Оглавление
Правила эксплуатации генератора (по Остеру)
И напоследок несколько “вредных” советов, как быстро и без проблем “сжечь” генератор:
- 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.
- 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.
- “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!
- “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!
- 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!
- “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!
Конструкция генератора переменного тока
В самом общем случае, наиболее часто применяемый трехфазный генератор переменного тока состоит из явнополюсного ротора с одной парой полюсов (маломощные оборотистые генераторы) или 2 парами их, расположенными крестообразно (наиболее распространенные генераторы мощностями до нескольких сот киловатт. Такая конструкция не только позволяет более рационально использовать материал, но и для промышленной частоты переменного тока 50 Гц дает рабочую частоту вращения ротора 1500 оборотов в минуту, что хорошо согласуется с тяговыми оборотами дизельных двигателей этой мощности), а также статора с 3 (в первом случае) или 6 (во втором) силовыми обмотками и полюсами. Напряжение с силовых обмоток и есть то, которое подается потребителю.
Ротор может быть выполнен на постоянных магнитах только для весьма маломощных генераторов, во всех остальных случаях он имеет намотку т.н. обмотки возбуждения, то есть представляет из себя электромагнит постоянного тока, запитываемый во вращающемся роторе через щёточно-коллекторный узел с простыми кольцевыми контактами, более устойчивыми к износу нежели разрезной ламельный коллектор машин постоянного тока.
В сколько-либо мощном генераторе переменного тока с обмоткой возбуждения на роторе, неизбежно встает вопрос — какой величины ток возбуждения подавать на катушку? Ведь от этого зависит выходное напряжение такого генератора. И это напряжение должно поддерживаться в определенных рамках, например, 380 Вольт, вне зависимости от тока в цепи потребителей, значительная величина которого способна также значительно уменьшать выходное напряжение генератора. Кроме этого, нагрузка по фазам вообще может быть очень неравномерной.
Этот вопрос решается в современных генераторах, как правило введением в выходные цепи фаз генератора электромагнитных трансформаторов тока, соединенных вторичными обмотками треугольником или звездой, и дающими на выходе переменное трехфазное напряжение амплитудой единицы — десятки вольт, строго пропорциональное и согласованное по фазе с величиной тока нагрузки фаз генератора — чем больше потребляемый в данный момент по данной фазе ток, тем больше напряжение на выходе соответствующей фазы соответствующего токового трансформатора. Этим и достигается стабилизирующий и авторегулирующий эффект. Все три регулирующие фазы с вторичных обмоток токовых трансформаторов далее заводятся на обычный 3-фазный выпрямитель из 6 полупроводниковых диодов, и на выходе его получается постоянный ток нужной величины, и подаваемый на обмотку возбуждения ротора через щёточно-коллекторный узел. Схема может быть дополнена реостатным узлом для некоторой свободы регулирования тока возбуждения.
В устаревших или маломощных генераторах вместо токовых трансформаторов применялась система из мощных реостатов, с вычленением рабочего тока возбуждения за счет изменения падения напряжения на резисторе при изменении тока через него. Эти схемы были менее точны и гораздо менее экономичны.
В обоих случаях существует проблема появления начального напряжения на силовых обмотках генератора в момент начала его работы — действительно, если возбуждения ещё нет, то и току во вторичных обмотках токовых трансформаторов взяться неоткуда. Проблема, однако, решается тем что железо ярма ротора обладает некоторой способностью к остаточному намагничиванию, эта остаточная намагниченность оказывается достаточной для возбуждения в силовых обмотках напряжения в несколько вольт, достаточного для самовозбуждения генератора и выхода его на рабочие характеристики.
В генераторах с самовозбуждением — серьезную опасность представляет случайная подача внешнего напряжения промышленной электрической сети на силовые обмотки статора. Хотя это не приводит к каким-то негативным последствиям для самих обмоток генератора, мощное переменное магнитное поле от внешней сети эффективно размагничивает статор, в результате чего генератор теряет способность к самовозбуждению. В этом случае требуется начальная подача напряжения возбуждения от какого-то внешнего источника, например, автомобильного аккумулятора, иногда такая процедура полностью излечивает статор, но в некоторых случаях необходимость подачи внешнего возбуждения остается навсегда.
