Принцип работы генератора автомобиля


устройство и принцип работы, напряжение и мощность

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

  • привод со шкивом, подшипниками и валом;
  • ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
  • статор с сердечником и обмоткой;
  • корпус, состоящий из двух крышек;
  • регулятор напряжения;
  • выпрямительный блок или диодный мост;
  • щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Диодный мост

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Не

Разница между двигателем и генератором

Электродвигатель и генератор различаются по различным факторам, таким как основной принцип работы или функции двигателя и генератора. Потребление или производство электроэнергии, ее приводной элемент, наличие тока в обмотке. Правило Флеминга, за которым следуют мотор и генератор.

Разница между между и двигателем и генератором описана ниже в табличной форме.

Генератор
ОСНОВА МОТОР ГЕНЕРАТОР
Функция Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию Генератор преобразует механическую энергию в электрическую энергию.
Электричество Используется электричество. вырабатывает электроэнергию
Приводной элемент Вал двигателя приводится в действие магнитной силой, возникающей между якорем и полем. Вал прикреплен к ротору и приводится в действие механическим усилием.
Ток В двигателе ток подается на обмотки якоря. В генераторе ток вырабатывается в обмотках якоря.
Соблюдение правила Двигатель следует правилу левой руки Флеминга. следует правилу правой руки Флеминга.
Пример Примером электродвигателя является электрический автомобиль или велосипед. Энергия в виде электроэнергии вырабатывается на электростанциях.

Двигатель и генератор почти одинаковы с точки зрения конструкции, так как оба имеют статор и ротор. Основное различие между ними заключается в том, что двигатель представляет собой электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию. Генератор работает наоборот от этого двигателя. Он преобразует механическую энергию в электрическую энергию.

Разница между двигателем и генератором заключается в следующем:.

  • Мотор преобразует электрическую энергию в механическую, а генератор - наоборот.
  • Электричество используется в двигателе, но генератор производит электричество.
  • Вал двигателя приводится в действие магнитной силой, возникающей между обмоткой якоря и полем, в то время как в случае генератора вал прикрепляется к ротору и приводится в действие механическим усилием.
  • Ток должен подаваться на обмотки якоря в случае двигателя, а в генераторе ток создается в обмотках якоря.
  • Двигатель следует правилу левой руки Флеминга, а генератор следует правилу правой руки Флеминга.
  • Примером двигателя является электрический автомобиль или мотоцикл, в котором электрический ток подается на машину или устройство, и он преобразуется в механическое движение, в результате чего автомобиль или мотоцикл движется. Пример генератора - это то, что на электростанциях турбина используется в качестве устройства, которое преобразует механическую энергию силы воды, падающей с плотины, для выработки электрической энергии.
,
Принцип работы генератора постоянного тока (Введение в генератор постоянного тока) Home » Принцип работы генератора постоянного тока (Введение в генератор постоянного тока)

Привет, это Алекс Вонг из лучших инженеров-электриков Team ( top-ee) .com ). Инженер-электрик Дэвид Маршалл впервые написал эту статью, а другие члены команды могли бы сделать более поздние изменения. Предложения по улучшению контента приветствуются в разделе комментариев.

Принцип работы генератора постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока … Почему вас интересует генератор постоянного тока ? Потому что только электрическое устройство преобразует механическую энергию в электрическую ?? … Я так не думаю, генератор постоянного тока используется повсеместно:

,
    ,
  • . На заводах, которым требуется большое количество тока для производства алюминия, хлора и аналогичных промышленных материалов.
  • Также в локомотивах и на судах, которые приводятся в движение дизель-электрическими двигателями.
  • А также электробритвы, машины с дистанционным управлением, электрические стеклоподъемники, телевизоры с плоским экраном и другие неограниченные возможности.

