Устройство генератора автомобиля
Основными узлами генератора являются ротор, статор, выпрямительное устройство и щеточный узел.
Ротор генератора содержит обмотку возбуждения. Она выполнена в виде круглой катушки, намотанной на стальную втулку. Катушка установлена на валу ротора и зажата между двумя клювообразными половинами сердечника ротора. Половины напрессованы на вал ротора. Такой сердечник называют сердечником с явно выраженными полюсами. Клювы одной половины образуют северный полюс магнита, а клювы другой половины - южный. Концы обмотки возбуждения выведены на контактные кольца, по которым при вращении ротора скользят щетки щеткодержателя. Обычно одна из щеток соединяется с выводом, через который подается питание обмотки возбуждения, а другая щетка соединена с корпусом генератора. Есть генераторы, у которых обе щетки соединены с изолированными выводами.
Рис. 1. Основные узлы генератора
Статор генератора состоит из сердечника, набираемого из изолированных листов магнитомягкой электротехнической стали, и обмотки. Внутренняя поверхность сердечника статора имеет равномерно расположенные по окружности зубцы. Количество пазов кратно трем. В пазах между зубцами укладываются витки катушек обмотки статора. Изоляция катушек от сердечника осуществляется электротехническим картоном и пропиткой статора в сборе изоляционным лаком. Каждая из трех фаз обмотки статора содержит одинаковое число последовательно соединенных катушек. Этим объясняется кратность числа пазов и катушек трем. Три вывода обмотки статора присоединяются к выпрямительному устройству.
Магнитная цепь генератора образуется стальной втулкой, на которой расположена обмотка возбуждения, двумя половинами сердечника ротора, клювы которых образуют полюсные наконечники, и зубцами сердечника статора.
Обмотка возбуждения генератора получает питание от генератора или аккумуляторной батареи. Небольшой постоянный ток, поступающий в обмотку возбуждения через щетки и контактные кольца, вызывает появление магнитного потока (линии 18). Магнитный поток в осевом направлении проходит через втулку, затем в радиальном направлении по левой половине сердечника ротора и его полюсному наконечнику (клюву) и через воздушный зазор в сердечник статора. Выйдя из сердечника статора, магнитный поток через воздушный зазор и полюсный наконечник правой половины сердечника ротора замыкается через втулку. Так как полюсные наконечники левой и правой половин сердечника ротора смещены в пространстве, происходит соответствующее смещение магнитного потока. Поэтому, входя в статор через один зубец, из статора магнитный поток выходит через другой зубец. При этом он пересекает катушки статора. При вращении ротора под каждым зубцом происходит постоянное чередование северного и южного полюсов ротора, приводящее к изменению пересекающего катушки статора магнитного потока по величине и направлению. В результате в фазных обмотках наводится переменная э. д. е., имеющая форму синусоиды, которая выпрямительным устройством преобразуется в постоянную э. д. с.
Выпрямительное устройство современных генераторов типа ВПВ состоит из шины, в которую запрессованы диоды обратной проводимости, и шины, в которую запрессованы диоды прямой проводимости. У диодов прямой проводимости отрицательный вывод, а у диодов обратной проводимости положительный вывод припаиваются непосредственно к корпусу диода. Поэтому шина служит положительным, а шина - отрицательным выводом выпрямительного устройства и, следовательно, генератора. Положительный вывод каждого отрицательного диода соединяется с отрицательным выводом одного из положительных диодов и выводом одной фазы статора.
Рис. 2. Генератор 32.3701
Конструктивные особенности автомобильных генераторов рассмотрим на примере некоторых типичных конструкций.
Генератор 32.3701 имеет наиболее широко применяемое конструктивное исполнение. Он представляет собой модификацию часто встречающихся в эксплуатации генераторов типа Г250, аналогично с которыми устроены также генераторы Г266 и Г271.
Генератор 32.3701 является синхронной электрической машиной со встроенным выпрямительным блоком. На генераторе имеются следующие выводы: « + » (поз. 22) -для соединения с аккумуляторной батареей и потребителями, 111 -для соединения с регулятором напряжения, «-» (поз. 20) - для соединения с корпусом регулятора напряжения.
Ротор генератора состоит из катушки возбуждения, намотанной на картонный каркас, надетый на стальную втулку. С торцов катушка зажата двумя клювообразными полюсными наконечниками, которые и образуют 12-полюсную магнитную систему. Концы катушки возбуждения припаяны к двум изолированным от вала контактным кольцам. Втулка, полюсные наконечники и контактные кольца напрессованы на вал. Вал вращается в двух шариковых подшипниках закрытого типа, установленных в крышке со стороны контактных колец и крышке со стороны привода. Подшипник имеет большие размеры по сравнению с подшипником, так как он воспринимает большие радиальные нагрузки от шкива, на который давит натянутый ремень передачи. При сборке подшипников их заполняют смазкой, и в процессе эксплуатации они в смазке не нуждаются.
Крышки отливаются из алюминиевого сплава. Они имеют вентиляционные окна. Крышка со стороны контактных колец имеет лапу для крепления генератора на двигателе. В ней установлены пластмассовый щеткодержатель 8 и выпрямительный блок (БПВ 4-60-02). Для предотвращения от проворачивания наружной обоймы шарикоподшипника в выточке крышки установлено резиновое уплотнительное кольцо.
Щеткодержатель крепится к крышке двумя болтами. Две графитовые щетки, установленные в направляющих отверстиях щеткодержателя, пружинами прижимаются к контактным кольцам. Одна щетка соединена с изолированным штекерным выводом Ш, другая - с корпусом генератора.
