Для чего нужен генератор в автомобиле

Любой автомобиль располагает собственной бортовой автономной электрической сетью со всеми присущими элементами, источником энергии, накопителем и потребителями. Каждый из узлов функционально закончен, они объединяются электрической проводкой, а параметры сети чётко стандартизованы благодаря накопленному опыту производства автомобильного электрооборудования.

• Для чего в машине нужен генератор
• Виды
• Устройство
• Схема подключения
• Принцип работы
• Основные неисправности
• Как проверить автомобильный генератор

В качестве источника питания электроники выступает генератор, о котором и пойдет речь в этой статье.

Для чего в машине нужен генератор

Вся энергия в бортовую сеть поступает от двигателя внутреннего сгорания. Механическая энергия вращения его коленчатого вала должна быть преобразована в электрическую. Эту роль и выполняет генератор.

В типовом варианте его ротор снабжён шкивом, на который надет гибкий ремень, передающий вращения от аналогичного шкива на носке коленчатого вала. Параллельно от того же ремня могут приводиться и прочие навесные агрегаты, но традиционно он именуется генераторным.

На выходе генератора образуется электрическое напряжение, способное поддерживаться в заданном диапазоне при отдаче любого тока от нуля до максимума, лимитированного номинальной мощностью.

Эту мощность прибор отдаёт при максимально допустимых оборотах ротора, привязанных к предельной частоте вращения коленвала путём подобранного передаточного соотношения ременного привода.

Виды

Выделяется два основных типа автомобильных генераторов:

• Постоянного тока, вырабатывается напряжение определённой полярности уже непосредственно на обмотках;
• Переменного тока, поскольку требуется всё же постоянное напряжение, то генератор снабжён внутренним полупроводниковым выпрямителем.

В настоящее время используется только второй тип, поскольку он обладает бесспорными преимуществами, причём его обмотки выдают трёхфазное напряжение, как легче поддающееся сглаживанию пульсаций и позволяющее эффективнее использовать массогабарит прибора.

Что находится внутри данного прибора разберем ниже.

Устройство

Внешне все генераторы на первый взгляд похожи, но те кто знаком с электротехникой легко определит с каким прибором имеет дело. Ситуация упрощается тем, что машины постоянного тока использовались только на совсем уж реликтовых автомобилях, давно снятых с производства.

Генератор постоянного тока

В состав динамомашины постоянного тока входят:

• корпус;
• обмотки возбуждения на статоре, неподвижно закреплённом в корпусе;
• силовые обмотки на вращающемся якоре;
• щёточный узел с меднографитовыми или угольными щётками, снимающими ток с коллектора вращающегося якоря;
• регулятор напряжения, стабилизирующий выход путём регулирования тока возбуждения в обмотках электромагнитов статора;
• приводной шкив на валу якоря;
• подшипники, в которых вращается вал якоря.

Для создания приемлемой мощности на выходе весь агрегат приходилось выполнять массивным и металлоёмким, поэтому с появлением качественных выпрямительных полупроводниковых приборов генераторы постоянного тока на автомобилях применять перестали.

Генератор переменного тока

Принципиально он устроен похоже, но выходная мощность образуется многофазными обмотками статора, выполненными толстым проводом и не нуждающимися в мощных и ненадёжных токосъёмниках.

Состав оборудования тоже похож:

• корпус с кронштейнами крепления и электрическими клеммами;
• обмотки статора, установленные в корпусе, могут извлекаться при рассоединении его половин;
• ротор с полюсами из мягкого электротехнического железа, медными обмотками и коллектором;
• щёточный узел, где обычно устанавливается пара угольных щёток и встраивается интегральный полупроводниковый регулятор напряжения, через который на щётки поступает питание возбуждения;
• блок выпрямителя, где расположен трёхфазный мост из шести силовых вентилей (диодов) и трёх относительно маломощных дополнительных диодов питания обмотки возбуждения, число диодов может отличаться в специфически устроенных современных конструкциях;
• подшипники на валу ротора;
• выходные разъёмы, силовой и управляющий, вторым силовым контактом выступает металлический корпус генератора;
• шкив привода и крыльчатка принудительного охлаждения.

