Устройство генератора автомобиля: как работает и для чего нужен

Читать в полной версии

Что такое генератор

Генератор — это устройство для преобразования механической энергии, передаваемой от ДВС с помощью приводного ремня, в электрическую, которая используется большим количеством систем автомобиля. Генератор располагается под капотом машины максимально близко к ДВС для снижения потерь передаваемой от него энергии. Конкретное место установки зависит от модели автомобиля. У внедорожников генератор, как правило, находится выше, чем у обычных легковушек, чтобы минимизировать риск попадания воды в устройство при преодолении бродов.

Для чего нужен генератор

Аккумулятор — лишь накопитель энергии. Без постоянного ее притока батарея быстро разрядится при включении множества потребителей электричества и не сможет выполнять свою основную функцию — снабжать током стартер при запуске ДВС. Таким образом автомобилю необходима собственная «бортовая электростанция». Именно эту функцию выполняет генератор.

После включения ДВС генератор начинает вырабатывать электроэнергию для:

1. Электронных блоков управления;
2. Светотехники;
3. Усилителя руля, если тот электрогидравлический или электрический;
4. Электромеханического стояночного тормоза (при наличии);
5. Системы мультимедиа;
6. Прочих устройств;
7. Зарядки аккумулятора;
8. Самовозбуждения генератора (процесс, когда обмотка возбуждения начинает «запитываться» от самого генератора).

В автомобилях с гибридной силовой установкой генератор нередко выполняет и функции стартера. В этом случае принято говорить о стартер-генераторе.

Виды автомобильных генераторов

Существуют две основные разновидности генераторов:

Генератор постоянного тока

Вплоть до 1960-х годов на автомобилях устанавливались генераторы, которые за счет чисто механического устройства, коммутатора, вырабатывали постоянный ток, необходимый бортовым потребителям электроэнергии. Однако такие генераторы обладали низким кпд преобразования механической энергии в электрическую да к тому же получались громоздкими и тяжелыми, а их ресурс из-за большого количества механических частей оставлял желать лучшего при высокой стоимости.

Генератор переменного тока

Сегодня общим стандартом является использование автомобильных генераторов переменного тока, использующих компактные, легкие, надежные электронные преобразователи переменного тока в постоянный. Первым серийным автомобилем, получившим в базовой комплектации генератор переменного тока, стал Plymouth 1960 года. В среднем кпд генераторов переменного тока — 60-80%.

Из чего состоит генератор автомобиля

Основными компонентами генератора являются:

1. Ротор. Это вращающийся элемент, состоящий из находящихся на валу двух стальных сердечников, между которыми находится катушка возбуждения. Для передачи на ее концы тока с регулятора напряжения используются медные или стальные контактные кольца.
2. Статор. Это неподвижный элемент, который состоит из пластинчатого металлического сердечника с навитыми якорными обмотками. Сегодня на легковых автомобилях устанавливают, как правило, трехфазные синхронные генераторы переменного тока с 36 пластинами сердечника и тремя обмотками.
3. Диодный мост (выпрямительный блок). Блок состоит из набора силовых диодов, которые для отвода тепла обычно запрессованы в массивные пластины радиатора. Диодный мост преобразует переменный ток в постоянный, который используется всеми бортовыми потребителями электроэнергии, в том числе аккумулятором для зарядки.
4. Регулятор напряжения. Блок полупроводников, регулирующий ток в обмотке возбуждения статора таким образом, чтобы поддерживать стабильное выходное напряжение при любом количестве подключенных потребителей энергии и независимо от частоты вращения ротора. Для предотвращения перезаряда и перегрева подзаряжаемого аккумулятора регулятор увеличивает напряжение в бортовой сети при низкой температуре воздуха за бортом и наоборот уменьшает в жару.
5. Щеточный узел. Выполненный из пластика элемент, в котором закреплены подпружиненные графитовые щетки, касающиеся контактных колец на валу ротора. Нередко щеточный узел выполнен в общем корпусе с регулятором напряжения. При выходе из строя последнего или износе щеток такая съемная конструкция позволяет не менять генератор целиком.
6. Корпус. Выполненный, как правило, из алюминиевого сплава состоит из двух крышек: передней и задней. К первой крепят статор, а ко второй — диодный мост, регулятор напряжения и щеточный узел. Свободное вращение ротора обеспечивается запрессованными в крышки корпуса подшипниками.
7. Привод (шкив). Элемент, через который с помощью клинового ремня на ротор генератора передается механическая энергия вращения коленчатого вала ДВС. Плавность процесса обеспечивает обгонная муфта, установленная на шкив.

Принцип работы генератора

Генератор, как и синхронный электромотор переменного тока, работает за счет электромагнитной индукции. Это явление возникновения электрического тока в замкнутом проводнике, который находится в однородном вращающемся магнитном поле. Теперь подробнее:

1. Работающий ДВС через клиновой ремень передает крутящий момент на шкив генератора и его ротор;
2. Ток, проходящий через обмотку возбуждения ротора, генерирует постоянное магнитное поле, что превращает ротор в подобие вращающегося постоянного магнита, чье магнитное поле за счет электромагнитной индукции создает в обмотках статора электрическое напряжение;
3. Трехфазный переменный ток, возникающий в обмотках статора, выпрямитель преобразует в постоянный;
4. Регулятор за счет контроля тока возбуждения ротора поддерживает напряжение в бортовой сети на уровне 13-13,5 В летом и 14-14,5 В зимой.