Крышка имеет две лапы. Одна, нижняя, как и лапа крышки, предназначена для крепления генератора на двигателе. Другая, верхняя, имеет резьбовое отверстие и предназначена для крепления натяжной планки.
Статор генератора состоит из сердечника, набранного из отдельных изолированных друг от друга пластин электрической стали и соединенных в пакет сваркой. Сердечник статора установлен между крышками и стянут вместе с ними четырьмя винтами. На внутренней поверхности сердечника имеется 36 зубцов, в пазах между которыми уложена трехфазная обмотка статора, соединенная по схеме «двойная звезда». Каждая фаза представляет собой две параллельно включенные цепи с тремя последовательно соединенными катушками. Свободные концы фаз обмотки статора соединены с тремя выводами выпрямительного блока. Шина диодов прямой проводимости соединена с выводом « + » (поз. 22) генератора, а шина диодов обратной проводимости - с корпусом генератора.
Шкив и вентилятор установлены на валу генератора на шпонке и закреплены гайкой с пружинной шайбой.
Генератор Г286А (Г286В) представляет собой трехфазную синхронную машину со встроенными выпрямительным блоком и интегральным регулятором напряжения (ИРН ) Я112А. По сути дела это генераторная установка.
Сердечник статора, закрепленный между крышками тремя болтами, имеет равномерно расположенных пазов. Обмотка статора соединена по схеме «двойная звезда». Обмотка возбуждения расположена внутри двух клювообразных половин сердечника ротора. Выводы фазных обмоток соединены с выпрямительным блоком (БПВ 8-100-02). Выпрямительный блок имеет такую же конструкцию, как и у генератора 32.3701.
Рис. 3. Генератор Г286А
Отличительной особенностью генератора Г286А является также взаимное расположение контактных колец и подшипника в крышке.
Так как регулятор напряжения включается в цепь обмотки возбуждения, его встраивают в щеткодержатель. Вместе они образуют единый съемный блок 6. Крепится блок винтами к основанию щеткодержателя, который установлен на крышке. Болт служит выводом обмотки возбуждения и регулятора напряжения.
Блок щеткодержателя и регулятора напряжения состоит из щеткодержателя, интегрального регулятора и металлического теплоотвода - крышки.
Регулятор состоит из медного основания, на котором размещены элементы схемы, пластмассовой крышки для защиты элементов схемы от механических повреждений и жестких шинных выводов. Медное основание является отрицательным выводом регулятора. Оба вывода В регулятора соединены накоротко внутри. Один из них является основным, другой - дублирующим. При установке на щеткодержатель выводы регулятора напряжения ложатся на шины. К шинам приварены токопроводящие канатики, соединяющие их с щетками. Сверху на регулятор напряжения устанавливается крышка, и весь блок скрепляется винтами. Таким образом, электрическое соединение шин регулятора и щеткодержателя осуществляется прижимным контактом.
Генератор 37.3701 (рис. 4) - генераторная установка, представляет собой синхронную машину переменного тока с встроенным выпрямительным блоком БПВ 11-60-02 и регулятором напряжения 17.3702.
Статор генератора имеет 36 равномерно расположенных пазов, в которых размещена трехфазная обмотка, соединенная по схеме «двойная звезда». Каждая фаза состоит из двух параллельно соединенных ветвей, в каждой из которых шесть непрерывно намотанных катушек.
Ротор не имеет особых конструктивных отличительных особенностей.
Выпрямительный блок, вмонтированный в крышку, отличается от традиционных тем, что в него вмонтированы три дополнительных диода прямой проводимости, через которые осуществляется питание обмотки возбуждения от генератора. Выпрямленное напряжение с дополнительных диодов подается на штекерный вывод, обозначаемый на схемах вывод «61», и проводником на штекерный вывод регулятора напряжения, который имеет маркировку В. Вывод В регулятора через контакт связан также с одной из щеток. Не показанный на рисунке вывод Ш регулятора контактирует с другой щеткой. Регулятор напряжения имеет еще вывод Б, который проводником соединен с положительным выводом генератора, обозначаемым на схемах «30».
Рис. 4. Генератор 37.3701: 1 - крышка со стороны контактных колец; 2 - выпрямительный блок; 3- вентиль выпрямительного блока; 4 - винт крепления выпрямительного блока; 5 - контактное кольцо; 6 - задний шарикоподшипник; 7 - конденсатор; 8 - вал ротора; 9 - вывод «30» генератора; 10 - вывод «61» генератора; 11 - вывод «В» регулятора напряжения; 12 - регулятор напряжения; 13 - щетка; 14 - шпилька крепления генератора к натяжной планке; 15 - шкив с вентилятором; 16 и 23 - полюсные наконечники ротора; 17 - дистанционная втулка; 18 - передний шарикоподшипник; 19 - крышка со стороны привода; 20 - обмотка ротора; 21 - статор; 22 - обмотка статора; 24 - буферная втулка; 25 - втулка; 26 - поджимная втулка
На генераторе установлен конденсатор емкостью 2,2 мкФ. Он подключен между корпусом и положительным выводом генератора. Конденсатор служит для защиты электронного оборудования автомобиля от импульсов напряжения в системе зажигания и снижения уровня помех радиоприему.
Характеристики генераторов. На автомобилях генераторы работают в условиях постоянно изменяющейся частоты вращения и тока нагрузки. При этом должно обеспечиваться в определенных пределах постоянство напряжения генератора.
