Автомобільний генератор: що це таке

Автомобільний генератор – це пристрій, який перетворює механічну енергію в електричну. Він стоїть під капотом і приводиться в дію від двигуна за допомогою поліклинового ременя. Коли працює двигун – працює і генератор. Він постачає електроенергією все, що працює в машині від електрики: електронні блоки управління, освітлювальні прилади, котушки запалювання, підсилювач рульового управління, якщо він електричний, аудіосистему та багато іншого. А ще заряджає акумулятор.

В автомобілях із системою “м’який гібрид” генератор виконує функції стартера. Двигун запускається майже безшумно, а система “старт-стоп” не спричиняє дискомфорту в заторах і на світлофорах.

З чого складається автомобільний генератор

1. Ротор – обертовий елемент, вал із двома сталевими сердечниками полюсів, між якими розташована обмотка збудження. Її кінці виходять на мідні або сталеві контактні кільця, по яких струм надходить з регулятора напруги на котушку збудження.
2. Статор – нерухомий елемент. Складається з сердечника, набраного з металевих пластин, на які навиті мідні якірні обмотки. Типовий генератор сучасного легкового автомобіля – трифазний синхронний змінного струму. У його статорі 36 пластин сердечника і три обмотки, з’єднані схемою “зірка” – з чотирма виводами.
3. Діодний міст, він же випрямний блок, – схема, яка перетворює змінний струм на постійний. Саме постійним струмом заряджається акумулятор і живляться всі автомобільні споживачі. Міст складається з набору силових діодів, зазвичай запресованих у масивні тепловідвідні пластини радіатора. Для живлення обмотки збудження зазвичай використовується окремий каскад випрямляча.
4. Регулятор напруги. Напівпровідникова схема, яка регулює струм в обмотці збудження ротора, підтримуючи стабільну вихідну напругу незалежно від потужності підключених споживачів і частоти обертання ротора. Під час увімкнення “ненажерливих” пристроїв – обігріву скла, фар, підігріву сидінь – регулятор збільшує струм в обмотці збудження. Він також забезпечує умови для правильної зарядки акумулятора: збільшує напругу в бортовій мережі за низької температури повітря взимку і зменшує – за високої влітку. Це дає змогу оптимізувати заряджання батареї, запобігаючи її перезарядженню та перегріванню.
5. Щітковий вузол. Пластиковий фіксатор з графітовими пружними щітками, які торкаються контактних – струмознімних – кілець на валу ротора. Часто цей вузол виконують в одному корпусі з регулятором напруги. Це дає змогу не міняти генератор щоразу, коли стираються щітки або виходить з ладу регулятор: простіше замовити і поміняти деталь.
6. Корпус зазвичай зроблений з алюмінієвого сплаву. Він складається із задньої і передньої кришки. З боку задньої кришки встановлюють діодний міст, регулятор напруги і щітки генератора, а до передньої кріплять статор. Також у кожній кришці є підшипники для вільного обертання ротора.
7. Привід, або шків, – не частина генератора, але елемент, що з’єднує ротор генератора з колінчастим валом двигуна через клиновий ремінь. Діаметр шківа безпосередньо впливає на швидкість обертання генератора: чим він менший, тим швидше обертається. Щоб обертання передавалося без ривків, на шків ставиться обгінна муфта.

Принцип роботи генератора

За конструкцією генератор ідентичний синхронному електродвигуну змінного струму, який працює за рахунок електромагнітної індукції. Відмінність тільки в основному призначенні: генератор перетворює механічну енергію в електричну, а електродвигун – навпаки.

Будь-який генератор може працювати як електродвигун, а будь-який електродвигун – як генератор. Тому в “м’яких гібридах” генератор виконує роль, зокрема, стартера.