.
Конструкция и функционирование автомобильных генераторов и генераторов

АВТО ТЕОРИЯ

ГЕНЕРАТОРЫ И АЛЬТЕРНАТОРЫ

В прошлом месяце статья касалась принципов электричества постоянного тока и того, как работает аккумулятор вашего автомобиля. Теперь мы можем перейти к тому, как эта батарея заряжается. В старых автомобилях (примерно до 1964 года) это было сделано с помощью генератора. После этого все автомобили перешли на генераторы, и причины изменения станут понятны.Посмотрим, как работает каждый. Во-первых, генератор:

Генератор Диаграмма.


Основной принцип работы здесь заключается в том, что электричество производит магнетизм. И наоборот, магнетизм производит электричество. Если токопроводящая катушка с проволокой будет размещена вокруг стального стержня, стержень станет намагниченным. Чем больше витков провода и чем сильнее ток, тем мощнее магнит. Поместив сердечник из мягкого железа в катушку, магнитные силовые линии концентрируются и усиливаются.Поскольку в утюге меньше электрического сопротивления (помните сопротивление?), Чем в окружающем воздухе, силовые линии будут следовать за сердечником.

Двухполюсные башмаки генератора сконструированы таким образом. Вместо того, чтобы использовать магниты - которые тяжелы и дороги - много витков провода намотано на полюсные башмаки. Когда ток проходит через эти обмотки, полюсные колодки становятся электромагнитами, называемыми полевыми катушками. Эти две полевые катушки соединены последовательно (ток проходит через одну, а затем через другую) и намотаны так, что одна становится северным полюсом, а другая - южным полюсом магнитного поля.

Генератор Диаграмма.


Внутри генератора находится вращающийся центральный вал, который поддерживается подшипниками на каждом конце. Петли из проволоки (обмотки якоря) наматываются на специальный ламинированный держатель, называемый АРМАТУРА. Якорь поворачивают, помещая шкив на один конец вала и приводя его в движение с помощью клинового ремня от коленчатого вала двигателя, как показано на рисунке.

К арматуре прикреплены сегменты электрических контактов, называемые КОММУТАТОРОМ. Эти сегменты электрически изолированы от якоря - и друг от друга - но каждый припаивается к одной из обмоток якоря.Это коммутатор, который распределяет электричество по якорю в выключенном состоянии, создавая магнитное поле вокруг якоря. Над вращающимися сегментами коммутатора находятся угольные «щетки». Эти щетки удерживаются в подпружиненных кронштейнах, и это давление удерживает их на коммутаторе. Это щетки, которые со временем изнашиваются и требуют замены.

Как все работает

Когда якорь генератора начинает вращаться, в башмаках железного полюса имеется слабое остаточное магнитное поле.Когда якорь вращается, он начинает накапливать напряжение. Часть этого напряжения подается на обмотки возбуждения через регулятор генератора (обычно называемый регулятором напряжения, описанный в следующей статье). Это впечатленное напряжение создает более сильный ток в обмотке, увеличивая напряженность магнитного поля. Увеличенное поле создает большее напряжение в якоре. Это, в свою очередь, создает больший ток в обмотках возбуждения с результирующим более высоким напряжением якоря. Это напряжение может, конечно, продолжать расти бесконечно, но оно ограничено (регулированием) предварительно установленным пиком.В этот момент все это звучит как вечное движение, не так ли? Помните, однако, что энергия, управляющая всем этим, является коленчатым валом двигателя!

Изучите иллюстрацию и ознакомьтесь с деталями генератора. Следует отметить, что наиболее распространенной неисправностью генератора являются щетки. Во-вторых, это неисправность подшипника, особенно подшипника рядом с ведущим шкивом (неправильное натяжение ремня ускоряет гибель этого подшипника!)