Весь конструктив крепится к передней части двигателя для удобной организации ременного привода от шкива коленвала. Часто отклонением генератора в сторону производится регулировка натяжения ремня, в тех случаях, когда более сложная конструкция привода навесных агрегатов не подразумевает наличие отдельного натяжителя с роликом.

Схема подключения

Схема подразделяется на силовую и управляющую цепи. Мощный выход генератора через силовой разъём из закреплённого гайкой на шпильке провода большого сечения соединяется непосредственно с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи.

Тонкий управляющий провод чаще всего просто соединён с цепью зажигания через контрольную лампочку. Встречаются и иные схемы, когда лампочка имеет собственное управление от специально предназначенного контакта на корпусе.

Принцип работы

Перед началом работы в автомобиле включается зажигание, и на управляющий контакт генератора поступает напряжение через лампочку. Поскольку энергию генератор в этот момент не вырабатывает, то напряжение на контакте отсутствует, и лампочка оказывается под потенциалом аккумуляторной батареи. Индикатор светится, через обмотку возбуждения протекает начальный ток.

После запуска мотора вращающееся поле обмотки возбуждения на роторе создаёт ответную индукцию в обмотках статора и генератор начинает вырабатывать электроэнергию. Дополнительные диоды поднимают напряжение на контакте лампочки, перепад на ней отсутствует, и она перестаёт светиться, сигнализируя, что всё в порядке, генератор работает.

Электронная схема в реле-регуляторе щёточного узла отслеживает выходное напряжение, увеличивая или уменьшая ток возбуждения, таким образом поддерживая выход на заданном уровне, обычно это 14-15 вольт, в зависимости от типа применённого аккумулятора и его температуры.

Батарея под таким напряжением перестаёт отдавать ток и переходит в режим заряда или удержания, выполняя роль дополнительного фильтрующего элемента, поскольку напряжение генератора пульсирует с частотой трёхфазного выпрямителя.

https://youtube.com/watch?v=HmcOk2BUtoA%3Ffeature%3Doembed

Если включено много потребителей, а обороты двигателя малы, прибор не в состоянии отдавать требуемую мощность, напряжение уменьшается, а часть потребителей начинает питаться от аккумулятора.

При добавлении оборотов генератор увеличивает мощность, питает потребителей, а избыток её идёт на зарядку аккумулятора. Если батарея заряжена, а мощность избыточна, то реле-регулятор уменьшает ток возбуждения, чтобы не допускать опасного роста напряжения в сети.

Основные неисправности

Проявлением неисправностей становится выход напряжения в сети из заданных пределов, а также посторонние звуки из работающего генератора.

Причины могут быть различными:

• износ щёточного узла, он заменяется вместе с интегральным реле;
• глубокий износ коллектора щётками, если его уже невозможно устранить шлифовкой, меняются контактные кольца или якорь в сборе;
• выход из строя подшипников якоря, их несложно заменить после полной или частичной разборки генератора;
• выгорание диодов выпрямителя, в настоящее время их не меняют поодиночке, замене подлежит весь диодный мост;
• короткие межвитковые замыкания или обрывы в якоре или статоре, соответствующие детали меняются;
• обгорание или коррозия контактов, их тоже можно заменить или очистить.

Не относящейся непосредственно к генератору, но частой неисправностью является сильный свист при добавлении оборотов двигателя. Это свидетельствует о проскальзывании ремня на приводных шкивах, натяжение можно отрегулировать, но лучше такой ремень заменить.

https://youtube.com/watch?v=RQpGMfC9X9o%3Ffeature%3Doembed

При снятии генератора для ремонта целесообразно сразу поменять диодный мост, подшипники и реле-регулятор со щётками. Так отремонтированный прибор обретёт максимально возможную надёжность, хотя полную гарантию может дать только новый генератор от солидного производителя.

