Устройство и принцип действия автомобильного генератора

Аккумуляторная батарея питает бортовую сеть автомобиля только на стоянке и в момент запуска двигателя. Дальше эстафету подхватывает агрегат, преобразующий механическую работу крутящегося коленчатого вала в электроэнергию. Без этого мощного источника питания нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна, поскольку заряд аккумулятора не бесконечен. Автолюбителям, занимающимся самостоятельным обслуживанием своей машины, стоит изучить принцип работы автомобильного генератора и его характерные неисправности.

Как устроен электрогенератор?

Основная деталь аппарата – корпус, состоящий из двух крышек и выполненный из алюминиевого сплава, обеспечивающего эффективный отвод излишков теплоты. На корпусе предусматривается крепежный фланец либо прилив со сквозным отверстием под длинный болт (в зависимости от марки автомобиля). В целом устройство агрегата выглядит так:

1. Передняя и задняя крышки корпуса стянуты между собой винтами, изнутри к ним крепится неподвижная обмотка статора.
2. На торцах крышек сделаны отверстия, куда запрессовываются подшипники вала ротора. Также по бокам предусмотрены вентиляционные проемы, служащие для охлаждения внутренностей генератора.
3. Ротор, вращающийся внутри корпуса на подшипниках, представляет собой вал со второй обмоткой и двумя металлическими втулками, имеющими клиновидные вырезы. Со стороны передней крышки к валу гайкой прикручен приводной шкив.
4. Снаружи задней крышки расположены медные контактные кольца и графитовые щетки, вставленные в специальные гнезда – щеткодержатели. Рядом на пластине в виде подковы собрана выпрямительная схема на диодах (иначе – диодный мост).
5. Элементы передачи тока от ротора (щетки, кольца) и диодная схема закрыты снаружи защитным кожухом с многочисленными отверстиями для охлаждения. На заднем конце вала (под кожухом) закреплена крыльчатка, прогоняющая воздух сквозь корпус агрегата.

Устройство генератора электрического тока мало изменилось с момента его изобретения. Данный агрегат, предназначенный для преобразования энергии вращения в электричество, отличается совершенной конструкцией и высокой эффективностью. КПД аппарата составляет 98–99%.

Поскольку токоведущие скользящие контакты (щетки) являются слабым звеном конструкции и быстро истираются, в более современных генераторах реализован безщеточный способ передачи тока. В процессе задействована установленная на валу звездочка и дополнительная обмотка, прикрепленная изнутри к торцу задней крышки.

Невзирая на кажущуюся сложность конструкции автомобильного электрогенератора, разобрать его довольно просто. Чтобы вытащить ротор, достаточно открутить кожух и винты, стягивающие 2 крышки, предварительно сняв приводной шкив.

Месторасположение и схема подсоединения агрегата

Вал ротора генератора приводится в движение ременной передачей, соединяющей его со шкивом коленвала. Поэтому агрегат всегда расположен поблизости от переднего торца двигателя, где находится привод газораспределительного механизма. В переднеприводных автомобилях мотор повернут на 90°, а электрогенератор находится с правой стороны (если смотреть по ходу движения).

Примечание. В легковых машинах аппарат зачастую ставится в нижней зоне, над защитными кожухами. Производители внедорожников стараются поднять генератор повыше, чтобы внутрь не попала вода во время преодоления глубоких луж и бродов.

Статорная обмотка аппарата является трехфазной, поскольку состоит из 3 отдельных секций, повернутых друг относительно друга на 120°. Поэтому обмотки подключаются «звездой», а к выводу каждой фазы подсоединена пара диодов, преобразующих переменный ток в постоянный. Всего выпрямительный мост включает 3 пары элементов (6 диодов).

Схема подключения автомобильного генератора состоит из таких элементов:

• встроенный диодный выпрямитель, описанный выше;
• реле – автоматический регулятор выходного напряжения;
• группа дополнительных диодов (3 шт.), выпрямляющих ток для регулятора;
• лампа – индикатор зарядки аккумуляторной батареи;
• замок зажигания;
• аккумулятор.

К реле-регулятору подсоединены вывода обмоток ротора и статора (через выпрямительный мост). Задача данного блока – регулировать мощность на выходе генераторного узла, удерживая величину напряжения в диапазоне 13,8–14,7 вольт.

В цепь электрогенератора и реле включены контакты замка зажигания и аккумуляторная батарея, получающая заряд в процессе работы двигателя. От линии, ведущей к блоку регулятора, запитана лампочка на приборной панели, сигнализирующая о питании бортовой сети от аккумулятора. Когда мотор заводится и начинается генерация тока, индикатор гаснет.

Подробно об алгоритме работы

Принцип действия генератора основан на простом физическом явлении, называемом электромагнитной индукцией. Суть в следующем: если навести на многовитковую обмотку из медной проволоки магнитное поле, изменяющее направление с определенной частотой, то на выходе катушки возникнет переменный ток той же частоты. Остается лишь создать упомянутое поле вокруг обмоток статора, вырабатывающих напряжение.

