подзарядки аккумуляторной батареи при работе двигателя на средних и больших оборотах. На современные автомобили устанавливается генератор переменного тока. Он включен в электрическую цепь автомобиля параллельно аккумуляторной батарее. Однако питать потребителей и заряжать батарею генератор будет только в том случае, если вырабатываемое им напряжение превысит напряжение аккумуляторной батареи. А произойдет это тогда, когда двигатель автомобиля начнет работать на оборотах выше холостых, так как напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от скорости вращения его ротора. При этом, по мере увеличения частоты вращения ротора генератора, вырабатываемое им напряжение может превысить требуемое. Поэтому генератор работает в паре с регулятором напряжения. Регулятор напряжения является электронным прибором, который ограничивает вырабатываемое генератором напряжение и поддерживает его в пределах 13,6 — 14,2 вольта.

Статор (неподвижная часть генератора) представляет собой обмотки с магнитопроводом, в которых образуется электрический ток. Ротор — вращающаяся часть генератора. Ротор состоит из обмоток возбуждения с полюсной системой, вала и контактных колец. Кольца выполняются чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. Для снижения износа и предотвращения окисления они могут изготавливатья из латуни или нержавеющей стали. К кольцам присоединяются выводы обмотки возбуждения. Питание к обмоткам подается через щетки (скользящие контакты), которые прижимаются к кольцам с помощью пружин. Щетки бывают двух типов — меднографитные и электрографитные. Последние имеют более высокое электрическое сопротивление, что снижает выходные характеристики генератора, зато они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Существуют и бесщеточные генераторы, у которых на роторе расположены постоянные магниты, а обмотки возбуждения — на статоре. Отсутствие щеток и контактных колец повышает надежность генератора, но увеличивает массу и шумность при работе.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно разнополярные полюсы, т. е. направление и величина магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и приводит к появлению в ней переменного напряжения. Так как потребители электрической сети автомобиля работают на постоянном напряжении, в схему генератора вводится диодный выпрямитель.

Электронные регуляторы напряжения, как правило, встроены в генератор («таблетка») и объединены со щеточным узлом. Иногда они располагаются отдельно в подкапотном пространстве. Регуляторы изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения обмотки ротора в питающую сеть. Устройства необслуживаемые, необходимо лишь контролировать надежность контактов. Существуют регуляторы напряжения, наделенные функцией термокомпенсации, — они измененяют напряжение зарядки в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для обеспечения оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение подводится к батарее, и наоборот.

Генераторы выпускаются в двух конструктивных исполнениях — «классическом», с вентилятором у приводного шкива, и компактном, с двумя вентиляторами внутри генератора. Так как «компактные» генераторы имеют привод с более высоким передаточным отношением, их называют еще высокоскоростными генераторами.

Генератор устанавливается на специальном кронштейне двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала через ременную передачу. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива генератора, тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток. На современных моделях, как правило, привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра. Привод генератора может осуществляться как отдельно, так и одним ремнем вместе с насосом охлаждающей жидкости («помпой»). Натяжение ремня регулируется либо отклонением корпуса генератора, либо (в случае применения поликлинового ремня) натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Возможна ли замена генератора одной марки на другой? Вполне, если выполняются следующие условия:

• энергетические характеристики заменяющего генератора не ниже, чем у заменяемого;
• передаточное число от двигателя к генератору одинаково;
• габаритные и крепежные размеры заменяющего генератора позволяют установить его на двигатель. Большинство генераторов зарубежного производства имеют однолапное крепление, а отечественные крепятся за две лапы, поэтому замена «иномарочного» генератора отечественным потребует замены кронштейна;
• электрические схемы генераторных установок аналогичны.

✔ И напоследок несколько «вредных» советов, как быстро и без проблем «сжечь» генератор:

1.Самый лучший и быстрый способ — «Переплюсовка». Поменяйте местами провода от клемм аккумуляторной батареи, при этом возможен не только оптический эффект (яркая вспышка внутри генератора, легкое дымовое облако), но также звуковой (от щелчка до хлопка и шипения), обонятельный (почувствуете непередаваемый аромат горящих проводов!), и, наконец, тактильный (ожог 1-3 степени — подбирается экспериментально!) После применения этого способа диодный мост выгорает с вероятностью 99%, статор — 60%, реле-регулятор — 20%, провода — 10%, автомобиль целиком — 0,01%! Способ очень эффективен при «прикуривании». Возможны побочные эффекты — выгорание бортовых компьютеров, сигнализации, музыки и т.д. Большой плюс — не требует специальных навыков и знаний, легко осваивается начинающими.

2.Способ «Мойка». Помойте двигатель своей машины. Особенно тщательно помойте генератор, проследите, чтобы потоки воды прополоскали все внутренности агрегата. Ни в коем случае не продувайте генератор после мойки! Сразу же заводите машину и включите побольше нагрузок — весь свет, обогрев, музыку. Если эффект не произошел — повторите попытку. Эффект появится, поверьте! Плюс — сгоревший генератор будет чистым.

3.»Дедовский» метод — сдёргивание плюсовой клеммы аккумулятора на работающем двигателе вроде бы для проверки зарядной системы. Процент сгоревших релюшек увеличивается до 50-70%. Способ требует определенной сноровки — главное, чтобы было побольше искр! Возникающие в цепях высоковольтные коммутационные процессы рано или поздно должны будут сжечь хоть что-нибудь в Вашем генераторе, или, в крайнем случае, в машине! Как всегда, рекомендуется включить побольше всяких там нагрузок — свет, печки, подогрев. Способ не очень эффективен на старых машинах, но главное — верить, что так и будет!