Генераторы характеризуются прежде всего номинальными данными: напряжением, током, мощностью.
Номинальное напряжение генераторов, работающих в схемах электрооборудования с номинальным напряжением 12В, принято 14В, а для 24-вольтовых схем - 28В. Номинальный ток генератора - это максимальный ток нагрузки, который может отдать генератор при частоте вращения ротора 5000 об/мин и номинальном напряжении. Значения номинального напряжения и тока наносятся на крышке генератора. Номинальная мощность определяется как произведение номинального напряжения на номинальный ток.
Энергетические возможности генераторов характеризуются токоскоростной характеристикой. Это зависимость тока, отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора (рис. 5). Характеристика снимается при номинальном напряжении генератора и постоянном, обычно номинальном, напряжении на обмотке возбуждения.
Эта характеристика чрезвычайно важна, так как она показывает возможности генератора при различной частоте вращения ротора.
Из рис. 5 видно, что без нагрузки напряжение генератора достигает номинальной величины при частоте вращения «о, которая у различных генераторов колеблется от 900 до 1200 об/мин.
Рис. 5. Токоскоростная характеристика генераторов
Якорем в синхронной машине является статор. При протекании по обмотке статора тока возникает магнитное поле статора, которое направлено против основного магнитного поля ротора и размагничивает его. При увеличении тока нагрузки возрастает ток обмотки статора, усиливается его магнитное поле, что приводит к увеличению размагничивания магнитного поля ротора. В результате в катушках статора наводится меньшая по величине э. д. с. и ограничивается максимальная сила тока, отдаваемого генератором.
Полное сопротивление Z обмотки статора, по которой протекает переменный ток, складывается из активного R и индуктивного сопротивлений:
Активное сопротивление обмотки статора зависит только от ее температуры. С увеличением температуры оно повышается. Поэтому с увеличением температуры ток отдачи генератора несколько понижается.
Начальная частота вращения нормируется техническими условиями на конкретные типы генераторов. Задается она для двух состояний генератора: холодного и горячего. Температура генератора в холодном состоянии должна быть в пределах 15-35 °С. Горячее состояние соответствует установившейся температуре генератора, работающего в режиме номинальной мощности.
Указанные характеристики могут задаваться для двух вариантов питания обмотки возбуждения: при питании обмотки возбуждения собственно от генератора (самовозбуждение) и при питании от постороннего источника питания (независимое возбуждение). Ток, отдаваемый генератором при самовозбуждении, будет меньше тока, отдаваемого генератором при независимом возбуждении, так как в первом случае часть его идет на питание обмотки возбуждения.
К атегория: - Электрооборудование автомобилей
Электрическая машина, служащая для преобразования механической энергии в электрический ток, называется автомобильным генератором. Функция генератора, которую он выполняет в автомобиле – это зарядка батареи аккумулятора и питание электрического оборудования при двигателе, находящемся в рабочем состоянии. В качестве автомобильного генератора служит генератор переменного тока.
Располагается генератор в двигателе чаще всего в его передней части, приводится от коленного вала. На гибридных автомобилях генератор выполняет работу стартер-генератора, подобная же схема используется и в некоторых других конструкциях системы стоп-старт. В настоящее время фирмы Denso, Delphe и Bosch занимают первые места в мире по выпуску генераторов.
Существует два вида конструкций автомобильных генераторов: ком-пактная и традиционная. Отличия, характеризующие эти виды, состоят из разницы в компоновке вентилятора, разнятся устройством корпуса, выпрямительным узлом и приводным шкивом, геометрическими размерами. Общие параметры, имеющиеся в обоих видах автомобильных генераторов, это:
- Ротор;
- Статор;
- Корпус;
- Регулятор напряжения;
- Выпрямительный блок;
- Щёточный узел.
| 1 – поджимная втулка | 14 – вывод «67» |
| 2 – втулка | 15 – штекер нулевого провода |
| 3 – буферная втулка | 16 – шпилька крепления генератора |
| 4 – задняя крышка | 17 – крыльчатка вентилятора |
| 5 – винт крепления выпрямительного блока | 18 – шкив |
| 6 – выпрямительный блок | 19 – пластины |
| 7 – вентиль (диод) | 20 – кольцо |
| 8 – задний подшипник | 21 – передний подшипник |
| 9 – контактные кольца | 22 – обмотка ротора |
| 10 – вал ротора | 23 – ротор |
| 11 – щетки | 24 – обмотка статора |
| 12 – вывод «30» | 25 – статор |
| 13 – щеткодержатель | 26 – передняя крышка |
| 1 – кожух | 17 – шкив |
| 2 – вывод «В+» для подключения потребителей | 18 – гайка |
| 3 – помехоподавляющий конденсатор 2,2 мкФ | 19 – вал ротора |
| 4 – общий вывод дополнительных диодов (присоединяется к выводу «D+» регулятора напряжения) | 20 – передний подшипник вала ротора |
| 5 – держатель положительных диодов выпрямительного блока | 21 – клювообразные полюсные наконечники ротора |
| 6 – держатель отрицательных диодов выпрямительного блока | 22 – обмотка ротора |
| 7 – выводы обмотки статора | 23 – втулка |
| 8 – регулятор напряжения | 24 – стяжной винт |
| 9 – щеткодержатель | 25 – задний подшипник ротора |
| 10 – задняя крышка | 26 – втулка подшипника |
| 11 – передняя крышка | 27 – контактные кольца |
| 12 – сердечник статора | 28 – отрицательный диод |
| 13 – обмотка статора | 29 – положительный диод |
| 14 – дистанционное кольцо | 30 – дополнительный диод |
| 15 – шайба | 31 – вывод «D» (общий вывод дополнительных диодов) |
| 16 – конусная шайба |
1 - генератор; 2 - отрицательный диод; 3 - дополнительный диод; 4 - положительный диод; 5 - контрольная лампа разряда аккумуляторной батареи; 6 - комбинация приборов; 7 - вольтметр; 8 - монтажный блок; 9 - дополнительные резисторы по 100 Ом, 2 Вт; 10 - реле зажигания; 11 - выключатель зажигания; 12 - аккумуляторная батарея; 13 - конденсатор; 14 - обмотка ротора; 15 - регулятор напряжения
Главная задача ротора – создать вращающееся магнитное поле, для этой цели на валу ротора и расположена обмотка возбуждения. Она помещается в две половины полюса, в каждой полюсной половине имеется шесть выступов – они называются клювами. Ещё на валу имеются контактные кольца, их два, и именно через них идёт питание обмотки возбуждения. Кольца, чаще всего, изготавливаются из меди, достаточно редко встречаются стальные кольца или латунные. Непосредственно к кольцам припаяны выводы обмотки возбуждения.