Как проверить автомобильный генератор

В идеале генератор надо проверять на стенде, где он будет раскручен до номинальных оборотов и максимально нагружен с проверкой отдаваемой в таком режиме мощности.

Но можно приблизительно проверить его и не снимая с автомобиля.

• К выходной клемме генератора подключается цифровой вольтметр (например, в составе мультиметра).
• Двигатель запускается. Показания вольтметра должны увеличиться до номинальных 14 – 14,5 вольт. Исключением станет случай, когда батарея сильно разряжена, тогда напряжение будет расти постепенно, по мере заряда.
• Двигатель выводится на средние или высокие обороты, а в автомобиле включаются фары и другие мощные потребители, общей потребностью не превышающие полную мощность генератора. Напряжение должно остаться стабильным, значит генератор отдаёт свою положенную мощность.
• От генератора не должно раздаваться характерных воющих звуков изношенных подшипников. При появлении сомнений достаточно снять ремень и прокрутить шкив вручную. Ротор должен вращаться абсолютно плавно, без вибраций и люфтов.

Новый генератор очень надёжен и первые проблемы могут возникнуть лишь после пробега в 100-150 тысяч километров. Но часто эти приборы ходят значительно больше, особенно с промежуточной заменой щёточного узла.

Если автомобильный генератор выходит из строя, то самой распространенной причиной является износ щеточного узла. Однако давным-давно изобретены бесщеточные генераторы – почему же они до сих пор не вытеснили своих якобы менее продвинутых «конкурентов»?

Самая распространенная и массовая на сегодня конструкция автомобильного генератора – с использованием графитовых щеток, подающих напряжение на обмотку ротора (так называемую «катушку возбуждения») через пару вращающихся скользящих контактов в виде медных колец на валу ротора. Подобное решение применяется на большинстве автомобилей за редким исключением, ибо оно отработано и за десятилетия подтвердило свою практичность.

В такой конструкции крайне просто и эффективно реализовано поддержание стабильного напряжения в бортсети автомобиля на любых оборотах двигателя и, соответственно, генератора – электронный блок стабилизации напряжения (который по старинке принято именовать «реле-регулятором») отслеживает уровень напряжения на выходе и уменьшает или увеличивает ток в катушке возбуждения. Как только напряжение проседает, ток увеличивается. Как только оно приближается к верхнему пределу 14,2 вольта – уменьшается. Этот процесс идет быстро и непрерывно, и в результате мы имеем стабильное напряжение и на холостых оборотах, и на высокой скорости.

Щеточный узел – сухой и слабо защищенный от песка и влаги. А все, что открыто и трется без смазки, постепенно изнашивается и отказывает. Именно щеточный узел является наиболее частым источником выходов генератора из строя. Тем более что он обычно еще и неразборно совмещен с электронным блоком стабилизации напряжения («реле-регулятором»).

Однако в последние годы слово «БЕСщеточный» (или его аналог «бесколлекторный») на слуху у «широких народных масс» (с) – оно стало известно даже относительно далеким от техники людям. В самых разных сферах быта активно пропагандируются бесщеточные электромоторы – сегодня на них летают квадрокоптеры, крутятся шуруповерты, косят газоны триммеры и работают прочие механизмы и гаджеты. Даже откровенным гуманитариям уже успешно внушили, что «щетки – это плохо: они изнашиваются, отказывают, греются и вызывают потери тока». Почему же в автомобильном генераторе щеточный узел до сих пор не исчез, тогда как в последнее время от него все чаще отказываются даже в моторчиках дешевых детских игрушек?!

Может быть, потому, что на бесколлекторные (или же бесщеточные – как больше нравится) технологии массово переводятся электромоторы, а мы-то ведем речь про генератор? Нет, дело не в этом. Тут как раз никаких препятствий нет. Электромотор и электрогенератор – чрезвычайно похожие по своей сути электрические машины, вдобавок зачастую обратимые: мотор способен вырабатывать ток, если его вращать принудительно, а генератор может выполнять роль мотора, если на него опять же подать ток извне.