4.»Лужа» — способ, которым пользуется множество автолюбителей, даже не подозревая об этом. При этом многие искренне уверены, что автомобиль и его агрегаты, включая генератор, по водонепроницаемости должен быть сродни подводной лодке. Дерзайте! Как много неисследованных глубин ждут своих первооткрывателей! И еще простой совет — лужу надо проезжать на возможно максимальной скорости, тщательно следя, чтобы брызги равномерно захлестывали подкапотное пространство. Отсутствие защитных кожухов и поддонов во многом облегчит Вашу непростую задачу. Очень большой плюс — способом можно пользоваться практически ежедневно, не выходя из машины!

5.Способ «Меломан». Для очень крутых! Поставьте в Вашу машинку супер магнитолку, парочку CD чейнджеров, пару-тройку ламповых усилителей ватт по 200-300, сабвуфер ватт на 500, ну колонок с десяток, лучше полтора. Вообще, чем больше — тем лучше! Баксов на 12-25 тысяч! (Это не враки — случай зафиксирован!) Включайте! Если через пару минут генератор все ещё работает, а характерного дыма и запаха все еще нет — значит Вы поставили слишком дешёвую аппаратуру!

6.»Аккумуляторный» способ — наиболее коварный и таинственный из всех, поскольку его осознание требует понимания химических и физических процессов (ну хотя бы закон Ома, что уже не всем дано!) А если по-простому — используйте давно просроченный аккумулятор, не моложе трех-пяти лет. Чем старше — тем больше вероятность, что в аккумуляторе окажется короткозамкнутая банка. При этом аккумулятор может подавать признаки жизни — заводить машину, подзаряжаться от зарядного устройства и т.д., но при этом он становится мощной паразитной нагрузкой в цепи генератора. Возможно, что силы тока будет хватать на работу инжектора, но при включении дальнего света и обогрева генератор будет греться так, что его можно использовать для приготовления яичницы в походных условиях! Главное — не обращать на это внимания, и способ когда-нибудь сработает!

Принцип действия генератора

Принцип действия генератора.

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И, наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток.

Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образующий магнитный поток — называемая обмоткой возбуждения, и стальная полюсная система, назначение которой подвести магнитный поток к внешним катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение.

Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) — ротор, его важнейшую вращающуюся часть.

Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе,

т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генераторной установки, там, где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, после включения зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора.

Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы обычно 2. 3 Вт.

Обычно сила тока катушки возбуждения 1..5% от выходного тока. То есть, что получается. На обмотку возбуждения подаем (для примера возят авто генератор) 12В 3…5А, а получаем 13..14В 55А (в зависимости от генератора). Получаемый КПД более 1!

Ага!, скажите вы, а как же мощность, затрачиваемая на то, что бы вращать этот генератор?

Вот это мы и рассмотрим дальше:

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота получаемого напряжения f зависит от частоты вращения ротора генератора N и числа его пар полюсов р: f=p*N/60. За редким исключением зарубежные или отечественные автогенераторы имеют по шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 6 раз больше частоты вращения ротора генератора.

То есть, что получается: ротор это постоянный магнит и с помощью движения этого магнита воздается вращающееся поле. Получается эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. Вопрос, а можно ли сделать так, что бы заставить магнитное поле вращаться без механического вращения ротора?

Из физики нам известно, что вращающееся магнитное поле возникает как результирующее поле при наложении двух или более переменных магнитных полей, имеющих одинаковую частоту и сдвинутых одно относительно другого по фазе и в пространстве.

Если поставить две катушки под углом 90 градусов между их осями и подключить к ним два источника постоянного тока, то поля этих катушек, складываясь, будут образовывать результирующее магнитное поле. Общий вектор индукции катушек, будет представлять собой геометрическую сумму векторов индукции полей двух катушек. Поэтому направление результирующего поля можно изменять в пределах 360 градусов путем изменения направления тока в катушках и поочередного их отключения.

Короче, что бы создать вращающее поле, нужно просто переключать пару катушек, что и делается в коллекторных двигателях при вращении ротора. Да, только, что бы переключать катушки не обязательно вращать для этого ротор.

Ведь, что получается? Достаточно вынуть ротор и вставить две катушки развернутых относительно друг друга на 90 градусов, переключая их создать вращающее поле и все. Ни какого вращения не надо.

Да, но почему это не применяют, подумал я, может ошибаюсь? И тогда я провел свой первый эксперимент:

Я взял коллекторный двигатель, подключил к щеткам постоянное напряжение и от руки крутанул. На выходе получил напряжение, естественно малое. То есть, у меня уже как бы был генератор. Потом я взял такой же двигатель, снял с него коллектор и щетки. Щетки насадил на отдельный двигатель и подключил к ним постоянное напряжение, а коллектор спаял с коллектором моего новоиспеченного генератора. Включил двигатель щеток, и все получилось. Мой генератор не вращался и давал напряжение. Вращались только отдельно вынесенные щетки, которые можно заменить на электронный эквивалент, что и было сделано в дальнейшем.

Получается, что достаточно взять щеточный генератор (надо смотреть, как намотан ротор) и не вращать его ротор, а подавать на щетки переключающее напряжение. Да, положение ротора по отношению к статору надо будет выставлять.

Вот вам направление для размышления и без нарушения законов физики. На самом деле вращающие поля это широкое поле для деятельности, о которых говорил в свое время Тесла, а к нему стоит прислушаться. Новый генератор работает по тем же принципам, как и всякий генератор, только мы вращаем не ротор, а поле, а так все тоже самое. Ротор это постоянный магнит и с помощью движения этого магнита воздается вращающее поле. Получается эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. При вращении ротора, вращаем поле.

