Автомобильный генератор: что это такое

Автомобильный генератор — это устройство, установленное в автомобиле, которое преобразует механическую энергию, создаваемую двигателем автомобиля, в электрическую энергию. Он состоит из двигателя внутреннего сгорания, обычно работающего на бензине или дизеле, и электрического генератора, который преобразует вращательное движение двигателя в электрический ток. Генератор для авто обеспечивает питание электрической системы автомобиля, заряжает аккумуляторную батарею и питает различные электрические устройства, такие как фары, радио, системы зажигания и другие. Он играет важную роль в нормальном функционировании автомобиля и обеспечивает электроэнергию для всех его компонентов.

Составные части автомобильного генератора

1. Ротор — это вращающийся компонент, включающий в себя вал с двумя стальными полюсными сердечниками, между которыми находится обмотка возбуждения. Ее концы соединены с медными или стальными контактными кольцами, через которые проходит ток от регулятора напряжения к катушке возбуждения.
2. Статор — это неподвижный элемент, состоящий из сердечника, собранного из металлических пластин, на которые намотаны медные якорные обмотки. Стандартный генератор современного легкового автомобиля является трехфазным синхронным генератором переменного тока. В его статоре содержится 36 пластин сердечника и три обмотки, соединенные в схеме «звезда» с четырьмя выводами.
3. Диодный мост, также известный как выпрямительный блок, — это схема, которая преобразует переменный ток в постоянный. Этот постоянный ток заряжает аккумулятор и питает все электрические устройства автомобиля. Мост состоит из набора силовых диодов, обычно установленных в массивные теплоотводящие пластины радиатора. Для питания обмотки возбуждения часто используется отдельный каскад выпрямителя.
4. Регулятор напряжения — это полупроводниковая схема, которая контролирует ток в обмотке возбуждения ротора, поддерживая стабильное выходное напряжение независимо от мощности подключенных потребителей и скорости вращения ротора. При активации «потребительных» устройств, таких как обогрев стекол, фары или подогрев сидений, регулятор увеличивает ток в обмотке возбуждения. Он также регулирует заряд аккумулятора, повышая напряжение в электрической сети автомобиля при низкой температуре воздуха зимой и снижая его при высокой температуре летом. Это помогает оптимизировать зарядку батареи, предотвращая ее перезаряд и перегрев.
5. Щеточный узел — это пластиковый фиксатор с графитовыми подпружиненными щетками, которые контактируют с контактными кольцами на валу ротора. Часто этот узел объединяется в одном корпусе с регулятором напряжения, что облегчает замену деталей при износе щеток или поломке регулятора.
6. Корпус обычно изготовлен из алюминиевого сплава и состоит из задней и передней крышек. Диодный мост, регулятор напряжения и щетки генератора устанавливаются на задней крышке, а статор крепится к передней. Каждая крышка также содержит подшипники для свободного вращения ротора.
7. Привод, или шкив, не является частью генератора, но соединяет ротор генератора с коленчатым валом двигателя через клиновой ремень. Диаметр шкива непосредственно влияет на скорость вращения генератора: чем меньше диаметр, тем выше скорость вращения. Чтобы передача вращения происходила плавно, на шкив обычно устанавливается обгонная муфта.

Принцип роботи генератора

По своей структуре генератор очень похож на синхронный электродвигатель переменного тока, который функционирует за счет принципа электромагнитной индукции. Основное различие между ними заключается только в их основной цели: генератор преобразует механическую энергию в электрическую, в то время как электродвигатель делает наоборот.

Каждый генератор может действовать как электродвигатель, и каждый электродвигатель может выступать в роли генератора. Именно поэтому в концепции «мягких гибридов» генератор может использоваться и в качестве стартера.

Давайте рассмотрим, как функционирует электрогенератор:

1. При вращении двигателя, момент с коленвала передается через ремень на шкив генератора.
2. Шкив приводит во вращение ротор. Ток, протекающий через обмотку возбуждения ротора, создает постоянное магнитное поле — ротор фактически становится вращающимся постоянным магнитом. Это вращающееся магнитное поле, благодаря принципу электромагнитной индукции, порождает электрическое напряжение в обмотках статора.
3. Выпрямитель преобразует трехфазный переменный ток, взятый с обмоток статора генератора, в постоянный ток.
4. Регулятор управляет током возбуждения ротора и тем самым поддерживает напряжение в электрической системе автомобиля на уровне 13-13,5 В в летнее время и 14-14,5 В в зимнее: при различных температурах аккумулятору требуется разное напряжение для зарядки.

Основные параметры генератора

Стандартное напряжение для легковых автомобилей составляет 12 В, для мототехники — от 6 до 12 В, а для грузовиков и специализированной техники — 24 В. Напряжение генератора должно соответствовать стандарту напряжения электрической системы автомобиля: 6, 12 или 24 В.

Номинальный ток — это ток, при котором генератор работает в оптимальном режиме с точки зрения тепловых нагрузок, и его обмотки не перегреваются. Для каждого автомобиля номинальный ток рассчитывается на основе суммарной мощности всех потребителей электроэнергии. Обычно легковые автомобили оснащаются генераторами с током от 60 до 140 А.

Если в автомобиль устанавливают мощные устройства, такие как сабвуферы, обогреваемые стекла или дополнительное освещение, стандартный генератор может не справиться с их питанием, и потребуется более мощное устройство. Это увеличит потребление мощности от двигателя для электропитания, но потери мощности на передачу на колеса составят лишь 2-3 л.с., что не существенно для современных автомобилей с мощностью от 80 до 100 л.с.

Для точного определения номинального тока нового генератора лучше обратиться в сервисный центр, хотя часто достаточно выбрать модель с током, превышающим номинальный на 30—50 А.