Главный механизм отказа в генераторах - неправильная установка нового или восстановленного.Механически установка проста, но электрически все сложнее. Когда генератор остановился в последний раз, остаточный магнетизм остался в полюсных башмаках. Полярность ботинок в то время зависела от направления тока в обмотках полевой катушки. Если во время испытаний и восстановления ток будет течь в противоположном направлении, полюсные колодки изменят полярность. Если после этого генератор будет работать в автомобиле, обратная полярность приведет к тому, что ток будет течь в неправильном направлении, повреждая регулятор и разряжая аккумулятор, когда автомобиль оставляют на ночь.Поэтому все генераторы должны быть поляризованы после установки и перед запуском автомобиля. Это можно сделать, удерживая один конец провода на клемме «батареи» регулятора и царапая другой конец на выходной клемме генератора (для генераторов с внешним заземлением). Для генераторов с внутренним заземлением правильный способ поляризации - отсоединить «полевой» провод от регулятора и поцарапать его на клемме «аккумулятор» на регуляторе.

Генераторы

Диаграмма генератора.


Генераторы производят постоянный ток. Генераторы вырабатывают «переменный ток», или переменный ток. Преимущество генераторов переменного тока состоит в том, что они генерируют гораздо больший ток на низких скоростях, чем генераторы, что позволяет использовать в автомобиле все больше и больше аксессуаров. В генераторе «полевые» обмотки расположены вокруг вращающегося центрального вала, а не на «колодках», как в генераторе. Две железные шесты, отлитые с помощью «пальцев», надеваются на вал, закрывая обмотку возбуждения так, чтобы пальцы находились между ними.Пальцы на одном полюсе образуют северные полюса, а пальцы на другом образуют южные полюса. Эта сборка называется РОТОР. Ротор окружен серией обмоток вокруг многослойных железных колец, прикрепленных к корпусу генератора. Эта сборка называется STATOR. Коленчатый вал двигателя вращает ротор.

Постоянный ток от батареи подается в полевую катушку ротора с помощью щеток, трущихся о контактные кольца. Один конец полевой катушки прикреплен к изолированной щетке, а другой конец прикреплен к заземленной щетке.Когда полярные поля проходят через статор, ток вырабатывается электромагнитно (как в генераторе), но, поскольку ротор состоит из чередующихся северного и южного полюсов, создаваемый ток течет в противоположном направлении через каждые 180 градусов вращения. Другими словами, ток «переменный».

Почему это более эффективно? Ну, обмотки статора состоят из трех отдельных обмоток. Это производит то, что известно как трехфазный переменный ток. Когда используется только одна обмотка, возникает однофазный ток (как в генераторе).Фактически, генератор выдает ток генератора в три раза больше, чем при работе двигателя. Кроме того, генераторы значительно легче и меньше, чем генераторы.

Хотя есть небольшая проблема с генераторами. Электричество переменного тока не работает в машине! Электрическая система автомобиля - и аккумулятор - нужен постоянный ток. Поэтому выход генератора «выпрямляется» в постоянный ток. Это делается путем передачи переменного тока в кремниевые диоды. Диоды обладают специфической способностью позволять току течь легко только в одном направлении, останавливая поток, если направление меняется на противоположное.Несколько генераторов расположены в генераторах, так что ток будет течь от генератора к батарее (только в одном направлении, создавая постоянный ток), но не от батареи к генератору.

В реальной работе регулятор напряжения определяет напряжение аккумулятора и общую нагрузку на электрическую систему автомобиля. Когда требуется зарядка, регулятор подает напряжение аккумуляторной батареи на щетки статора, и это создает электрическое поле для зарядки. Когда потребность системы в зарядке уменьшается, напряжение на щетках отключается.Все это происходит много раз в минуту, система постоянно включается и выключается, чтобы поддерживать оптимальную эффективность работы.

В следующем выпуске мы рассмотрим регуляторы напряжения и их работу.

Данные соответствие-контент UI-тип = "image_card_stacked" Данные подобранный-контент-строка-номер = "3" Данные подобранная-контент-столбцов-Num = "1" данные ад-формат = "autorelaxed">

,

Смотрите также

Автопрофи, г. Екатеринбург, ул. Таватуйская, 20.