Переключая катушки, вращаем поле, вот и вся разница. Заменили вращение ротора на электронное или механическое (что хуже) переключение катушек обмотки (электротехника).

Вращающее магнитное поле возникает как результирующее поле при наложении двух или более переменных магнитных полей, имеющих одинаковую частоту и сдвинутых одно относительно другого по фазе и в пространстве.

Если поставить две катушки под углом 90 градусов между их осями и подключить к ним два источника постоянного тока, то поля этих катушек, складываясь, будут образовывать результирующее магнитное поле. Общий вектор индукции катушек, будет представлять собой геометрическую сумму векторов индукции полей двух катушек. Поэтому направление результирующего поля можно изменять в пределах 360 градусов путем изменения направления тока в катушках или поочередного их отключения.

Теперь нам не надо тратить энергию на вращение ротора преодолевая трение и всякие другие силы и т. д.

Я предлагаю крутить не ротор целиком, а щетки!

Посчитай КПД генератора с вычетом затрачиваемой мощности на вращение. Вот представь, что работает генератор, крутиться, выдает напряжение. Если не брать в расчет вращение, то какой КПД? Что такое генератор? Это магнит, который вращается между обмотками статора.

С помощью вращения этого магнита мы создаем вращающее поле, то есть, тратим энергию вращения на то, Что бы создать вращающее поле. Вопрос, а можно ли создать вращающее поле без вращения? Да. Оказывается можно, и на этом принципе работают все двигатели. Надо только на роторе симулировать процесс создания вращающего поля как в двигателях, то есть, переключением полярности в катушках. Что у нас получиться? Да тоже, самое, будет вращаться поле между обмотками статора, но только при этом мы не будем применять механических усилий на вращение.

Я приводил простой пример автомобильного генератора. Обмотка возбуждения 12В 3А, выход 14В 55А. Вопрос, откуда лишняя мощность? (не считая затрачиваемой на вращение) Описать физику процесса слабо?

Исследуя процесс, на первый взгляд напрашивается решение разделить обмотки ротора и статора на пары. После чего рассмотреть систему из нескольких трансформаторов – но это не правомерно, так как в предложенном генераторе имеется вращающееся магнитное поле, а в трансформаторах используется пульсирующее магнитное поле. Эти поля различны, хотя бы тем что вращающееся поле может работать в режиме перенасыщения сердечника, а пульсирующее на перенасыщаемом сердечнике сильно теряет энергию.

В принципе можно создать трансформатор на вращающемся магнитном поле, но его не следует путать с промышленными 3-х фазными трансформаторами, где магнитное поле все же пульсирует.

Патенты на трансформаторы с вращающемся магнитным полем встречаются, и в них явно намекается на необычные характеристики в отличии от обычных трансформаторов.

Трансформатор на вращающемся магнитном поле интересен еще тем, что имеет возможность выдавать напряжение более высокой частоты, чем подводящее, если добавить дополнительные выходные обмотки с разным пространственным расположением — это похоже основной признак использования вращающегося магнитного поля.

Снимать энергию с вращающегося магнитного поля необходимо с полного круга, иначе часть энергии теряется в пространстве пропорционально пропущенному участку.

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

• Вычислительная техника
  • Микроконтроллеры микропроцессоры
  • ПЛИС
  • Мини-ПК
• Силовая электроника
• Датчики
• Интерфейсы
• Теория
  • Программирование
  • ТАУ и ЦОС
• Перспективные технологии
  • 3D печать
  • Робототехника
  • Искусственный интеллект
  • Криптовалюты

Чтение RSS

Различия между турбиной и генератором

Турбины и генераторы используются для производства электроэнергии, но турбина преобразует доступные формы энергии во вращение, в то время как генератор преобразует вращение в электричество. В зависимости от типа энергии, которую они используют, электростанции имеют соответствующие типы турбин и используют их для производства электроэнергии. У турбин есть много других применений, кроме питания генераторов, но все генераторы производят электричество. В дополнение к различным целям и функциям турбины и генераторы строятся совершенно по-разному. Единственное, что у них общего – это то, что они оба вращаются.

Турбогенераторы используются для выработки электроэнергии. Тип используемой турбины зависит от типа энергии, используемой для питания турбины. Например, реактивный двигатель использует реактивное топливо для питания своей турбины, в то время как ветровая турбина использует энергию ветра. Даже когда турбины похожи, они могут использовать разные виды топлива. Например, разница между газовыми и паровыми турбинами заключается в том, что газовая турбина сжигает природный газ, а паровая турбина приводится в действие паром из котлов. В каждом случае внешний источник энергии заставляет турбину вращаться.

Вал турбины соединен с валом генератора, и турбина заставляет генератор вращаться. Некоторые турбины, например, используемые для генераторов реактивных двигателей, вращаются очень быстро. В этом случае скорость может быть уменьшена с помощью коробки передач перед подключением к генератору. Когда генератор вращается, проволочные катушки движутся через магнитное поле, и в проводах возникает электрический ток. Электрический ток проходит по линиям электропередачи в дома, где он питает осветительные приборы, электрические обогреватели и электроприборы.

Турбины состоят из лопастей, которые вращаются вокруг центрального вала, как вентиляторы. Ветровые турбины – хороший пример больших турбин, которые вращаются медленно. Для водяных турбин есть только несколько больших лопастей, в то время как для газовых и паровых турбин есть много слоев маленьких лопастей, которые быстро вращаются. В любом случае жидкость или газ, такой как вода или воздух, протекают через лопасти, заставляя их вращаться и приводить в движение вал турбины.