Сделать автомобильный генератор бесщеточным в принципе не так сложно. Для чего, собственно, нужны щетки? Чтобы подать через них питание 12 вольт на катушку возбуждения внутри вращающегося ротора. После чего сегментный ротор с катушкой, на которую подан постоянный ток от аккумулятора, становится многополюсным электромагнитом и порождает возникновение тока в неподвижной обмотке – в статоре.

Первые бесщеточные генераторы с неподвижной катушкой возбуждения встречались на автомобилях и полвека назад, и даже раньше. Как правило, ставили их на коммерческий транспорт (дальнобойные грузовики) и сельскохозяйственные и строительные машины (комбайны, трактора, бульдозеры и т. п.). Первым была важна увеличенная надежность и уменьшенная вероятность отказов на длинных перегонах пути, а вторым – защита от постоянно сопровождающих их при работе абразивной пыли и влаги, способных быстро убивать щеточный узел, проникая в генератор через вентиляционные щели. В принципе, в ограниченных объемах используются они в подобных машинах и по сей день.

Однако, согласитесь: генератор, не боящийся воды и пыли, с увеличенным сроком службы благодаря отказу от трущихся насухую деталей – это весьма недурственно! Причем неплохо для любого генератора, а не только для установленного на грузовике или комбайне! Почему же технология не распространилась на массовый легковой сегмент? Причин тут несколько.

Все это и ряд других факторов ограничивали и продолжают ограничивать распространение таких генераторов. А после эволюционной оптимизации генераторов со щетками (ставших мощнее, компактнее, линейнее и т. п.) преимущества «бесщеточников» оказались еще менее выраженными. Несмотря на явно изнашивающиеся пары трения медь-графит, реально щеточные генераторы ходят весьма долго и их не принято считать потенциально проблемным узлом автомобиля, требующим инновационных вмешательств.

Впрочем, в ряде случаев бесщеточные генераторы имеют актуальность не только на фурах и тракторах. К примеру, щеточного узла нет на некоторых генераторах ряда дизельных кроссоверов BMW и Mercedes. В их моторах применяются генераторы повышенной мощности (180-190 ампер) с водяным охлаждением, которые прикручиваются своей задней крышкой к крышке водяной рубашки двигателя с соответствующим отверстием, как бы «затыкая его своим задом», и, таким образом, частично омываются антифризом. В конструкции мощных водоохлаждаемых генераторов щетки сильно затрудняют компоновку и обслуживание, поэтому от них иногда отказываются. Также серийно встречаются такие генераторы в некоторых комплектациях серьезных рамных внедорожников типа Nissan Patrol. А уазисты любят внедрять в свои тюнингованные «котлеты» не боящиеся купания в болоте 110-амперные бесщеточные генераторы от автобусов ПАЗ. Ну а алтайский завод тракторного электрооборудования еще с советских времен (и, кажется, по сей день!) производит небольшими тиражами бесщеточный генератор для моделей ВАЗ классического (01-07) и раннего переднеприводного (08-099) семейств.

Генератор на автомобилях появился в 10-х годах ХХ века вместе с аккумулятором, которому требовалось устройство для бортовой зарядки во время движения.

С тех пор задачи генератора не изменились, но нагрузки возросли – если поначалу заряд аккумулятора расходовался только на работу стартера и фар, то сегодня автомобиль оброс большим набором прожорливых потребителей в виде всевозможных опционных сервоприводов, подогревателей, электрогидравлических устройств в рулевом, подвеске и тормозной системе. Электроэнергии современной оснащенной машине требуется много, и генератор, как главный и единственный ее производитель, должен обеспечивать «поставку» полномерно и бесперебойно.