На практике генерация электричества происходит по такому алгоритму:

1. Источник переменного магнитного поля автомобильного электрогенератора – обмотка самовозбуждения, расположенная в роторе. Чтобы изначально намагнитить клинообразные втулки, к ней подается импульс малой мощности от аккумулятора.
2. После запуска мотора и достижения определенных оборотов коленчатого вала обмотки статора выдают переменный ток, выпрямляемый силовыми диодами. С этого момента обмотка ротора питается от самого генератора, то есть, происходит самовозбуждение. Внешний источник питания больше не требуется.
3. Постоянный ток от диодного моста направляется в блок реле-регулятора. Поскольку величина напряжения «скачет» вместе с оборотами двигателя, задача электроники – стабилизировать перепады в диапазоне от 13,8 до 14,7 В.
4. Дальше напряжение подается на подзарядку аккумуляторной батареи и в бортовую электросеть автомобиля.

Реле-регулятор напряжения может входить в состав генераторной установки либо применяться в качестве отдельного блока.

Ток в статорных обмотках возникает в результате вращения переменного магнитного поля, создаваемого катушкой ротора. Чем быстрее крутится вал, тем выше напряжение и частота на выходе. Преобразование в постоянный ток обеспечивают полупроводники (диоды), закрепленные на теплоотводящей пластине и обдуваемые крыльчаткой вентилятора.

Устройство генератора безщеточного типа позволяет обмотке статора возбуждаться без внешнего источника питания. Намагничивание стальных втулок начинается при малых оборотах вала благодаря особой конструкции ротора и дополнительной катушке. Поэтому когда вы заводите с толкача машину с разряженным аккумулятором, оборотов коленчатого вала хватает, чтобы электрогенератор включился в работу.

Распространенные неисправности

Индикатором работоспособности генераторной установки служит сигнальная лампа красного цвета, размещенная на панели приборов. Ее включение свидетельствует о том, что вместо генератора бортовую сеть обеспечивает энергией аккумулятор, который постепенно разряжается.

Справка. Если продолжать движение с горящей лампочкой, заряда батареи надолго не хватит. Большое количество энергии отнимает искрообразование на свечах зажигания и питание электронных систем управления двигателем.

Автомобильный электрогенератор – довольно надежный агрегат, но не вечный. В результате износа деталей автолюбителю приходится сталкиваться со следующими неисправностями:

• растягивание и проскальзывание приводного ремня (сигнальная лампа может помигивать);
• истирание рабочей поверхности щеток либо контактных колец;
• износ и разрушение сепараторов подшипников;
• выход из строя электроники реле-регулятора;
• нарушение целостности электрических цепей.

К полному отказу генератора ведут последние 2 причины – поломка регулятора и обрыв цепи. Тогда напряжение от агрегата не поступает вовсе. В остальных случаях зарядка аккумулятора продолжается, но с перебоями. При изношенных подшипниках ротора работа генератора автомобиля сопровождается сильным шумом, а проскальзывающий ремень издает громкий писк.

Замена либо натяжка ремня привода не составляет серьезной проблемы, генератор демонтировать не нужно. В большинстве автомобилей ослабляется фиксирующая гайка натяжного кронштейна и болт крепления агрегата, после чего ремень можно сбросить или натянуть. В некоторых машинах ременная передача регулируется отдельным роликом.

Для замены подшипников, щеток либо колец электрогенератор придется снять и разобрать. Демонтаж лучше произвести до покупки новых деталей, дабы не ошибиться с размерами.

За устранением неисправностей электрических цепей и блоков стоит обратиться к мастерам станции технического обслуживания.

Некоторые поломки, встречающиеся довольно редко, ведут к полной замене генератора:

• замыкание витков роторной или статорной обмотки;
• обрыв внутри катушки;
• износ вала либо гнезда в крышке, в результате чего проскальзывает обойма подшипника.

Совет. Подобные неполадки рекомендуется проверять на СТО, чтобы убедиться в правильности диагноза.

Работоспособность генератора можно проверить в гаражных условиях, подключив к клеммам аккумуляторной батареи вольтметр. Замер производится на холостых оборотах двигателя. Если напряжение превышает 14,7 В, налицо так называемая перезарядка и проблема кроется в блоке регулятора. Показания ниже 13,6 вольт указывают на слабую генерацию тока либо ее отсутствие.

Причиной неполадки также бывает пробой диодов выпрямительного моста, который меняется целиком, вместе с «подковой». Если же на греющиеся диоды постоянно попадает грязь и масло от двигателя (через вентиляционные проемы кожуха), то возможно возгорание задней части электрогенератора. После обнаружения смазки внутри агрегата его необходимо разобрать и хорошенько вычистить.