Генераторы также имеют центральный вал, но на нем установлены магниты, намотанные проволокой. Вал и магниты составляют ротор генератора. Вокруг вала и магнитов расположены неподвижные витки провода, из которых состоит статор генератора. Когда вал вращается, магниты ротора создают магнитные поля, которые проходят по катушкам провода в статоре, генерируя в них электрический ток. В некоторых генераторах магниты остаются неподвижными, а катушки с проволокой устанавливаются на валу. В любом случае, генераторы всегда имеют магнитные поля, проходящие по катушкам провода, чтобы произвести электрический ток.

Турбины могут быть использованы для генераторов энергии, но они также используются во многих других приложениях для производства энергии вращения, в основном для транспортировки. Реактивные двигатели – это турбины, работающие на керосине и производящие мощность для вращения винтов или ускорения горячих газов для создания тяги реактивного самолета. Газовые турбины сжигают природный газ для питания судов, а паровые турбины используют давление от котлов для производства вращающейся энергии для промышленности. Вращающую силу от турбин можно использовать везде, где требуется привод вращающихся валов.

Единственная функция генераторов – производить электроэнергию, но они используются по-разному. Помимо выработки электроэнергии для электрических сетей на электростанциях, они используются на судах, на морских нефтяных платформах и в самолетах для производства электроэнергии, необходимой для освещения и электрических систем управления. В автомобилях есть небольшие генераторы для выработки электроэнергии для зарядки автомобильного аккумулятора, а также аварийные генераторы, которые используются в случае сбоя основного питания.

Поскольку турбины и генераторы часто используются вместе в таких областях, как электростанции и ветряные электростанции, кажется, что они связаны и работают одинаково. Фактически это две разные машины, которые выполняют разные функции и работают на основе совершенно разных принципов.

Как работает автомобильный генератор? Как его проверить? Какие неисправности случаются?

Как работает генератор?

Принцип работы автомобильных генераторов одинаковый и основан на электромагнитной индукции. Электрический ток возникает в замкнутой рамке при пересечении ее вращающимся магнитным полем. Таким образом, для работы генератора необходимо, чтобы в нем вращалось магнитное поле.

Собственное, вращающееся магнитное поле создается ротором. Сразу отметим, что в автомобильном генераторе нет постоянных магнитов. Т.е. постоянного магнитного поля в генераторе просто нет. Однако магнитное поле появляется на обмотке ротора после подачи на него тока. Обмотка ротора правильно называется «обмоткой возбуждения». Она создает магнитное поле при повороте ключа зажигания. Далее после запуска двигателя ротор начинает вращаться. Ток вырабатывается в трех отдельных обмотках статора. Этим же током далее питается обмотка возбуждения, т.е. потребление тока от АКБ прекращается.

На нашем YouTube-канале вы можете посмотреть видеообзор про автомобильные генераторы.

Снятый с обмоток статора переменный ток стабилизируется в устройстве, называемом «выпрямитель», также известном как диодный мост. Благодаря ему выходной ток генератора – постоянный и выпрямленный. В нем присутствует шесть силовых диодов. Половина диодов соединена с силовым плюсом генератора, половина – с его «массой», т.е. корпусом. Также в выпрямителе могут присутствовать слаботочные диоды, через которые подключена обмотка возбуждения. Диоды – это полупроводники, которые пропускают ток только в одном направлении.

Также в генераторе есть реле-регулятор напряжения. На контакты реле с диодов приходит снятое со статора силовое напряжение. Если его недостаточно, т.е. напряжение меньше 14 Вольт, реле увеличивает напряжение на обмотке возбуждения. При усилении магнитного поля увеличивается силовое напряжение. Необходимая величина – 14-14,5 Вольт.

Здесь же добавим, что магнитное поле увеличивает усилие, с которым вращается ротор. Эта нагрузка через приводной ремень передается на коленвал. Таким образом, включение электрических потребителей и, главным образом, их общая мощность, непосредственно влияют на расход топлива.

Именно благодаря регулированию тока в обмотке ротора производительность генератора не зависит от скорости вращения ротора и силы тока нагрузки. Разумеется, до определенных пределов, ограниченных общей мощностью генератора. Сам по себе регулятор напряжения – чисто электронное устройство.

Ток возбуждения подается по подпружиненным графитовым щеткам, контактирующим с контактными кольцами на роторе.

На более современных автомобилях применяется бесщеточные индукторные генераторы. В них применяется отдельная неподвижная обмотка возбуждения с намагниченным магнитопроводом. Ротор представляет собой звезду с 6-ю лучами, а статор не 3-х, а 5-фазный. Такие генераторы самовозбуждаются, т.е. могут работать без АКБ.

Обгонная муфта генератора

Мощные генераторы оснащаются шкивом с обгонной муфтой. В данном случае она служит демпфером, который гасит инерции коленвала и самого ротора генератора, не позволяет тяжелому и нагруженному ротору генератора ударять и подгонять ремень навесного оборудования при снижении его скорости движения. Т.е. если скорость ремня падает или ремень останавливается при глушении двигателя, то ротор генератора может свободно продолжать вращаться. При неисправности обгонной муфты, т.е. ее заклинивании, во время работы двигателя можно увидеть сильную вибрацию приводного ремня возле муфты. А при остановке двигателя раздается скрип ремня – это вращающийся по инерции ротор генератора прокручивает заклинившую муфту относительно ремня.

Подключение генератора. Самые распространенные выводы и клеммы.

К проводке автомобиля генератор подключается не только силовым проводом и контактом с «массой». Силовой выход – клемма 30 – помечен буквой «B» (батарея). Отдельный минусовой контакт – клемма 31 – на генераторе обозначается буквами E, B-, GRD.