Главный генератор переменного тока
Главный генератор состоит из вращающегося магнитного поля, как было указано ранее, и неподвижной арматуры (генераторные обмотки)
Конструкция
Стоит подробнее рассмотреть, из чего состоит генератор, встроенный в автомобиль
Далее представлены основные детали конструкции столь важного в машине устройства
Статор
Статор генератора — это деталь, изготовленная из стали, толщина которой не превышает 10-11 мм. Добиваясь экономии металла, разработчики современного генератора изготовили данную деталь из отдельных элементов и придали ей форму подковы. Все листы конструкции скреплены между собой сварочным или заклепочным методами. В статоре более 30 пазов, предусмотренных для крепления обмотки. Изоляция статора обеспечивается специальным покрытием из эпоксидного компаунда или пленки.
Ротор
Система полюсов ротора отличается от системы в стандартных агрегатах. В ней две половины, каждый из которых имеет отдельный выступ, по форме напоминающий клюв. На каждом выступе — по шесть полюсов, напрессованных на вал.
Втулка устанавливается между полюсами, а обмотка закрепляется на ней. Вращающийся вал ротора изготавливают из стали низкой твердости, но это не мешает ему быть прочным и эффективно справляться с поставленной задачей. На конце вала резьба, а также шпоночный паз, фиксирующий шкив.
Узел выпрямления
Главным отличительным элементом современных автогенераторов переменного тока является узел выпрямления. Существует два типа используемых узлов:
- Пластины, отводящие тепло. В них установлены силовые диоды, выпрямляющие ток.
- Элементы со специальными ребрами для охлаждения. На них также установлены диоды, но они таблеточные.
Дополнительно к классификации можно отнести вспомогательный выпрямитель. В нем диоды содержатся в пластиковом корпусе, имеющем цилиндрическую форму. К схеме такой корпус подключают специальными шинами.
Регулятор напряжения
Данная деталь способствует поддержке необходимого напряжения внутри автогенератора. Благодаря этому достигается нормальная работа электрических систем, датчиков и других элементов, находящихся в системе транспортного средства.
Основа регуляторов напряжения — полупроводниковый элемент. Конструктивное исполнение подобных деталей может быть различным, но у всех одинаковая задача и один и тот же принцип действия.
Главное свойство регулятора — термокомпенсация. Оно представляет собой способность элемента менять показатель напряжения, поднимая или опуская его, если в процессе работы генератора были обнаружены изменения температуры за пределами рабочего пространства. Подобные махинации позволяют улучшить зарядку аккумулятора и снизить потребление ресурса.
«Анатомия» генератора
Корпус
Корпус автомобильного генератора изготавливается из сплавов легких металлов (как правило, применяется дюралюминий) для уменьшения веса устройства. Для обеспечения эффективного теплоотвода в корпусе имеется большое количество вентиляционных отверстий. Устройство системы охлаждения у разных моделей генераторов различно и зависит от величины рабочих оборотов генератора и от того, насколько тяжелы температурные условия в подкапотном пространстве автомобиля.
Например, у ВАЗ-2106 имеется одна крыльчатка, выгоняющая горячий воздух из корпуса, тогда как у ВАЗ-2109, а также у моделей 2110 и 2112 два вентилятора гонят воздушные потоки навстречу друг другу. В передней и задней стенках размещены подшипники, на которых вращается ротор.
Обмотка
Обмотка статора выполняется из медного провода, уложенного в пазы сердечника. Сам сердечник изготавливается из трансформаторного железа, обладающего улучшенными магнитными свойствами. Поскольку генератор трехфазный, у статора имеются три обмотки, соединенные друг с другом треугольником.