Номинальная частота вращения представляет собой скорость вращения ротора, при которой генератор способен вырабатывать номинальный ток. Обычно это значение составляет 5000 или 6000 оборотов в минуту.

Частота самовозбуждения — это скорость вращения ротора, при которой генератор начинает самостоятельно обеспечивать себя током, достаточным для питания обмотки возбуждения. Эта скорость должна быть ниже, чем скорость вращения генератора при работе двигателя на холостом ходу, чтобы избежать разрядки аккумулятора даже в этом режиме.

Коэффициент полезного действия отражает эффективность преобразования механической энергии в электрическую. Стандартный КПД генераторов составляет 60—80%.

Как работает генератор в автомобиле

Что делать, если на приборной панели зажегся красный индикатор аккумулятора?

Этот индикатор — предупреждающий знак о разряде аккумулятора — вспыхивает, когда напряжение опускается ниже 12,8 В, что указывает на то, что генератор не работает, и автомобильная электрическая система питается только от аккумулятора.

Однако это не всегда означает поломку генератора. Например, в исправном автомобиле этот индикатор включается, когда двигатель не запущен, а зажигание включено, и исчезает, как только двигатель запускается и генератор начинает работать.

Если же индикатор светится при работающем двигателе, это может быть признаком проблем с генератором: либо он не вращается, либо неисправен. В таком случае все системы автомобиля, от зажигания до аудиосистемы, питаются от аккумулятора, и машина будет работать только до полного разряда батареи. Поэтому рекомендуется незамедлительно обратиться в сервисный центр, чтобы избежать необходимости эвакуации машины впоследствии.

Частые неисправности генератора

Поломка приводного ремня можно быстро исправить, имея запасной. Для его замены достаточно ослабить натяжитель. Обычно ремень меняют каждые 80 000—100 000 км из-за стирания и растяжения, что может привести к срыву или порыву.

Выход из строя регулятора напряжения может быть вызван:

• Коротким замыканием в цепи возбуждения, включая межвитковые короткости в обмотке возбуждения генератора. В этом случае замена регулятора не поможет, и придется разбираться с генератором.
• Повреждением диодов выпрямителя.
• Неправильным подключением аккумулятора, что нарушает полярность.
• Износом щеток.
• Попаданием влаги в корпус регулятора.

При отключении генератора от бортовой сети все устройства начинают питаться от аккумулятора, что приводит к снижению напряжения ниже 12,8 В, и загорается красный индикатор отсутствия заряда.

В некоторых случаях напряжение в бортовой сети может подняться выше 15 В, и контрольный индикатор не загорится. Это приведет к перезарядке аккумулятора, а также к неадекватной работе электронных систем, возможному перегоранию ламп и предохранителей.

Регулятор обычно устанавливают на задней крышке генератора, и его замена обычно несложна в случае выхода из строя.

Другие поломки генератора для автомобиля

1. Износ щеток и/или токосъемных колец происходит из-за естественного износа. В современных автомобильных генераторах щеточный узел интегрирован в корпус регулятора напряжения. Поэтому чаще всего достаточно заменить регулятор напряжения, хотя в некоторых случаях возможна замена щеток отдельно.
2. Замена токосъемных колец более сложна: для этого придется разбирать корпус генератора и отпаивать концы обмотки от диодного моста. Это задача, требующая опыта.
3. Рекомендуется проверять состояние щеток и токосъемных колец каждые три-четыре года или после пробега 100 000 км, а также перед дальней поездкой.
4. Повреждение корпуса может произойти, особенно если генератор установлен близко к дороге и может быть поврежден при наезде на препятствия. Для автомобилей с такими особенностями изготавливают защиту генератора, которую иногда приходится докупать отдельно.
5. Износ подшипников обычно проявляется шумом или свистом, и в случае серьезных повреждений ротор может заедать. Замена подшипников самостоятельно может быть сложной, лучше обратиться в сервис. Подшипники могут издавать шум при пробеге 120 000—150 000 км, особенно если на автомобиле отсутствует защита двигателя от пыли и грязи.
6. Обрыв или оплавление обмотки возбуждения или контактных колец может произойти из-за люфта подшипников, который приводит к столкновению ротора с неподвижными деталями статора. В редких случаях проблема может быть связана с попаданием влаги в вентиляционные отверстия корпуса, что приводит к плохому охлаждению генератора и оплавлению обмотки.
7. Состояние обмотки можно проверить мультиметром в режиме сопротивления. Нормальное сопротивление для исправной обмотки составляет 2—5 Ом. Низкое сопротивление может указывать на замыкание между витками из-за повреждения изоляции, а высокое сопротивление — на обрыв или плохой контакт.
8. Пробой выпрямителя обычно происходит при резком изменении напряжения, например, при попытке запустить автомобиль, подключив его к другому автомобилю, или при отключении аккумулятора от бортовой сети при работающем двигателе. Это может привести к перегрузке электронных компонентов.

Что нужно запомнить

1. Генератор обеспечивает автомобиль энергией после запуска двигателя.
2. Если в дороге загорелся красный значок АКБ, лучше сразу остановиться и заглянуть под капот. Порвался или соскочил ремень генератора — вызывайте эвакуатор. Ремень на месте — можно выключить ближний свет, музыку, кондиционер и рискнуть добраться до сервиса своим ходом. Но лучше все-таки вызвать эвакуатор.
3. На легковые автомобили обычно устанавливают трехфазные генераторы переменного тока на 12 В.
4. Конструкция и принцип действия схожи — для замены нужно будет подобрать генератор нужной мощности, габаритов и расположения крепления.
5. При желании на автомобиль можно поставить генератор большей мощности. Это пригодится при установке дополнительных электропотребителей: акустики или электрообогрева.