Под напряжением

Если не вдаваться в инженерные тонкости, то принципиальное устройство генератора выглядит по-школьному просто. В современных автомобилях используется трехфазный генератор переменного тока, состоящий из заключенных в корпус статора – неподвижной внешней обмотки – и вращающегося внутри нее подвижной обмотки – ротора. Вначале генератор должен сам получить ток от АКБ, который поступает на обмотку возбуждения ротора, создавая необходимое для работы магнитное поле. Для подведения тока к ротору служит коллектор со щетками, выполняющими роль скользящего контакта. Поскольку АКБ и в целом электросистеме автомобиля нужен только постоянный ток, генератор снабжен выпрямителем, как правило, встроенным в корпус. Для защиты от перегрузок используется транзисторное реле-регулятор, поддерживающее напряжение в пределах 12.5 – 13.5 В, которое монтируется, в большинстве случаев, снаружи на корпусе генератора.

По конструкции на сегодня наиболее распространенным является классическое навесное исполнение генератора, когда он в виде отдельного устройства устанавливается снаружи двигателя и ротор приводится от коленвала ременной передачей. Такой вариант пока оказывается самым удачным, поскольку обеспечивает наибольшую легкость снятия-установки генератора для замены и ремонта. Хотя время от времени предлагаются и различные альтернативные конструкции, например, такие, где генератор интегрируется в двигатель. Здесь маховик мотора, снабженный обмоткой возбуждения, выполняет роль ротора, вокруг которого в картере устанавливается внешняя статорная обмотка. В этом случае в одном совмещаются два устройства – генератор работает и в качестве стартера.

Кстати, эта набирающая сегодня популярность идея «стартерогенератора» достаточно давняя и представляет собой воскрешение старых конструкций на новый лад. Впервые стартер и генератор на автомобиле появились именно в виде такого вот единого устройства, разработанного жившим в начале ХХ века инженером Чарльзом Кеттерингом, которое в 1912 году было установлено на Cadillac и годом позже на Lancia. Однако впоследствии оба устройства были разделены – из-за разницы задач, требующих различных конструкций, и удобства обслуживания-ремонта. Поэтому «интегрированный» вариант пока что выглядит как эксперимент – выигрыш в компактности не слишком значительный, а ремонт в случае отказа – гораздо более сложный и трудоемкий. Впрочем, о ремонте – немного позднее. Сначала о том, как узнать, что он нужен.

До лампочки

Источником информации о состоянии энергосистемы в современных машинах служит контрольная лампа заряда АКБ, которая в виде стилизованной «иконки» расположена на панели приборов. В нормальном режиме эта лампа должна загораться в числе других при включении зажигания и гаснуть после запуска двигателя. Здесь вспыхивание лампочки показывает, что в цепи есть контакт и нужное напряжение, а то, что она гаснет после пуска, говорит о том, что генератор работает и отдает ток. Если лампа ведет себя иначе – значит, есть неисправность.

В случае когда лампа не загорается, причиной может быть, в первую очередь, разряженный и севший аккумулятор. Помимо этого, проблема может таиться в разрыве в электроцепи – проводки, контакте на «массу» (кузов), выходе из строя предохранителя или (редко) самой лампы. Возникает это и при неисправностях в самом генераторе – главным образом из-за неплотного контакта щеток коллектора по причине их износа или из-за дефектов в реле-регуляторе.

Те же проблемы со щетками, реле и электроцепью могут быть и тогда, когда лампа не гаснет или слабо мигает при пуске двигателя. В этом случае причиной часто является ослабление натяжения или обрыв приводного ремня, а также неисправность выпрямительного блока. Это может означать и самую крупную неприятность – замыкание или обрыв (перегорание) в обмотках, происходящее, как правило, по вине неисправного реле-регулятора.

На машинах с большим и даже средним пробегом нередко начинают возникать и механические проблемы с генератором. И в первую очередь происходит износ подшипников, в которых вращается ротор. Определяется это по характерному шуму – его можно услышать, стоя рядом с машиной. В данном случае может к тому же начать мигать контрольная лампа, поскольку при износе подшипников, как правило, ухудшается контакт щеток.