Ротор
Ротор – это электромагнит с одной обмоткой, расположенной на валу. Поверх обмотки закреплен ферро-магнитный сердечник диаметром немного меньше внутреннего диаметра статора (на 1,5 – 2 мм). На валу ротора также размещаются медные кольца, соединяющиеся с его обмоткой посредством графитовых щеток. Кольца предназначены для подачи управляющего напряжения с реле-регулятора на обмотку ротора.
Реле-регулятор
Реле-регулятор – это электронная схема, которая контролирует и регулирует напряжение на выходе генератора. Данное реле служит для защиты агрегата от перегрузок и поддерживает напряжение в бортовой сети автомобиля порядка 13,5 В.
Более совершенные реле-регуляторы имеют датчик температуры для того, чтобы в зимнее время устройство выдавало более высокое напряжение (до 14,7 В). Устанавливается либо внутри генератора в одном корпусе с графитовыми щетками, либо (чаще всего) вне корпуса, в этом случае щетки крепятся на специальном щеткодержателе.
Выпрямитель
Выпрямитель, или диодный мост, состоит из шести диодов, расположенных на печатной плате и соединенных между собой попарно по схеме Ларионова. Задача выпрямителя – преобразование трехфазного переменного тока в постоянный. Автомастера нередко называют его «подковой» за внешний вид.
Основные сферы применения
Watch this video on YouTube
Watch this video on YouTube
В зависимости от того, где используется электрогенератор, определяются его технические характеристики. Главным образом, отношения генератора к определенной категории по области применения, определяет его мощность. Разделяют следующие разновидности оборудования по сферам эксплуатации:
- Бытовые. Обладают мощностью от 0,7 до 25 кВт. Обычно к этой категории относятся бензиновые и дизельные генераторы. Применяются для электроснабжения бытовых электроприборов и оборудования малой мощности, очень часто на строительных площадках. Сгодятся в качестве портативного источника электроэнергии при выезде на природу;
- Профессиональные. Могут применяться в качестве постоянного источника электроэнергии в муниципальных учреждениях и мелких производственных предприятиях. Его мощность не превышает 100 кВт;
- Промышленные. Могут эксплуатироваться на крупных фабриках и заводах, где требуется высокомощное оборудование. Такие аппараты обладают мощностью более 100 кВт, имеют немалые габариты и сложны в техническом обслуживании для неподготовленного человека.
Применение генераторов переменного тока на практике
Промышленное производство мощных генераторов
Применяются такие генераторы практически во всех сферах человеческой деятельности, где требуется электрическая энергия. Причем принцип ее добычи отличается только способом приведения в движение вала устройства. Так работают и гидро-, и тепло- и даже атомные станции.
Данные станции запитывают по проводам общественные сети, к которым подключается конечный потребитель, то есть все мы. Однако существует множество объектов, к которым невозможно доставить электрическую энергию таким способом, например, транспорт, стройплощадки вдали от линий электропередач, очень далекие поселки, вахты, буровые установки и прочее.
Это означает только одно – требуется свой генератор и двигатель, приводящий его в движение. Давайте рассмотрим несколько небольших и часто встречающихся в нашей жизни устройств.
Автомобильные генераторы
На фото — электрический генератор для автомобиля
Кто-то возможно тут же скажет: «Как? Это же генератор постоянного тока!». Да, действительно, так оно и есть, однако таковым его делает лишь наличие выпрямителя, который этот самый ток делает постоянным. Основной принцип работы ничем не отличается – все тот же ротор, все тот же электромагнит и прочее.
Принципиальная схема автомобильного генератора
Это устройство функционирует таким образом, что вне зависимости от скорости вращения вала, оно вырабатывает напряжение в 12В, что обеспечивается регулятором, через который идет питание обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения стартует, запитываясь от автомобильного аккумулятора, ротор агрегата приводится в движение двигателем автомобиля через шкив, после чего начинает индуцироваться ЭДС.
Для выпрямления трехфазного тока используется несколько диодов.