У генератора обязательно есть выход на контрольную (индикаторную) лампу. Через этот же выход подается небольшое напряжение для намагничивания ротора. Такой контакт помечен буквой «L» (лампа). Горящая лампа указывает на отсутствие зарядки. Кстати, лампочка тухнет при выравнивании потенциалов, т.е. когда на контакте L появится «плюс». Это происходит в тот момент, когда генератор начинает вырабатывать ток.

Также контрольная лампа может подключаться через контакт «D+». Нюанс в том, что в этом случае по этому же контакту питается регулятор напряжения. По контакту «S» (сенсор) измеряется напряжение для контроля.

На генераторах дизельных двигателей нередко присутствует контакт «W». Это выход с одной из обмоток статора, по которому подключается тахометр.

По контакту «FR» или «DFM» регулятор напряжения соединяется с ЭБУ для контроля нагрузки на генератор. Если нагрузка высока, то электроника повышает обороты холостого хода или отключает некоторые потребители.

На генераторе может присутствовать контакт «D» c очень разным функционалом. «D» может обозначать и Digital, и Drive. Например, по нему можете передаваться цифровой сигнал, как на автомобилях Ford. На генераторах японских автомобилей по этому контакту подается ток для управления регулятором напряжения. Также это может быть просто пустой контакт.

Почему генератор выходит из строя?

Поломки генераторов можно разделить на механические и электрические.

По механике – это нарушение вращения ротора из-за износа или разрушения подшипников. Подклинивающий генератор может привести к обрыву ремня навесного оборудования. Также может возникнуть люфт подшипников.

Графитовые щетки постоянно изнашиваются из-за трения с контактными кольцами на роторе. Правда, они сделаны с запасом и служат сотни тысяч км и огромное количество моточасов. Предельная длина щеток – 5 мм.

Если контакт щеток с кольцами ротора пропадает, то генератор перестает функционировать. Обмотка возбуждения не намагничивается, ток не возникает.

Диоды в выпрямителе выходят из строя из-за нагревов, вызванных перегрузками. Тут можно сказать, что есть генераторы с некорректно подобранными диодами, которые просто не служат достаточно долго. И в целом силовые диоды рассчитаны на номинальный ток с минимальным запасом.

Также отметим, что диодный мост может выйти из строя на вашем автомобиле при неправильном прикуривании. Дело в том, что из-за высокого потребления тока стартером и севшим АКБ другой машины диоды в вашем генераторе просто пробивает током. Правильно прикуривать другой автомобиль так: подсоединяетесь к его АКБ, несколько минут с заведенным двигателем подзаряжаете его, затем глушите свой двигатель, даже вынимаете ключи из замка зажигания. И только после этого позволяете пациенту завестись.

Если неисправность возникает в реле-регуляторе, то генератор не выдает достаточного напряжения. В этом случае опять же пропадает зарядка. Кроме того, реле-регулятор может стать причиной утечки тока. Для некоторых генераторов есть рекомендация менять реле-регуляторов через определенные пробеги.

Также зарядка может пропасть или отсутствовать при нагрузке в случае межвиткового замыкания.

Проверка снятого генератора без машины

Снятый и неразобранный генератор можно проверить при помощи таких вспомогательных вещей, как заряженный АКБ и некое устройство, с помощью которого можно раскрутить ротор генератора (шуруповерт или дрель с подходящей головкой). Также нужно правильно подключить индикаторы – лампы. Одна лампа грубо покажет наличие зарядки, другая покажет работоспособность реле-регулятора.

Более точные и точечные проверки проводятся на разобранном и заведомо неисправном генераторе для поиска конкретного неисправного узла.

Генератор на автомобиле проверяется с помощью мультиметра. Для начала необходимо замерить напряжение на самой АКБ. В идеале напряжение должно быть порядка 12,5 Вольт. После запуска двигателя напряжение на АКБ должно составлять не менее 13,8 Вольт и не более 14,5 Вольт.

Есть старый дедовский метод со скидыванием клеммы АКБ во время работы двигателя. Типа если двигатель не заглохнет, то генератор бодрячком. На сегодняшний день таким образом нельзя проверять работу генератора скидыванием клеммы с АКБ на работающем авто. Если так сделаете, то через пару недель пройдет пробой одного из диодов.

Отдельного упоминания заслуживают генераторы с подключением P-D (терминалом P-D, «импульс-управление»). Они не имеют регулятора напряжения. Регулятор находится в ЭБУ. Оттуда же подается напряжение для обмотки возбуждения. Таким образом, их нельзя проверить методом с подключением индикаторной лампы и подачи возбуждения через нее. Ее просто подключить некуда, а возбуждение подается через силовой контакт. Такие генераторы проверяются на специальном стенде или при помощи самодельного реле-регулятора, способного подать импульс на обмотку ротора.

Принцип работы и устройство синхронного генератора переменного тока

Электричество – единственный вид энергии, которую легко можно передать на большие расстояния, а затем преобразовать её в механическую, тепловую или превратить в световое излучение. Саму же электроэнергию также можно получить разными способами: химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим и др. Но именно механический способ, который основан на применении генераторов, оказался самым эффективным. Среди этих источников электроэнергии широкое применение нашёл синхронный генератор переменного тока.

Практически вся электроэнергия, используемая в быту и на производстве, вырабатывается генераторами этого типа. Они заслуживают того, чтобы более подробно рассмотреть их устройство и разобраться в принципе работы этих удивительных синхронных машин.

Устройство

В конструкции синхронных генераторов используются две основные рабочие детали – вращающийся ротор и неподвижный статор. На валу ротора располагаются постоянные магниты либо обмотки возбуждения. Магниты имеют зубчатую форму, с противоположно направленными полюсами.

Бесщёточные генераторы.