Теоретически ресурс генератора должен быть очень велик – устройство это простое, и ломаться в нем почти нечему. Однако на практике значительная часть ресурса без всяких кавычек съедается коррозией – главным врагом всех электроприборов автомобиля. Российский же климат, как известно, к тому располагает полностью: осадки, перепады температур и влажности, дорожная соль – все это приводит на автосервис гораздо раньше, чем задумывалось конструкторами и хотелось бы самому автовладельцу.

Насчет того, как срочно надо спешить на авторемонтную станцию, – единой формулы нет. Иногда мигание лампы означает мелкие «глюки» в проводке, с которыми многие ездят подолгу – и ничего. Но, например, если лампа мигает из-за реле регулятора, то не исключено, что впереди перегорания-замыкания в обмотках, а тут уже, как правило, генератор целиком идет под замену. (Хотя в большинстве случаев эта неисправность реле обнаруживается раньше – от получающегося перезаряда начинает выкипать и очень заметно терять в емкости АКБ.) Определить, почему «лампа горит не так», невозможно. В старых машинах ставили вольтметры, которые помогали прояснить вопрос, но сейчас их нет, поскольку они занимают место на панели, а для цивилизованного Запада достаточно и лампочки, предупреждающей: «что-то не так, надо на сервис».Единственное, пожалуй, что можно попробовать сделать самому до визита на СТО, – это распылить на электропроводку специальный аэрозоль, такой, как WD-40 или его аналог, что может помочь при мелких «глюках» в виде влаги на проводке и контактах. Если же это не помогло, то придется ехать на ремонтную станцию, иначе рано или поздно произойдет очевидное – «намертво» сядет аккумулятор. Особо быстро это наступает в режиме городской езды с частыми стоянками-запусками. Можно, конечно, то и дело снимать аккумулятор с машины и носить его домой заряжать от сетевого зарядника, как делают некоторые, но для современного автовладельца это не вариант. Техника должна работать автономно.

К монтерам

Само собой, сейчас мало кто станет заниматься ремонтом генератора самостоятельно. Ведь прежде всего необходимо знать, где именно неисправность, а для этого требуется проверить все электроцепи, что сделать без профессионального оборудования невозможно. Самому по силам разве что  (если нет отвращения к закисшим гайкам и подкапотной грязи) подтянуть или  заменить ремень генератора. Даже менять генератор целиком в одиночку проблематично в смысле принятия решения о такой процедуре – может быть, старый, несмотря на свой внешний вид, полностью исправен, а дело в реле или в проводке. Исключение тут составляет генератор с механическим износом, который явно шумит. В остальном – лучше обратиться на станцию. Тем более что выбор сервисов тут огромен: на всех дилерских и недилерских СТО осуществляют любое обслуживание генератора. При этом существуют и специализированные станции, где не только меняют на новые, но и делают ремонт и восстановление, что, например, для старых машин редких моделей может оказаться единственно приемлемым вариантом. И наоборот, для автомобилей массовых моделей тут может оказаться привлекательной услуга по принятию старого генератора в зачет, взамен которого тут же могут поставить готовый отремонтированный б/у или новый.

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).

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Так как генератор автомобиля и аккумулятор работают неотъемлемо друг от друга, при неисправности любого из устройств загорится лампа разряда аккумулятора, а также может загореться индикатор “Check Engine”. Проверить состояние аккумулятора и диагностировать неисправность можно с помощью универсального автомобильного сканера Rokodil ScanX Pro.

На неисправность, связанную с генератором или плохим электрическим соединением в цепи управления часто указывают ошибки P0620 и P0622.