Принцип работы генератора автомобиля
Промышленность в целом использует два типа генераторов – переменного и постоянного тока. Однако в автомобилестроении последние практически не используются. Распространённость автогенераторов переменного тока вызван простой их конструкции. Для генерации напряжение используется пара ротор-статор, причём вращается только электромагнит, который волнообразно изменяет напряжение магнитного поля (по амплитуде и направлению) в разных точках катушки статора. В результате и вырабатываемая электроэнергия имеет синусообразную природу. Переменный ток генерируется в районе полюсов статора.
При этом конструкция автогенератора позволяет вырабатывать электроэнергию с необходимыми параметрами независимо от скорости вращения приводного шкива. Другими словами, мощности автомобильного генератора хватает для нормальной работы потребителей даже при минимальных оборотах коленвала. Это достигается благодаря использованию большого количества пар ротор-катушка и использованием электромагнита вместо обычного ферримагнитного сплава. Принцип функционирования автомобильных электрогенераторов одинаков для всех марок и моделей. Конструктивные различия проявляются на уровне конкретной реализации. В основном они вызваны особенностями компоновки конкретного силового агрегата. Современный автомобиль имеет две различные по назначению электроцепи:
- первичная – это, грубо говоря, обмотка генератора;
- вторичная формирует бортовую сеть, питающую всех потребителей электроэнергии (ЭБУ, климатическую систему, панель приборов, световые устройства. мультимедийный центр и пр.).
Между первичной/вторичной цепью располагается регулятор напряжения, задача которого сводится к осуществлению контроля за номиналом напряжения во вторичной сети и выполнением корректирующих действий в первичной при возникновении такой необходимости. Строго говоря, именно реле-регулятор является тем третейским судьёй, который решает, кому и сколько в конкретный момент времени требуется электроэнергии. Если в бортовой сети наблюдается резкое снижение величины тока, генератор способен зафиксировать это, а реле-регулятор – повысить ток возбуждения на роторе. В результате величина напряжённости магнитного поля растёт, что и приводит к повышению номинала выходного напряжения. При достижении определённого значения регулятор снижает величину поступающего на обмотку возбуждения тока до номинальных значений.
Отметим, что номинальный режим, то есть сколько ампер выдаёт автомобильный генератор, зависит от степени нагрузки мотора и конкретной модели автомобиля. Следует упомянуть, что на холостом ходу генератор автомобиля должен выдавать напряжение порядка 13.50-14.00В. Если отключить всех потребителей, то напряжение автогенератора должно возрасти до 14.30-15.50В, при этом каждый включённый потребитель будет отбирать от этого значения примерно 0.20В. При всех включённых потребителях величина измеряемого напряжения на выходе автогенератора не должно быть ниже 12.8В. Именно это значение является пороговым для нормальной подзарядки аккумуляторной батареи. Если оно ниже – имеет место недозаряд, грозящий полным разряжением АКБ.
Ещё раз отметим, что номинал выдаваемого напряжения автогенератором практически не связан с текущими оборотами двигателя, однако он сильно зависит от количества одновременно подключённых потребителей. Если в бортовой электросети наблюдаются проблемы, это может свидетельствовать о неисправности либо регулятора, либо самого генератора. Искать проблемы в силовом агрегате при этом – пустое занятие. Схематически работу электрогенератора можно представить как трансформацию механической энергии в её электрический аналог. Механическая энергия – это вращение коленвала на работающем моторе, которое посредством ременной передачи с минимальными потерями трансформируется во вращения вала ротора, а дальше уже вступает в действие связка ротор-статор.
Отметим, что технический прогресс остановить невозможно, особенно это касается появления материалов с новыми, более совершенными характеристиками. Их использование при производстве автомобильных генераторов будет способствовать дальнейшему увеличению производительности этих устройств. Но революционного прорыва, по крайней мере в ближайшее десятилетие, ожидать не стоит – все перспективные разработки в данной сфере предполагают эволюционный тип развития.
