Принцип роботи генератора змінного струму автомобіля, пристрій

Принцип роботи генератора полягає в перетворенні механічної енергії в електричну. Відбувається це за рахунок явища електромагнітної індукції. Суть його полягає в тому, що при перетині провідником електрики силових ліній магнітного поля, на кінцях першого виникає різниця потенціалів. Тобто електрична напруга. Принцип роботи автомобільного генератора полягає в тому ж.

Генератор автомобіля є генератором змінного струму з вбудованим в нього випрямлячем.

Для чого автомобілю потрібен генератор

Кожному автомобілю для роботи потрібна електрична енергія. Вона використовується для пуску і роботи двигуна, освітлення дороги. Контрольні прилади і світлова індикація теж використовують її для нормального функціонування. Тому електричний акумулятор в процесі роботи автомобіля швидко розряджається. Щоб він заряджався під час роботи двигуна, на кожен автомобіль, оснащений двигуном внутрішнього згоряння, встановлюють генератор.

Склад і пристрій автогенератора

Автогенератор складається з наступних частин:

• Статор, що включає в себе сердечник з пластин електротехнічної сталі з трьома намотаних на нього котушками мідного емальованого дроту діаметрами трохи менше міліметра. З'єднуються ці обмотки між собою «зіркою», а до їх вільних кінців підключаються діоди випрямляча.
• Ротор, що складається з сердечника з 6 полюсами і намотаною всередині цієї конструкції котушки ізольованого мідного дроту, висновки якої підключені до двох мідним контактним кільцям. Ця котушка є обмоткою збудження автогенератора.
• Блок діодів випрямляча. Його схема складається з 6 потужних діодів, розташованих на двох алюмінієвих підковах і попарно з'єднаних між собою. Способом їх комутації тут, як правило, буває схема Ларіонова. Ця схема перетворить трифазне змінну напругу в постійне.
• Дюралюмінієвий корпус автогенератора, з ізольованою від нього клемою виходу, і з елементами кріплення до двигуна. Виконаний він з двох половинок: передній і задній, стягують між собою довгими болтами з гайками.
• Регулятор напруги зі щітками. У більш ранніх конструкціях автогенератора регулятор напруга не об'єднувався з блоком щіток, а встановлювався в моторному відсіку окремо. Схема підключення автогенератора з вбудованим і винесеним регулятором напруги дещо різниться.
• Помехоподавляющий конденсатор. Служить для зменшення перешкод радіоапаратурі в бортовій мережі автомобіля. Підключається паралельно виходу генератора, тобто один його висновок приєднується до плюсової клеми пристрою, а інший до «масі» автомобіля.
• Приводний шків, часто поєднаний з вентилятором охолодження.
  

Схема регулятора напруги, по суті, є підсилювачем струму з негативним зворотним зв'язком по напрузі. Тобто підвищення напруги на виході автогенератора призводить до зменшення струму що проходить через обмотку збудження ротора, що послаблює його магнітне поля, а через це зменшується напруга на виході пристрою. У сучасних генераторах для живлення обмотки збудження використовуються додатковий випрямляч з трьох малопотужних діодів. Це виключає протікання струму через обмотку збудження при вимкненому запаленні і спрощує схему індикації наявності або відсутності зарядки. При включенні запалювання, через індикаторну лампочку, на регулятор напруги підключений до джерела живлення. Поки немає зарядки, струм збудження генератора йде через лампочку і вона світиться. А як тільки генератор починає виробляти енергію, харчування на регулятор подається з додаткових діодів, струм через контрольну лампочку припиняється і вона гасне.

Робота агрегату

При проходженні струму по обмотці збудження автогенератора, навколо ротора виникає магнітне поле.

Обертання ротора двигуном через приводний ремінь, змушує силові лінії магнітного поля перетинати витки обмоток статора. Чому в них виникає ЕРС, а на висновках обмоток з'являється змінна електрична напруга.

Останнє перетворюється блоком діодів в постійне. Необхідна для нормальної зарядки акумулятора величина постійної напруги (від 13,9 до 14,2 В) підтримується за допомогою реле-регулятора, яке при підвищенні напруги вище верхнього значення, зменшує струм збудження. А при зниженні нижче нижнього, збільшує його. Так влаштований будь-який автогенератор.

Трохи історії

Перші автомобільні генератори були генераторами постійного струму. Такими генераторами автомобілі комплектувалися аж до початку 60 років минулого століття. Їх головна відмінність від генераторів змінного струму в тому, що електромагніти, що створюють магнітне поле, і без листя. ЕРС знаходиться в обертових в цьому полі обмотках ротора. Знімається же струм з ізольованих між собою півкілець, тому на кожній щітці присутня напруга тільки однієї полярності. Їх недоліками є складна конструкція щітково-колекторного вузла і низька надійність через велику струму, що протікає через контакти між щітками і колекторними пластинами.

Тому, як тільки промисловість стала випускати напівпровідникові діоди достатньої потужності, генератори постійного струму на автомобілях стали замінювати генераторами змінного струму з напівпровідниковими випрямлячами. Випрямлячі перших таких генераторів для автомобіля були селеновими. Вони мали великі розміри, а їх робоча температура була значно нижче, ніж у сучасних кремнієвих. Тому вони не могли розміщуватися всередині генератора.

Перші регулятори напруги були вібраційні. Вони представляли собою реле, що регулює струм збудження за рахунок частих короткочасних розривів ланцюга, що живить котушку ротора. Тому регулятор напруги досі часто називають реле-регулятор. Вони мали нормально замкнуті контакти, що подають живлення на котушку якоря. При підвищенні напруги бортової мережі, обмотка реле притягувала сердечник і розривала ланцюг харчування якоря. Від цього падало вихідна напруга генератора, реле переставало утримувати сердечник, і ланцюг харчування ротора знову замикалася.

На зміну їм прийшли напівпровідникові регулятори на дискретних елементах. А за ними і інтегральні регулятори напруги, що володіють такими малими розмірами, що їх стали об'єднувати в один вузол із щітками і вставляти в корпус генератора.

надійність генераторів

Найбільший вплив на надійність і термін служби автомобільних генераторів надає якість підшипників ротора, щітково-колекторного вузла та ізоляції обмоток. Перший і останній фактор залежить головним чином від рівня технології виробництва комплектуючих. Вплив другого прагнуть усунути, розробляючи безконтактні індукторні генератори з укороченими полюсами. Такі генератори вже кілька десятків років використовують на тракторах і на сільгосптехніці. На автомобілях вони поки не застосовуються через те, що ще не знайдені шляхи ліквідації їх головних недоліків: невеликою питомою потужності, великий амплітуди пульсації напруги і значного магнітного шуму. Надійність же їх помітно вище, ніж у їхніх попередників, які мають щітками.

Ще статті з рубрики Теорія