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. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Генератор в автомобиле (автомобильный генератор) представляет собой устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. В конструкции транспортных средств автогенератор является генератором переменного тока и выполняет следующие функции:

Автомобильный генератор зачастую расположен в подкапотном пространстве, так как приводится в действие от коленвала двигателя. По этой причине решения устанавливаются спереди по отношению к силовому агрегату. На большинстве современных авто привод генератора выполнен в виде ременной передачи. Модели транспортных средств, которые оснащены гибридным двигателем, а также некоторые авто с системой start-stop, имеют особое устройство генератора, так как в подобных машинах он одновременно является стартером.

Устройство автомобильного генератора

Генераторы в автомобилях могут отличаться по размерам и схемам реализации тех или иных устройств (корпус генератора, привод и т.д.). Также под капотом решение может иметь различные места установки. Общими в устройстве являются следующие элементы:

• ротор;
• статор;
• наличие щеточного узла;
• выпрямительный блок;
• регулятор напряжения;

Указанные составные части находятся в корпусе. Ключевыми параметрами генераторов для автомобилей являются следующие номинальные показатели: напряжение, ток, частота вращения, самовозбуждение на определенной частоте, КПД устройства.

Показатель номинального напряжения может составлять от 12 до 24 В, что зависит от устройства электросистемы транспортного средства. Номинальным током считается максимальный ток, который устройство отдает при условии номинальной частоты вращения на отметке 6 тыс. об/мин. Данные особенности представляют так называемую токоскоростную характеристику. Параллельно с номинальными показателями при выборе следует учитывать:

• минимально возможную рабочую частоту вращения, а также минимальный ток;
• максимальную частоту вращения и максимальный ток;

Теперь о самом устройстве. Корпус является парой крышек, которые стягиваются болтами. Наиболее частым материалом изготовления крышек является алюминиевый сплав, который не магнитится, обеспечивает малый вес и хорошее рассеивание тепловой энергии (теплоотдачу). В корпусе дополнительно выполнены отдельные прорези для вентиляции, а также имеется крепежный элемент для установки и фиксации генератора.

• Задачей ротора является то, что он создает магнитное поле, которое вращается. Данная функция реализуется путем размещения на валу ротора специальной обмотки (обмотка возбуждения), которая находится между двух полюсных половин. Параллельно с этим на каждой из указанных половин выполнены выступы. На вал ротора также установлена пара контактных колец, которые выполнены из меди, латуни или стали. Через указанные кольца питание подается на обмотку, а сами контакты обмотки прикреплены к кольцам посредством пайки.Необходимо добавить, что вал ротора также является местом установки вентилятора-крыльчатки и приводного шкива. Сам ротор вращается на подшипниках. Подшипники могут быть как шарикового, так и роликового типа в области контактных колец, что зависит от индивидуальных особенностей конструкции.
• Следующим элементом конструкции генератора в машине является статор. Данное решение имеет стальной сердечник, набранный из пластин, а также обмотки. Статор создает переменный электроток. Обмотки наматываются в специальные пазы сердечника. Так как обмоток статора три, это позволяет создать трехфазное соединение. Обмотки могут быть уложены в пазы различными способами: так называемой «петлей» или «волной». Что касается соединения между собой, концы обмоток могут соединяться в одном месте, в то время как другие играют роль выводов. Вторым вариантом является кольцевое соединение обмоток последовательно, что позволяет получить выводы в точках соединения.
• Давайте взглянем на щеточный узел (щетки). Данный элемент позволяет передать на контактные кольца ток возбуждения. Элемент состоит из пары графитовых щеток, прижимных пружин щеток и устройства для фиксации щеток (щеткодержателя). Отметим, что сегодня на «свежих» машинах ставят щеткодержатель, который образует единую конструкцию с еще одним элементом. Речь идет о конструкции, которая предполагает совмещение регулятора напряжения и щеткодержателя.
• Выпрямительный блок является преобразователем напряжения. Указанный блок преобразует синусоидальное напряжение, которое производит генератор, в напряжение постоянного тока. Выпрямитель состоит из пластин, задачей которых является отвод тепла. На пластинах выпрямителя также установлены специальные диоды, которые являются полупроводниковыми. Диоды устанавливаются по паре на фазы, а также по одному на «пюсовой» и «минусовой» выводы генератора. Всего получается 6 силовых диодов.
• Регулятор напряжения обеспечивает подачу тока со стабильным напряжением. Напряжение ограничено заданными рамками. Отметим, что генераторы на современных моделях авто имеют электронный регулятор напряжения. Такие регуляторы дополнительно делятся на гибридные и интегральные. Постоянно меняющаяся частота вращения коленвала и нагрузка в процессе эксплуатации двигателя требует постоянной стабилизации напряжения. Напряжение стабилизируется в автоматическом режиме посредством того, что оказывается влияние на ток, протекающий в обмотках возбуждения. Задачей регулятора является то, что устройство управляет импульсами электротока, точнее, частотой указанных электрических импульсов. Также регулятор определяет время (продолжительность) импульсов.