Опции и дополнительные возможности
Значительное влияние на цену оказывают опции. Хоть генераторы «с наворотами» стоят дороже, некоторые из дополнительных возможностей могут быть очень полезны. Например:
- Защита от утечки. Встроенное УЗО, которое отслеживает наличие пробоя изоляции и отключает установку при появлении тока утечки.
- Защита от перегрузки. Функция не даёт работать деталям «на износ».
- Автоматический запуск. При пропадании электроэнергии генератор запускается сам.
Использование может быть разным
Есть ещё такие, без которых можно обойтись, но делающие эксплуатацию генератора тока более удобной. Например, контроль параметров с одновременным отображением на дисплее или передача данных о состоянии генератора на подключённый компьютер. Ещё, может быть, целый ряд конструктивных «добавок»: шумогасящий кожух, защитный кожух от низких температур, увеличенный топливный бак и т. д.
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 и принцип работы
Генератором называется электромашина, которая занимается преобразованием механической энергии в токовую электроэнергию. В большинстве случаев используется для этого вращательный тип магнитного поля. Состоит аппарат из реле, вращающегося индуктора, контактных колец, терминала, скользящей щетки, диодного моста, диодов, токосъемного кольца, статора, ротора, подшипников, роторного вала, шкива, крыльчатки и передней крышки. Нередко в конструкцию входит виток с электромагнитом, который осуществляет выработку энергии.
Важно отметить, что генератор бывает переменного и постоянного тока. В первом случае не образовываются вихревые токи, работать аппарат может при экстремальных условиях и обладает пониженным весом
Во втором случае генератор не нуждается в повышенном внимании и имеет большее количество ресурсов
Во втором случае генератор не нуждается в повышенном внимании и имеет большее количество ресурсов.
Бывает генератор переменного тока синхронным и асинхронным. Первый это агрегат, который работает как генератор, где количество совершаемых вращений статора равно ротору. Ротор формирует магнитное поле и создает в статоре ЭДС.
Обратите внимание! В результате создается постоянный электрический магнит. Из преимуществ отмечают высокую стабильность создаваемого напряжения, из недостатков — токовую перегрузку, поскольку при завышенной нагрузке, регулятор повышает ток в роторной обмотке
Асинхронный аппарат состоит из короткозамкнутого ротора и точно такого же статора, как и предыдущей модели. В момент вращения ротора асинхронный генератор индуцирует электроток и магнитное поле создает синусоидальное напряжения. Поскольку он не имеет связи с ротором, то возможности в том, чтобы искусственно регулировать напряжение и ток, нет. Эти параметры изменяются под электрической нагрузкой на стартерной обмотки.
Принцип действия
Любой генератор действует по электромагнитному индуктивному закону, благодаря наводке электротока в замкнутой рамке пересечением вращающегося магнитного поля, создаваемое с помощью постоянных магнитов или обмоток. Электродвижущая сила попадает в замкнутый контур из коллектора и щеточного узла вместе с магнитным потоком, вращается ротор и вырабатывает напряжение. Благодаря подпружиненным щеткам, которые прижимаются к пластинчатым коллекторам, передается электроток к выходным клеммам. Далее он идет в сеть пользователя и распространяется по электрооборудованию.
Отличие от синхронного генератора
Синхронный бензиновый генератор не перегружается из-за переходных режимов, которые связаны с пуском под нагрузкой из потребителей подобной мощности. Он является источником реактивной мощности, в то время как асинхронный ее потребляет. Первый не боится перегрузок при поставленном режиме благодаря системе авторегулирования через связь, которая обратна току с напряжением в проводе. Второй имеет нерегулируемую искусственно силу сцепления электромагнитного роторного поля.
Обратите внимание! Важно понимать, что асинхронная разновидность более популярна благодаря простой конструкции, неприхотливости, отсутствию надобности в техническом квалифицированном обслуживании и сравнительной дешевизне. Он ставится тогда, когда: нет высоких требований к частоте с напряжением; предполагается работать агрегату в запыленном месте; нет возможности переплачивать за другую разновидность