Обмотки статора размещают таким образом, чтобы их сердечники совпадали с выступами магнитных полюсов ротора, или с сердечниками катушек ротора. Количество зубцов магнита, обычно, не превышает 6. При такой конструкции вырабатываемый ток снимается непосредственно с обмоток статоров. Другими словами, статор выступает в роли якоря.

В принципе, постоянные магниты можно расположить на статоре, а рабочие обмотки, в которых будет индуцироваться ЭДС, — на роторе. Работоспособность генератора от этого не изменится, однако потребуются кольца и щётки для снятия напряжения с обмоток якоря, а это, чаще всего, не рационально.

Схематическое изображение бесщеточного генератора без обмоток возбуждения изображено на рис. 1.

Рис. 1. Модель генератора с магнитным ротором

Пояснение:

• схема устройства;
• схема расположения магнитных полюсов на якоре. Здесь буквами NS обозначено коаксиальный магнит с полюсами, а литерой R – стальной магнитопровод ротора в виде когтеобразных наконечников.
• модель генератора в разрезе. Выводы фазных обмоток статора соединены «звездой».

Синхронные машины с индукторами.

Заметим, что постоянные магниты в качестве ротора используются в альтернаторах небольшой мощности. В мощных электрических машинах всегда применяются обмотки индуктора с независимым возбуждением. Независимым источником питания является маломощный генератор постоянного тока, смонтированный на валу синхронного двигателя.

Существуют конструкции синхронных генераторов малой и средней мощности, с самовозбуждающимися обмотками. Для возбуждения индуктора выпрямленный ток фазных обмоток подаётся через щётки на кольца, расположенные на валу статора. Строение такого альтернатора показано на рис. 2.

Рис. 2. Строение синхронного генератора средней мощности

Обратите внимание на наличие щёток, на которые подаётся питания от независимого источника.

По количеству фаз синхронные генераторы делятся на:

• однофазные;
• двухфазные;
• трёхфазные.

По конструкции ротора можно выделить генераторы с явновыраженными полюсами и с неявновыраженными. В неявнополюсном роторе отсутствуют выступы, а катушки провода якоря спрятаны в пазы статора.

По способу соединения фазных обмоток различают трёхфазные генераторы:

• соединённые по шестипроводной системе Тесла (не нашли практического применения);
• «звезда»;
• «треугольник»;
• сочетание шести обмоток, соединённых в виде одной «звезды» и «треугольника». Это соединение ещё называют «Славянка».

Самое распространённое соединение – «звезда» с нейтральным проводом.

Принцип работы

Рассмотрим принцип генерации тока на примере контурной рамки, помещённой между магнитными полюсами. (Рис. 3)

Рис. 3. Схема, объясняющая принцип работы генератора

Если заставить рамку вращаться (по направлению стрелок), то она будет пересекать магнитные силовые линии. При этом, по закону электромагнитной индукции, в рамке индуцируется электрический ток, который проявляется при подключении нагрузки к щёткам. Его направление можно определить по правилу буравчика. На схеме направление тока показано чёрными стрелками.

Обратите внимание на то, что на участках рамки ab и cd ток движется в противоположных направлениях. Эти направления меняются при переходе участков рамки от одного полюса к другому полюсу магнита. Если каждый вывод рамки подключить к отдельному кольцу (на рисунке они подключены к коллектору!), то на выходе мы получим переменный ток.

Величина тока пропорциональна скорости вращения ротора. Кроме того, переменный ток характеризуется ещё одним параметром – частотой. Эта величина напрямую зависит от частоты вращения вала.

Частота тока в электросетях строго соблюдается. В России и в ряде других стран она составляет 50 Гц, то есть 50 колебаний в секунду.

Этот параметр довольно легко вычислить из таких соображений: за один оборот рамки (или двухполюсного магнита) происходит одно изменение направления тока. Если вал синхронного генератора делает 1 оборот в секунду, то частота переменного тока составит 1 Гц. Для получения частоты 50 Гц необходимо обеспечить 50 оборотов статора в секунду или 3000 об./мин.

При возрастании числа полюсов заданная частота удерживается путём снижения скорости вращения статора. (обратно пропорциональная зависимость). Так, для четерёхполюсного статора (число полюсов в два раза больше) для поддержания частоты 50 Гц скорость вращения вала необходимо снизить в два раза. Соответственно если используется 6 полюсов, то частота вращения вала должна уменьшиться в три раза – до 1000 об./мин.

Заметим, что в некоторых странах, таких как США, Япония и др. существуют другие стандарты – 60 Гц, а переменный 400 Гц используется, например, в бортовой сети современных самолётов.

Регулирование частоты

Достигнуть требуемых параметров частоты можно 2 путями:

1. Сконструировать генератор с определённым количеством полюсов электромагнитов.
2. Обеспечить соответствующую расчётную частоту вращения вала.

Например, в тихоходных гидротурбинах, вращающихся со скоростью 150 об./мин. для регулирования частоты число полюсов синхронных генераторов увеличивают до 40. На дизельных электростанциях, при скоростях вращения 750 об./мин., оптимальное число полюсов – 8.

Регулирование ЭДС

В связи с изменениями параметров активных нагрузок возникает необходимость в выравнивании номинальных напряжений. Несмотря на то, что ЭДС индукции синхронного генератора связана со скоростью вращения ротора, однако, из-за требований по соблюдению стабильной частоты, этим способом нельзя изменять указанный параметр. Но параметры магнитной индукции можно изменить путём снижения или увеличения магнитного потока, который зависит от количества витков обмотки индуктора и величины тока возбуждения.

Регулирование осуществляется путём включения в цепь катушек возбуждения дополнительных реостатов, электронных схем или регулировкой тока генератора-возбудителя (Рис. 4). В случае использования альтернаторов с постоянными магнитами, в таких устройствах напряжение регулируется внешними стабилизаторами.