Еще одной функцией регулятора напряжения является изменение напряжения, которое необходимо для эффективной подзарядки АКБ с учетом наружной температуры. С понижением температуры за бортом устройство подает больше напряжения на аккумулятор.

Что касается привода генератора, данное решение представляет собой ременную передачу (с использованием клиновых или поликлиновых ремней), посредством которой вращается ротор. Ротор генератора по частоте вращения крутится до 3 раз быстрее самого коленвала. Добавим, что на современных авто используется поликлиновый ремень.

Также следует отметить, что на некоторых моделях автомобилей может быть установлен генератор индукторного типа. Индукторный генератор означает то, что в его устройстве отсутствуют щетки, местом установки обмотки является статор. Ротор такого генератора без щеток изготовлен из железных пластин небольшой толщины. Материалом для изготовления пластин выступает трансформаторное железо. Работает индукторный генератор по принципу того, что происходить изменение магнитной проводимости в воздушном зазоре, который присутствует между статором и ротором.

Как работает генератор автомобиля

Детальное рассмотрение функций отдельных составных элементов  в устройстве генератора позволяет получить представление о принципах работы всего устройства. Водитель осуществляет поворот ключа в замке зажигания, после чего электричество от аккумулятора проходит через щетки генератора и контактные кольца, попадая на обмотку возбуждения. В результате на обмотке создается магнитное поле.

Стартер автомобиля начинает вращать коленчатый вал двигателя. От коленвала через ременной привод начинает вращаться и ротор генератора. Магнитное поле в области ротора усиливается на обмотках статора. В результате на выводах указанных обмоток отмечается возникновение переменного напряжения. Когда ротор генератора раскрутится до определенной частоты, генератор начнет работать в режиме самостоятельного возбуждения. Другими словами, после запуска двигателя, что вызывает необходимое раскручивание ротора генератора, обмотка возбуждения начинает питаться уже от генератора, а не от АКБ.

Создаваемое генератором переменное напряжение превращается в постоянное благодаря работе выпрямительного блока.  Электрический ток от генератора питает бортовую сеть автомобиля, обеспечивает работу системы зажигания и других энергопотребителей.  Также от генератора поступает ток для зарядки аккумулятора. В случае изменения частоты вращения коленвала и нагрузки подключается регулятор напряжения, определяя то время, на которое необходимо включить обмотки возбуждения с учетом тех или иных условий. Если частота вращения генератора растет и нагрузка падает, тогда временной промежуток активации обмотки возбуждения сокращается. При увеличении нагрузки и уменьшении оборотов регулятор увеличивает время включения обмоток.

Необходимо добавить, что если потребители используют больше электричества, чем способен выработать автомобильный генератор, тогда автоматически задействуется аккумулятор. Следить за состоянием генератора можно при помощи лампы контроля заряда на приборной панели. Указанная лампа чаще всего представляет собой пиктограмму в виде АКБ. Загорание лампы указывает на то, что батарея от генератора не заряжается. Возможными причинами может быть обрыв поликлинового ремня, выход из строя реле-регулятора генератора и т.д.