На валу ротора размещается одна либо две крыльчатки вентилятора (их количество зависит от конструкции) и закреплён ведомый приводной шкив. Два шариковых необслуживаемых подшипника составляют подшипниковый узел ротора. Со стороны контактных колец на валу также может быть расположен роликовый подшипник.
Статор необходим для создания переменного электрического тока, объединяет металлический сердечник и обмотки, сердечник набран из пластин, они изготовлены из стали. Имеет 36 пазов для навивки обмоток, в этих пазах укладываются обмотки, количество их три штуки, они образуют трёхфазное соединение. Есть два способа укладки обмоток в пазы – волновой способ и петлевой. Между собой обмотки соединяются по схемам «звезда» и «треугольник».
Что представляют собой эти схемы?
- «Звезда» – одни концы обмоток соединяются в одной точке, а другие концы – это выводы;
- «Треугольник» – кольцевое соединение концов обмоток в последовательности, выводы исходят из точек соединения.
Щёточный узел служит для обеспечения передачи тока возбуждения на кольца контакта. Он состоит из двух графитных щёток, пружин, которые их прижимают, и щёткодержателя. В генераторах современных машин щёткодержатель находится с регулятором напряжения в едином неразборном узле.
Выпрямительный блок выполняет функцию преобразования синусоидального напряжения, который вырабатывает генератор, в напряжение постоянного тока бортовой сети автомобиля. Это пластины, которые выполняют роль теплоотводов, со смонтированными диодами. В блоке – шесть силовых полупроводниковых диодов, на каждую фазу – по два диода, один на «положительный», а другой на «отрицательный» вывод генератора.
На многих генераторах обмотка возбуждения подключается через отдельную группу, которая состоит из двух диодов. Эти выпрямители препятствуют прохождению тока разряда аккумуляторной батареи через обмотку при неработающем двигателе. Когда обмотки соединены по принципу «звезда», на нулевом выводе устанавливается два силовых диода дополнительно, позволяя увеличивать мощность генератора до 15 процентов. Выпрямительный блок выключается в схему генератора на специальных монтажных площадках посредством пайки, сварки, или соединения болтами.
Регулятор напряжения – его предназначение поддерживать напряжение генератора в определённых пределах. В настоящее время генераторы оснащены полупроводниковыми электронными (или интегральными) регуляторами напряжения.
Конструкции регуляторов напряжения:
- гибридное исполнение – использование радиоэлементов и электронных приборов в электронной схеме вместе;
- интегральное исполнение – все компоненты регулятора (не считая выходного каскада) исполнены с помощью тонкоплёночной микроэлектронной технологии.
Регулятор напряжения производит изменение напряжения, подводимого для заряжания аккумуляторной батареи термокомпенсацией напряжения (зависимостью от t воздуха). Чем выше температура воздуха, тем меньшее напряжение идёт к аккумуляторной батарее.
Привод генератора происходит с помощью ременной передачи, обеспечивает вращение ротора со скоростью, превышающей частоту вращения коленчатого вала в два-три раза. В разных конструкциях генератора может использоваться поликлиновый или же клиновый ремень:
- Клиновый ремень имеет предпосылки для быстрого изнашивания, (это зависит от определённого диаметра шкива) так как область применения клинового ремня ограничивается размерами ведомого шкива.
- Поликлиновый ремень считается более универсальным, применим при небольших диаметрах ведомого шкива, с его помощью реализуется большее передаточное число. Современные модели генераторов имеют в своих конструкциях поликлиновый ремень.
Когда в замке зажигания поворачивается ключ, на обмотку возбуждения поступает ток через щёточный узел и контактные кольца. В обмотке наводится магнитное поле. Ротор генератора начинает двигаться с вращением коленчатого вала. Обмотки статора пронизываются магнитным полем ротора. На выводах обмоток статора возникает переменное напряжение. С достижением определённой частоты вращения, обмотка возбуждения запитывается непосредственно от генератора, то есть, генератор переходит в режим самовозбуждения.
Переменное напряжение преобразуется выпрямительным блоком в постоянное. В этом состоянии генератор занимается обеспечением требуемого тока для зарядки питания потребителей и аккумуляторной батареи.