Розберемо, як працює електрогенератор:

1. Коли двигун обертається, крутний момент із колінвалу передається через ремінь на шків генератора.
2. Шків обертає ротор. Струм, що протікає через обмотку збудження ротора, створює постійне магнітне поле – ротор ніби перетворюється на постійний магніт, що обертається. Обертове магнітне поле за рахунок електромагнітної індукції створює в обмотках статора електрорушійну силу – електричну напругу.
3. Випрямляч перетворює трифазний змінний струм, який знімається з обмоток статора генератора, на постійний.
4. Регулятор контролює струм збудження ротора і тим самим підтримує напругу бортової мережі на рівні 13-13,5 В влітку і 14-14,5 В взимку: при різній температурі акумулятор вимагає різної напруги зарядки.

Основні параметри генератора

Номінальна напруга для легкових авто – 12 В, для мототехніки – 6-12 В, для вантажівок і спецтехніки – від 24 В. Напруга генератора має відповідати стандарту напруги бортової мережі: 6, 12 або 24 В.

Номінальний струм – сила струму, за якої генератор працює в оптимальному тепловому режимі, а його обмотки не перегріваються. Для кожного автомобіля номінальний струм розраховується виходячи з потужності всіх енергоспоживачів. Зазвичай на легкові авто встановлюють генератори зі струмом від 60 до 140 А.

Якщо встановити в машину потужний сабвуфер, скло з обігрівом або додаткове освітлення, штатний генератор може не впоратися – доведеться ставити потужніший. Відбір потужності від двигуна на електроживлення збільшиться, але втрата потужності “на колесах” становитиме 2-3 к.с., що для сучасних авто від 80-100 к.с. не виглядає суттєвим.

Точно розрахувати номінальний струм нового генератора допоможуть у сервісному центрі, але зазвичай вистачає моделі зі струмом на 30-50 А більше.

Номінальна частота обертання – частота обертання ротора, за якої генератор здатний виробити номінальний струм. Зазвичай це значення приймають за 5000 або 6000 обертів на хвилину.

Частота самозбудження – частота обертання ротора, за якої генератор виходить “на самозабезпечення”, тобто дає мінімальний струм, здатний живити обмотку збудження. Вона має бути меншою, ніж швидкість обертання генератора під час роботи двигуна на холостому ходу, щоб навіть у цьому режимі не розряджати акумулятор.

Коефіцієнт корисної дії – відображає ефективність конвертації механічної енергії в електричну. Стандартний ККД генераторів – 60-80%.

Як працює генератор в автомобілі

І що робити, якщо на панелі приладів загорівся червоний значок акумулятора?

Цей значок – контрольний індикатор відсутності зарядки акумулятора – спалахує за напруги нижче 12,8 В, тобто коли генератор не працює, а автомобільна електромережа живиться тільки від акумулятора.

Не завжди це означає, що генератор вийшов з ладу. Наприклад, у справному автомобілі цей індикатор загоряється, коли двигун не працює і водій вмикає запалювання, і гасне, щойно мотор запускається і починає крутити генератор.

Але якщо індикатор спалахує при працюючому двигуні, є привід насторожитися: генератор або не обертається, або несправний. При цьому всі бортові системи автомобіля – від запалювання до аудіосистеми – живляться від акумулятора, і машина працюватиме лише доти, доки батарея повністю не розрядиться. Тому їхати з індикатором, що горить, бажано одразу до сервісу, щоб потім не доправляти туди машину на евакуаторі.

Запам’ятати

1. Генератор забезпечує автомобіль енергією після запуску двигуна.
2. Якщо в дорозі загорівся червоний значок АКБ, краще відразу зупинитися і заглянути під капот. Порвався або зіскочив ремінь генератора – викликайте евакуатор. Ремінь на місці – можна вимкнути ближнє світло, музику, кондиціонер і ризикнути дістатися до сервісу своїм ходом. Але краще все-таки викликати евакуатор.
3. На легкові автомобілі зазвичай встановлюють трифазні генератори змінного струму на 12 В. Конструкція і принцип дії схожі – для заміни потрібно буде підібрати генератор потрібної потужності, габаритів і розташування кріплення.
4. За бажання на автомобіль можна поставити генератор більшої потужності. Це стане в нагоді при встановленні додаткових електроспоживачів: акустики або електрообігріву.