Рис. 4. Схема регулировки напряжения

Благодаря малому весу и отличным токовым характеристикам синхронные генераторы переменного тока нашли применение во всех современных автомобилях. Поскольку бортовая сеть авто использует постоянный ток, конструкции автомобильных генераторов оборудованы трехфазным выпрямителем. Для выпрямляемых переменных токов частота не имеет значения, а вот напряжение должно быть стабильно. Этого добиваются с помощью внешних электронных устройств. На рисунке 5 представлена электрическая схема подключения генератора к бортовой сети современного автомобиля.

Рис. 5. Схема подключения генератора к бортовой сети авто

Применение

У синхронных генераторов переменного тока есть одна важная особенность: они поддаются синхронизации с другими подобными электрическими машинами. При этом синхронные скорости и ЭДС параллельно включенных альтернаторов совпадают, а фазовый сдвиг равен нулю. Данное обстоятельство позволяет применять устройства в промышленной энергетике и подключать резервные генераторы при превышении номинальных мощностей в часы пиковых нагрузок.

Трёхфазные тяговые генераторы применяют на тепловозах. Переменные токи для питания двигателей выпрямляются полупроводниковыми устройствами. Сегодня в России уже выпускаются тепловозы на базе асинхронных электродвигателей, не требующих выпрямления тока. В режиме торможения они работают в качестве асинхронных генераторов.

Синхронные генераторы устанавливают на гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей. Развивая активную мощность при номинальных нагрузках, они позволяют экономить дорогое топливо.

Существует много других сфер применения. Например, мобильные мини-электростанции, бытовые генераторы тока, как однофазный двигатель и т. п.

Генераторы: как они устроены, и как их ремонтируют

Уважительное «геннадий» или панибратское «гена» неспроста написаны с маленькой буквы! Это не имя автослесаря, а шутливо-жаргонное прозвище электрогенератора – одного из важнейших узлов автомобиля, практически не изменившего свою конструкцию за несколько десятилетий. Давайте познакомимся с «геннадием» поближе, изучив его сильные и слабые стороны и поняв, с каких фронтов можно ждать сюрпризов по электрической части автомобиля.

«Дитя света»

А втомобильный генератор в современном понимании порожден любовью человечества к электрическому свету. Машины эпохи зари автомобилизма имели лишь простейший узел под названием «магнето» – миниатюрный генератор, совмещенный с прерывателем зажигания, интегрированный в корпус двигателя и выдающий исключительно высоковольтные импульсы для работы свечей. Ни лампу, ни какой-то иной потребитель электроэнергии к магнето подключить было нельзя, поэтому машины XIX века освещали дорогу карбидными лампами, в которых горел ацетилен – от двигателя внутреннего сгорания помощи ждать не приходилось.

Однако достаточно скоро стало очевидно, что двигатель автомобиля должен порождать больше электричества: не только для собственной работы, но и для работы внешних потребителей – фар, клаксона, измерительных приборов передней панели, зарядки батареи и тому подобного. Поэтому рядом с высоковольтной «искровой» обмоткой магнето появилась дополнительная обмотка – низковольтная, дающая бортовое напряжение. МАГнето + ДИНамО-машина = магдино. Так стали называться первые генераторы.

Но поскольку магнето и магдино традиционно встраиваются непосредственно в двигатель, мощность их ограничена небольшими габаритами. И как только стало ясно, что рост мощности генераторов неизбежен, «гена» стал внешним – он переехал на кронштейн на блоке цилиндров и вращение стал получать от внешней передачи – ременной, а иногда цепной или шестеренчатой.

Первые генераторы вырабатывали постоянный ток, однако после развития в середине ХХ века полупроводниковой промышленности и появления мощных выпрямительных диодов генераторы стали производить переменный ток, который затем выпрямлялся до постоянного диодными мостами. Смена типа тока позволила скачкообразно в несколько раз и понизить габариты и массу генераторов, и поднять их мощность.

Собственно, современный генератор практически идентичен тому, что стоял на машинах, разработанных и 10, и 20, и 30, и более лет тому назад. Двигатели и КПП год за годом усложняются, а едва ли не главный внешний электроагрегат остается практически неизменным. Его конструкция неидеальна, но являет собой золотой баланс свойств и стоимости. Появляются, правда, дополнительные узлы и усовершенствования – например, вместо элементарного шкива для ремня на генератор может устанавливаться обгонная муфта, как в стартерном бендиксе, или в обмотке статора увеличивается количество катушек и усложняется диодный мост, но большинство генераторов все же по-прежнему обходятся классической конструкцией.

Как устроен генератор

Две половинки корпуса, отлитые из алюминия, образуют «бочонок» и стянуты друг с другом болтами. Внутри «бочонка» расположена кольцевая обмотка – катушка статора, с которой мы снимаем переменное напряжение. Снаружи к этой обмотке подключен диодный мост, прикрытый пластиковой защитной полукрышкой и делающий из переменного напряжения постоянное. Через корпус генератора проходит ось – вал, вращающийся на двух подшипниках и приводимый в движение за шкив ремнем от коленвала двигателя.

На валу генератора установлен и вращается вместе с ним ротор с катушкой внутри – электромагнит. Через пару скользящих контактов и угольные щетки на него подает управляющий ток регулятор напряжения, следящий за тем, чтобы генератор выдавал на выходе 14 вольт – без регулятора величина напряжения будет зависеть от оборотов и способна достичь нескольких десятков вольт, опасных для 12-вольтового автомобильного электрооборудования.

Неисправности генератора

Генератор на большинстве машин достаточно прост по конструкции, и благодаря этому количество разновидностей его неисправностей невелико, а диагностика несложна. «Плавающих» проблем, которые затруднительно выловить и локализовать, в нем практически никогда не бывает.