Регулятор напряжения включается в работу при изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Он занимается регулировкой времени включения обмотки возбуждения. Время включения обмотки возбуждения уменьшается при уменьшении внешней нагрузки и возрастании частоты вращения генератора. Время увеличивается при увеличении нагрузки и уменьшении частоты вращения. Когда же потребляемый ток превышает возможности генератора, включается в работу аккумуляторная батарея. На панели приборов имеется контрольная лампа, контролирующая работоспособное состояние генератора.
Основные параметры генератора:
- номинальное напряжение;
- номинальная частота возбуждения;
- номинальный ток;
- частота самовозбуждения;
- КПД (коэффициент полезного действия).
Токоскоростная характеристика – это зависимость силы тока от частоты вращения генератора.
Кроме номинальных значений, токоскоростная характеристика имеет и другие точки:
- минимальный ток и минимальную рабочую частоту вращения (40-50% от номинального тока составляет минимальный ток);
- максимальный ток и максимальную частоту вращения (не более чем на 10% максимальный ток превышает номинальный).
Видео
Без электрооборудования не может «прожить» ни один современный автомобиль. И основным компонентом из всего электрооборудования является самый главный источник - генератор. В свою очередь, он содержит не менее важную составляющую, которая способствует зарождению электроэнергии во время движения автомобиля. Речь идет о статоре генератора.
Для чего он нужен, каково его предназначение и какие неисправности могут быть? Об этом и кое-чем еще поговорим в данной статье.
Электрооборудование автомобиля
Все электрооборудование любого автомобиля представлено следующими компонентами:
- Источники тока:
- аккумуляторная батарея;
- генератор.
- Потребители тока:
- основные;
- длительные;
- кратковременные.
Задача аккумулятора заключается в обеспечении потребителей током, пока «отдыхает» двигатель, на время его запуска или работы в режиме малых оборотов. В то время как генератор, по сути, является основным поставщиком электроэнергии. Он не только питает все потребители, но и производит зарядку аккумулятора.
Его емкость в сочетании с мощностью генератора должна соответствовать запросам всех потребителей независимо от режима работы двигателя. Иными словами, должен постоянно поддерживаться Это важно знать, так как позволит понять, как работает статор генератора.
К основным потребителям принято относить систему топлива, включая впрыск, зажигание, управление, АКПП. У некоторых автомобилей присутствует электроусилитель руля. То есть все то, что постоянно использует ток, начиная от запуска двигателя и до его полной остановки.
Длительными потребителями являются системы, которые не используются слишком часто. А это освещение, безопасность (пассивная, активная), приборы отопления, кондиционирования. Большинство автомобилей комплектуются противоугонными системами, мультимедийным оборудованием и навигацией.
Что касается кратковременных потребителей , то это прикуриватель, система запуска, свечи накаливания, сигнал, а также системы комфорта.
Конструктивные особенности
Генератор присутствует в каждом автомобиле и состоит из следующих компонентов:
- статор;
- ротор;
- щеточный узел;
- выпрямительный блок.
И статор генератора, и все остальное собрано в относительно компактный модуль, который устанавливается в непосредственной близости от двигателя и работает от вращения коленчатого вала, для чего используется ременная передача.
Функциональное назначение
Статор является неподвижным элементом всей конструкции и закреплен на корпусе генератора. В свою очередь, в нем присутствует рабочая обмотка, и во время работы генератора именно в ней пробуждается электроэнергия. Однако такой ток носит переменный характер, а всем потребителям необходимо прямое напряжение. Преобразование (выпрямление так сказать) происходит как раз благодаря выпрямительному блоку.
Среди главных задач статора - несущая функция для удерживания рабочей обмотки. Также он обеспечивает правильное распределение силовых линий магнитного поля. В процессе работы генератора рабочая обмотка может сильно нагреваться. И тут вступает в силу другая не менее важная функция - отвод лишнего тепла от обмотки.
Как правило, во всех современных автомобилях используется однотипная конструкция статора.
Устройство статора
Конструкция статора генератора образована следующими составляющими:
- кольцевым сердечником;
- рабочей обмоткой;
- изоляцией обмотки.
Рассмотрим более подробно эти компоненты.
Сердечник. Это кольцевые пластины, на внутренней части которых имеются пазы для расположения обмотки. Соединение пластин очень плотное, и в совокупности они образуют так называемый пакет. Жесткость монолитной конструкции придается за счет сварки или клепки.
Для изготовления пластин используются специальные марки железа либо ферросплавы, которые отличаются наличием определенной магнитной проницаемости. Их толщина составляет от 0,8 до 1 мм. Для лучшего отвода тепловой энергии предусмотрены ребра, которые располагаются на внешней стороне статора.
Обмотка. Как правило, в автомобилях используется где присутствуют три обмотки по одной на каждую фазу. Для их изготовления применяется медная проволока, которая покрыта изоляционным материалом. Ее диаметр равен 0,9-2 мм, а в пазах сердечника она укладывается особым образом.
Каждая из обмоток статора генератора ВАЗ (или любой другой марки) располагает выводом для снятия тока. Как правило, количество этих выводов не превышает 3 или 4. Однако встречаются статоры, у которых 6 выводов. При этом у каждой обмотки свое количество выводов для определенного типа соединения.
Изоляция. В каждом пазу сердечника располагается изоляция в целях защиты провода от повреждений. В ряде случаев в пазы могут укладываться специальные изоляционные клинья для более надежной фиксации обмотки.
Статор пропитывается эпоксидными смолами или лаками. Это делается в целях обеспечения целостности и прочности всей монолитной конструкции, что исключает сдвиг витков обмотки. Также повышаются электроизоляционные характеристики.