Как понять, что генератор неисправен

Генератор по своей природе подвергается постоянным нагрузкам, а находясь в подкапотном пространстве в непосредственной близости от ДВС, испытывает также воздействие высоких температур и не полностью изолирован от летящих с дороги грязи, воды и антигололедных реагентов. Ситуация усугубляется при установке дополнительных потребителей электроэнергии, например, мощных сабвуферов. Все это приводит к появлению различных неисправностей:

Выход из строя регулятора напряжения

Выход из строя регулятора приводит:

1. К отключению генератора от бортовой сети, после чего все потребители электроэнергии переключаются на питание от аккумулятора, что вызывает падение напряжения ниже 12,8 В. Сигнализировать об этом будут расположенные на приборной панели красный индикатор отсутствия заряда или символ Check Engine.
2. К увеличению напряжения более 15 В, что вызовет перезаряд аккумулятора и как следствие существенно сократит его срок службы. В этом случае индикатор на приборной панели не загорается, а признаками неисправности становятся нарушения в работе электронных систем автомобиля и перегорающие лампы/предохранители.

Непосредственно причинами выхода из строя регулятора напряжения являются:

1. Нарушение полярности при подключении аккумулятора;
2. Пробой диодов выпрямителя;
3. Короткое замыкание в цепи возбуждения;
4. Разрушение щеток генератора;
5. Попадание влаги в корпус генератора.

Пробой диодного моста

Эта неисправность, при которой генератор перестает работать, — результат скачка напряжения, что чаще всего происходит при:

1. Отключении аккумулятора от бортовой сети при работающем двигателе;
2. «Прикуривании», когда с помощью подключенных проводов запускают двигатель другого автомобиля с севшим аккумулятором;
3. Несоблюдении полярности во время подключения аккумулятора.

Стачивание щеток или токосъемных колец

Контактирующие друг с другом щетки и токосъемные кольца стачиваются при вращении вала ротора. В результате, генератор перестает выдавать требуемое напряжение, что чревато некорректной работой электрооборудования и недозарядом аккумулятора.

Проблемы с проводкой

Генератор может не выполнять свои функции из-за таких проблем с проводкой, как:

1. Повреждение изоляции;
2. Обрыв;
3. Окислившиеся или прогоревшие контакты.

Повреждение корпуса

Если генератор установлен очень низко, его корпус может быть поврежден при наезде, например, на высокий камень. В этом случае внутрь корпуса генератора начнет активно поступать влага и грязь, что быстро приведет к выходу устройства из строя. После проезда проблемных участков следует визуально проверять генератор на наличие таких повреждений.

Износ подшипников

Подшипники генератора, как и любые другие, со временем изнашиваются, а в тяжелых условиях эксплуатации (частая езда по грязи, песку, преодоление бродов) это происходит значительно быстрее. Износ выдает себя характерным тонким свистом. Если не обращать на это внимание, ротор генератора может заклинить.

Обрыв приводного ремня

Приводной ремень не является, собственно, частью генератора, но без этого передаточного звена устройство полностью теряет свою работоспособность. В процессе эксплуатации автомобиля приводной ремень генератора растягивается и стирается, из-за чего слетает или рвется. Как правило приводной ремень меняют на пробегах 80-100 тыс. км.

Часто задаваемые вопросы о генераторе

Какое напряжение генератор должен выдавать на автомобиле?

При работе ДВС на холостом ходу исправный генератор современного легкового автомобиля должен выдавать напряжение в диапазоне от 13,5 до 14,7 В. Падение напряжения ниже 12,8 В приводит к тому, что аккумулятор перестает заряжаться.

Как проверить работает ли генератор на машине?

Самый безопасный способ проверить генератор — с помощью мультиметра. Алгоритм следующий:

1. При выключенном двигателе измерить напряжение на клеммах аккумулятора. Если тот исправен, мультиметр покажет 12,7 В.
2. Запустить двигатель, отключить все потребители электроэнергии (вентилятор салона, световые приборы, обогревы, мультимедийную систему и т.д.) и вновь измерить напряжение на клеммах аккумулятора. В зависимости от модели автомобиля прибор должен показать 13,8-14,8 В.
3. Включить максимальное число потребителей энергии и вновь замерить напряжение на клеммах аккумулятора. Если мультиметр покажет значения ниже 13,8 В, генератор неисправен.

Как не «убить» генератор?

При мойке моторного отсека нельзя допускать, чтобы большое количество моющего средства и воды под напором попадали на генератор. Требуется соблюдать осторожность и при проезде глубоких луж. Влага — враг генератора. Следует также помнить, что генераторы рассчитаны на определенную нагрузку, при превышении которой системы автомобиля перестанут получать необходимое количество электроэнергии, что выразится в их некорректной работе. Поэтому обращайтесь к специалистам при установке таких дополнительных электрических устройств, как мощные аудиосистемы, лебедки. Аналогичный эффект «электрического голодания» проявится при использовании старого аккумулятора, на подзарядку которого будет уходить непропорционально большая часть энергии, вырабатываемой генератором.

Читайте также:

Двигатель внутреннего сгорания: что это и как работает. 5 интересных фактов Дизельный двигатель: как он устроен, его плюсы и минусы Какое масло заливать в двигатель: дизельный, бензиновый, с большим пробегом Что такое контрактный двигатель и нужно ли оформлять замену в ГИБДД

Что такое AGM аккумуляторы и как их правильно заряжать 5 фактов о ДВС, которые будут интересны всем водителям