Самые слабые узлы генератора – не механические, а электронные: это диодный мост, состоящий из шести мощных диодов, объединенных в три группы на алюминиевой пластине-радиаторе, и регулятор напряжения. Выходят из строя они из-за перегрузки (из-за систематической работы с перегрузкой от нештатных потребителей тока, если прикуривать чужую машину, не заглушив свой двигатель, или из-за короткого замыкания в банках аккумулятора), из-за появления микротрещин от постоянной смены подкапотной температуры в широких пределах и проникновения в трещины влаги, а также иногда и вовсе без видимых причин – с электроникой это случается… В регуляторе напряжения еще вдобавок со временем стачиваются графитовые щетки. При этом и диодный мост, и регулятор напряжения в сборе со щетками могут быть заменены на новые.

На втором месте по выходу из строя – подшипники. Их в генераторе два — более мощный и массивный передний, а также задний – меньших габаритов. Страдает чаще всего передний, поскольку на него приходятся и нагрузка от туго натянутого ремня, и проникновение пыли и влаги извне. Подшипники проявляют себя гулом и визгом, который исчезает, если завести мотор при снятом ремне генератора. Они также могут быть заменены новыми.

На третьем месте – более неприятные неисправности, хотя и, к счастью, более редкие. Могут сточиться до основания два медных колечка на валу – контакты для питания обмотки ротора, по которым скользят графитовые щетки регулятора напряжения. Колечки эти достаточно долговечны, поскольку пружины щеток слабенькие, но, отработав несколько комплектов щеток, кольца с годами могут прийти в негодность. В качестве запчастей встречаются не всегда, и для конкретной модели генератора их можно не найти… Если же купить удалось, то снимаются с вала они единым блоком (залиты в пластик), и одним блоком же ставятся новые.

Еще от старости может произойти разрушение изоляции проводов обмотки статора и возникнуть короткое замыкание между витками. Как правило, такое ремонтировать невыгодно, хотя в принципе перемотка возможна. Неисправности типа разрушения корпуса рассматривать, наверное, не стоит, хотя и они, безусловно, случаются, и, как ни странно, некоторые отечественные производители генераторов поставляют в розничную продажу половинки «бочонка».

Ремонт генератора

Теперь рассмотрим ремонт генератора на живом примере. Автомобиль ВАЗ-2115 приехал на сервис с проблемой отсутствия зарядки аккумулятора. Электрик, к его чести, не приговорил, не глядя (как это часто делается), диодный мост и регулятор скопом, а сперва проверил проводку к генератору, затем (не снимая генератор с машины) извлек из него регулятор напряжения и проверил его при помощи внешнего источника напряжения 15-16 вольт и нагрузочной лампы, сымитировав штатную работу – регулятор оказался исправен. Целыми оказались и щетки регулятора, контактные кольца на валу и обмотка ротора. После этого мастер посветил фонариком на диодный мост, увидел обугленный диод, сделал вывод о неисправности моста… и предложил полную замену генератора!

Почему? Все просто: на наш генератор, рожденный Ржевским заводом автотракторного электрооборудования ЭЛТРА, модели 5102.3771, устанавливается 80-амперный диодный мост МП13-80-3-2, который стоит в магазине… 909 рублей, и меняется он не так, как, скажем на старой-доброй «девятке», где это делалось при помощи отвертки и без снятия генератора с машины. В нашем случае мост меняется с использованием мощного паяльника, и генератор для этого, по-хорошему, должен лечь на верстак. Это изрядная возня, требующая к тому же определенной аккуратности. Мастер не захотел связываться с этим менее, чем за 2 000 рублей, и намекнул владельцу, что стоимость запчасти и ремонта почти в 3 000 рублей на генератор 2006 года выпуска выглядят бледно на фоне цены нового генератора в сборе в 4 450 рублей. Иначе говоря, можно за 3 000 починить, а можно за дополнительные 1 500 рублей к цене ремонта получить нового «гену» на гарантии, с новыми подшипниками, обмотками, гарантированно лишенными усталостных трещин лака, и так далее. Владелец согласился с такими доводами, и генератор был заменен на новый.

Вот такой неожиданный исход… Мы хотели понаблюдать за недорогим восстановительным ремонтом, а столкнулись с крупноузловой дорогостоящей заменой. Впрочем, ремонт уже завершен, машина восстановила подвижность и уехала, и у нас появилась возможность в спокойной обстановке внимательно взглянуть на генератор изнутри, изучить конструкцию и разобраться, прав ли был мастер. Более того, нам никто не запрещает починить его самостоятельно.

Генератор изнутри

Разборку генератора начинаем со снятия шкива с вала: 6-ручьевой шкив под поликлиновый ремень аккуратно зажимаем в тисках через алюминиевые прокладки и откручиваем гайку пневмогайковертом. Легкие следы замятия на шкиве не страшны, если они контролируемы и прогнозируемы – ни канавки, ни кромки не деформированы.

На валу виден паз под шпонку, однако шпонки самой нет, как нет и паза для нее в шкиве. На данном генераторе шкив крепится трением – затяжкой гайки с гровером с упором во внутреннее кольцо подшипника, а через него – в ротор.

Снимаем пластиковую «полукрышку», под которой прячутся диодный мост и регулятор напряжения. Видим, что мост неисправен – пробит как минимум один диод из шести. Это заметно даже без проверки тестером – видно, что диод обуглен.

Регулятор напряжения снимается легко – откручиванием двух гаек М8. Электрически его уже проверяли, визуально тоже видно, что щетки изношены незначительно. Продуваем, вытираем и откладываем в сторону.