Как работает статор?
Принцип действия статора, а следовательно и всего агрегата (генератора), любого современного автомобиля основывается на одном явлении, которое знакомо каждому из нас со времен уроков физики. На них частенько упоминались такие понятия, как генератор, ротор, статор. Речь идет об электромагнитной индукции. Ее суть в следующем: когда какой-либо проводник перемещается в области действия магнитного поля, то в нем рождается ток.
Или этот проводник (статор) может находиться в переменном магнитном поле (ротор). Именно этот принцип используется в автомобильных генераторах. Во время запуска двигателя начинает вращение ротор генератора. Вместе с этим напряжение от АКБ доходит до рабочей обмотки. А поскольку ротор является многополюсным стальным сердечником, то при поступлении на обмотку напряжения он становится электромагнитом.
В результате вращения ротора создается переменное магнитное поле, силовые линии которого пересекают статор. И тут вступает сердечник «проводника». Он особым образом начинает распределять магнитное поле, и его силовые линии пересекают витки рабочей обмотки. И благодаря электромагнитной индукции возникает ток, снимаемый выводами статора. Далее полученное переменное напряжение поступает в выпрямительный блок.
Стоит только увеличить количество оборотов коленвала, ток частично от обмотки статора генератора поступает к обмотке ротора. Таким образом, генератор переходит в режим самовозбуждения, и ему уже не нужен сторонний источник напряжения.
Основные неисправности статора
Как правило, главные поломки статора - это:
- «Обрыв» рабочей обмотки.
- Наличие короткого замыкания.
Характерный признак, по которому можно судить о неправильной работе статора, это пропажа зарядного тока. На это может указывать не погасший индикатор разряда аккумулятора после запуска двигателя. Стрелка вольтметра при этом будет ближе к красной зоне.
При измерении вольтажа на АКБ, когда работает двигатель, напряжение будет меньше требуемого значения. Для самой батареи это не менее 13.6 В, а для генератора - 37.3701 В. Иногда в случае короткого замыкания на обмотках можно услышать характерный вой, издаваемый генератором.
В процессе эксплуатации автомобиля генератор может нагреваться и находиться под воздействием электрических нагрузок. Помимо этого, ему приходится работать в негативных условиях внешних факторов. Со временем это неизбежно приводит к ухудшению состояния изоляции обмоток, из-за чего случаются электрические пробои. Тогда решить проблему можно ремонтом (перемотка статора генератора) или полной его заменой.
Проверка исправности статора
Некоторых новичков все чаще волнует вопрос о том, как можно проверить, в рабочем ли состоянии находятся все детали генератора. Для этого понадобится специальное небольшое оборудование в виде мультиметра (в народе просто цешка). Можно использовать автотестер либо другой прибор, у которого есть режим омметра. В крайнем случае подойдет лампочка напряжением 12 В с припаянными к ней проводами.
Для начала стоит снять генератор с автомобиля и разобрать его. В зависимости от марки машины могут быть трудности, поскольку на некоторых моделях бренда Lexus источник тока находится в труднодоступном месте. Добравшись до статора и сняв его, необходимо провести чистку от грязи. Далее можно переходить к самой проверке.
Проверка на обрыв цепи
Как проверить статор генератора на обрыв? Для начала стоит перевести измерительный прибор в режим омметра, после чего подводим щупы к выводам обмотки. При отсутствии обрыва мультиметр будет показывать значения ниже 10 Ом. В противном случае показания будут стремиться к бесконечности. Таким образом, ток по обмотке не проходит, что говорит о наличии обрыва. Так нужно проверить все выводы.
В случае использования лампочки делаем проверку в следующей последовательности. Для начала соединяем проводом (лучше изолированным) минусовую с одним из выводов обмотки. Плюс батареи подаем к другому выводу через лампу. Ее свет укажет на полный порядок, если же лампа не загорелась, значит, обрыву быть. Так нужно поступить с каждым выводом.
Проверка на КЗ
Теперь стоит проверить статор на короткое замыкание. В режиме омметра отрицательный щуп подносим к корпусу статора, а положительный - к любому из выводов рабочей обмотки. В норме показания должны стремиться к бесконечности. Повторить процедуру для каждого из выводов.
С лампочкой проверка статора генератора происходит таким образом:
- Минус АКБ соединяем проводом с корпусом статора.
- Плюсовая клемма подается на любой вывод через лампочку.
На короткое замыкание укажет горящая лампочка. Если же она не загорелась, значит, все в полном порядке.
Небольшое примечание
Перечисленные неисправности характерны не только для статора генератора, под сомнение могут попасть и регулятор напряжения, и диодный мост, и ротор генератора. При этом стоит заметить, что плохая работа именно статора встречается гораздо реже, чем у перечисленных компонентов любого генератора.
Поэтому, перед тем как заняться статором, необходимо провести проверку регулятора напряжения и диодного моста. И если они окажутся в полном порядке, то в последнюю очередь заниматься обмоткой.
Для надежной работы всего электрооборудования автомобиля следует проводить регулярное техническое обслуживание и при необходимости сразу заменять статор генератора. Цена в итоге покажется не такой высокой, как при замене всего генератора.
Что касается стоимости, то цены на новые детали начинаются с отметки в 1500 рублей с тремя выводами. Изделия с шестью контактами обойдутся дороже - в 6-7 тысяч рублей, хотя встречаются варианты подешевле. Однако все зависит от марки автомобиля.
1)Обрыв одной фазы вызывает повышение сопротивление в цепи остальных фаз, что приводит к снижению мощности генератора и недозарядке АБ. При обрыве 2-х фаз выключается вся обмотка статора и генератор работать не будет.
Проверка на обрыв производится поочередным подключением контрольной лампы к концам 2-х фаз. При наличии обрыва одной из фаз лампа гореть не будет.
2)Замыкание обмотки статора на сердечник возникает при механическом или тепловом повреждении изоляции. В этом случае снижается мощность генератора и происходит его перегрев, АБ будет заряжаться только при повышенной частоте вращения ротора.
Замыкание определяют с помощью контрольной лампы 220 В путем подключения одного вывода обмотки на сердечник, а другого на любой вывод обмотки.
3) Межвитковое замыкание в обмотке статора возникает при перегреве из-за разрушения изоляции. В этом случае в короткозамкнутых витках будет протекать ток большей силы, что приводит к дальнейшему перегреву обмотки и ее перегоранию. Из-за этого резко снижается мощность генератора, особенно при включении нагрузки.
Межвитковое замыкание диагностируют с помощью замера сопротивления фаз обмотки. Сопротивление всех фаз должно быть одинаковым (Г250 R Ф = 0,12 Ом).
Рис. 9. Схема проверки обмотки статора генератора: а) замыкание на корпус; б) обрыв обмотки; в) межвитковое замыкание.
4)Проверка статора на машине производится путем измерения переменного напряжения на выводах фаз обмотки до выпрямительного блока при неизменной средней частоте вращении коленчатого вала. Вольтметр переменного тока поочередно подключается к головкам болтов крепления выпрямительного блока типа БВП. Если напряжение не одинаково, то обмотки не исправны.
Выпрямитель . Пробой диодов выпрямительного блока происходит при перегреве током большой силы, повышении напряжения генератора выше нормы и механическом повреждении. Пробитый диод «плюсовой» или «минусовой» шины проводит ток в обоих направлениях, в результате этого снижается мощность генератора, а также напряжение, отдаваемое им в бортовую сеть. АБ не будет полностью заряжаться.
Если пробой произошел одновременно в обеих шинах, то это вызывает короткое замыкание фаз обмотки статора и замыканию АБ. В зарядной цепи будет протекать ток большой силы, что приведет к выгоранию, т.е. обрыву в цепи диода. Это равносильно обрыву одной фазы статора, а на неработающем двигателе через пробитый диод будет разряжаться АБ.
При нормальной работе генератора диапазон колебания напряжения в бортовой сети не превышает обычно 1,0 – 1,2В для бензиновых двигателей и имеет еще меньший уровень для дизелей. Если пробит диод, то из-за потери его выпрямляющих свойств диапазон изменения напряжения возрастает до 2,5 – 3,5В. Средний уровень напряжения при этом не меняется, однако большие колебания напряжения – «выбросы» снижают долговечность АБ и др. элементов электросистемы.
Рис. 10. Влияние пробоя диода на напряжение генератора: а – исправное состояние; б – пробит один диод генератора.
Проверку диодов на пробой и обрыв производят контрольной лампой мощностью 1 – 3 Вт или омметром.
Перед проверкой отсоединяются провода от генератора и РР, затем «+» АБ соединяется через лампу с клеммой «+» («30» для ВАЗ) генератора. Если лампа горит, то диоды прямой и обратной полярности пробиты.
Рис. 11. Схема проверки выпрямителя на машине.
Для проверки отдельных диодов, соединенных с шиной, подключают к ней провод от вывода «–» АБ, а другим проводом, соединенном с «+» АБ, поочередно касаются зажимов блока. Лампа будет гореть при пробое диода. Если сменить полярность подключения, то при исправном диоде лампа гореть не будет. При обрыве в цепи диода лампа не будет гореть в обоих случаях.
Рис. 12. Схема проверки диодов «плюсовой» шины генератора.
Проверку диодов «минусовой» шины и одновременно замыкание обмотки статора с сердечником определяют по следующей схеме.
Рис. 13. Схема проверки диодов и обмоток статора генератора.
Контрольная лампа будет гореть пробое диода или замыкании обмоток статора на корпус.
Исправность диодов выпрямителя можно проверить с помощью омметра. Сопротивление диода при прямом подключении R ≈ 200 Ом, при обратном R ≈ 200 кОм.
Ротор генератора не должен иметь ощутимого осевого и радиального люфта (возникают при износе подшипников).
Контактные кольца не должны иметь на поверхности неравномерного износа по ширине и нагара. При наличии таких неисправностей их зачищают мелкой шкуркой или протачивают на токарном станке. После проточки проверяют радиальное биение колец. Если биение больше допустимого (0,08 мм для двигателя ГАЗ-24), то это приведет к быстрому подгоранию колец и износу щеток.
Шкив генератора. Приводной ремень контактирует со шкивом боковыми поверхностями. Если при износе шкива контакт возникает по внутренней поверхности, то его площадь уменьшается.
Рис. 14. Схема контакта шкива и ремня генератора: а – нормальный контакт; б – шкив изношен.
В этом случае при повышении нагрузки в цепи (включение фар) ремень начинает проскальзывать и появляется характерный свист.
Ремень привода. Испытание ремней по ГОСТ 5813-93. После 500 ч испытаний (эквивалентно пробегу 140 000 км) вытяжка ремня не должна превышать 2,5%.
Генератор предназначен для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумулятора при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи, и ее ускоренному выходу из строя. Не менее чувствительны к величине напряжения лампы освещения и сигнализация, акустическое оборудование.
Генератор - достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов. Принцип работы электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы у всех автомобильных генераторов, независимо от того, где они выпускаются.
Принцип действия генератора
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой - подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т.е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение (обычно через контрольную лампу состояния генераторной установки). Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т.к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы - обычно 2...3 Вт.
При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно "северный", и "южный" полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.
За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть "южных" и шесть "северных" полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т.к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора.
Обмотка статора генераторов зарубежных и отечественных фирм - трехфазная. Она состоит из трех 3 частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов. Фазы могут соединяться в "звезду" или "треугольник". При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения действуют между концами обмоток фаз, а токи протекают в этих обмотках, линейные же напряжения действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи. Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные. При соединении в "треугольник" фазные токи меньше линейных, в то время как у "звезды" линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в "треугольник", значительно меньше, чем у "звезды". Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в "треугольник", т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у "звезды" больше фазного, в то время как у "треугольника" они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения "треугольник" требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со "звездой".
Более тонкий провод можно применять и при соединении типа "звезда". В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в "звезду", т.е. получается "двойная звезда". Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом "+" генератора, а другие три с выводом "—" ("массой"). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в "звезду", т. к. дополнительное плечо запитывается от "нулевой" точки "звезды".
У многих генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. Следует обратить внимание на то, что под термином "выпрямительный диод", не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т.д. Иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, герметизированный на теплоотводе
Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т.е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генератор элементов ее защиты от скачков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении, он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения (напряжением стабилизации).
Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25... 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны "пробиваются ", т.е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе "+" генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после "пробоя" используется и в регуляторах напряжения.
Принцип действия регулятора напряжения (реле регулятора)
В настоящее время все генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки - тем меньше это напряжение.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения.
Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить - увеличивается.
Конструктивное исполнение генераторов
По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы - генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой «компактной» конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому, по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой (Mitsubishi, Hitachi), и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости (Bosch, Valeo). В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.
Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками -передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.
Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части - над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку (Denso). Существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными, и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное - только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.
Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами - полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы - полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума. После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т.к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.
Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.
Щеточный узел - это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты.
В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов - меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя, и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.
Выпрямительные узлы применяются двух типов - либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы, либо в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин-теплоотводов, соединенных с "массой" и выводом "+" генератора, случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи, что может привести к возгоранию. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.
Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами (Delco Remy, Motorcraft). Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец обычно плотная, со стороны привода - скользящая, в посадочное место крышки наоборот - со стороны контактных колеи - скользящая, со стороны привода - плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства - резиновые кольца, пластмассовые проставки, гофрированные стальные пружины и т.п. Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами - диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле.
Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец.
У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места - к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.
Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.
Привод генераторов и крепление их на двигателе
Привод генераторов всех типов автомобилей осуществляется от коленчатого вала ременной или зубчатой передачей. При этом возможны два варианта - клиновым или поликлиновым ремнем. Приводной шкив генератора выполняется с одним или двумя ручьями для клинового ремня и с профилированной рабочей дорожкой для поликлинового. Вентилятор, выполненный, как правило, штамповкой из листовой стали, в традиционной конструкции генератора крепится на валу рядом со шкивом. Шкив может выполняться сборным из двух штампованных дисков, литым из чугуна или стали, а также полученным методом штамповки или точеным из стали.
Качество обеспечения питанием потребителей электроэнергии, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев приводного шкива генератора к шкиву коленчатого вала. Для повышения качества питания электропотребителей это число должно быть как можно больше, т.к. при этом частота вращения генератора повышается, и он способен отдать потребителям больший ток. Однако при слишком больших передаточных числах происходит ускоренный износ приводного ремня, поэтому передаточные числа передачи двигатель-генератор для клиновых ремней лежат в пределах 1,8...2,5, для поликлиновых до 3. Более высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем. Наилучшей конструкцией для генератора является индивидуальный привод. При таком приводе подшипники генератора оказываются менее нагруженными, чем в «коллективном» приводе, при котором обычно генератор приводится во вращение одним ремнем с другими агрегатами, чаще всего водяным насосом, и где шкив генератора служит натяжным роликом. Поликлиновым ремнем обычно приводится во вращение сразу несколько агрегатов. Например, на автомобилях Mercedes один поликлиновой ремень приводит во вращение одновременно генератор, водяной насос, насос гидроусилителя руля, гидромуфту вентилятора и компрессор кондиционера. В этом случае натяжение ремня осуществляется и регулируется одним или несколькими натяжными роликами при фиксированном положении генератора. Крепление генераторов на двигателе выполнено на одной или двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя. Натяжение ремня производится поворотом генератора на кронштейне, при этом натяжная планка, соединяющая двигатель с натяжным ухом, может быть выполнена в виде винта, по которому перемещается резьбовая муфта, сочленяемая с ухом.
Встречаются конструкции, у которых прорезь в натяжной планке имеет зубчатую нарезку, по которой перемещается натяжное устройство, соединенное с натяжным ухом. Такие конструкции позволяют обеспечивать натяжение ремня очень точно и надежно.
К сожалению, на данный момент не существует международных нормативных документов, определяющих габаритные и присоединительные размеры генераторов легковых автомобилей, поэтому генераторы различных фирм существенно отличаются друг от друга, разумеется, кроме изделий, специально предназначенных в качестве запчастей для замены генераторов других фирм.
Бесщеточные генераторы
Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т.п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.
