Устройство и принцип работы автомобильного генератора

Проверяем фотодиод

При простой проверке измеряется обратное и прямое сопротивление помещенного под источник света радиоэлемента, после чего его затемняют и повторяют процедуру. Для более точного тестирования потребуется снять вольтамперную характеристику, сделать это можно при помощи несложной схемы.

Пример схемы для снятия вольтамперных характеристик

Для засветки фотодиода в процессе тестирования можно использовать в качестве источника освещения лампу накаливания мощностью от 60Вт или поднести радиодеталь к люстре.

У фотодиодов иногда встречается характерный дефект, который проявляется в виде хаотического изменения тока. Для обнаружения такой неисправности необходимо подключить тестируемый элемент так, как это показано на рисунке, и измерять величину обратного тока в течение пары минут.

Проверка на «ползучесть»

Если в процессе тестирования уровень тока будет оставаться неизменным, значит, фотодиод можно считать рабочим.

Тестирование без выпайки.

Как показывает практика, протестировать диод не выпаивая, когда он находится на плате, как и другие радиодетали (например, транзистор, конденсатор, тиристор и т.д.), не всегда удается. Это связано с тем, что элементы в цепи могут давать погрешность. Поэтому перед тем, как проверить диод, его необходимо выпаять.

Внешне стабилитрон похож на диод, выпускается в стеклянном и металлическом корпусе. Его главное свойство заключается в сохранении постоянного напряжения на своих выводах при достижении определенного потенциала. Это наблюдается у него при достижении напряжения туннельного пробоя.

Обычные диоды при таких значениях быстро доходят до теплового пробоя и перегорают. Стабилитроны, их еще называют диодами Зенера, в режиме туннельного или лавинного пробоя могут находиться постоянно, без вреда для себя, не доходя до теплового пробоя. Прибор изготавливается из монокристаллического кремния, в электронной аппаратуре выступает как стабилизатор или опорное напряжение. Высоковольтные защищают от перенапряжений, интегральные стабилитроны со скрытой структурой используются в качестве эталонного напряжения в аналого-цифровых преобразователях.

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

• Раму, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
• Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
• Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
• Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество:

1. Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
2. Статор – неподвижный элемент, который изготовлен из железных листов. Внутри него есть пазы, внутри которых располагается проволочная обмотка.

Для получения большей магнитной индукции, между этими элементами должно быть небольшое расстояние. По своей конструкции генераторы бывают:

• С подвижным якорем и статическим магнитным полем.
• С неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.

В настоящее время более распространено оборудование с вращающимися магнитными полями, т.к. значительно удобнее снимать электрический ток со статора, чем с ротора. Устройство генератора имеет немало сходств с конструкцией электродвигателя.

Классический генератор

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

Конструкция содержит двигатель, работающий на жидком топливе, вращающий генератор. Обороты ротора должны быть стабильными, иначе качество выработки электричества снижается. При износе генератора скорость вращения становится ниже, что является существенным недостатком устройства.

Если нагрузка на генератор ниже номинальной, он будет частично работать вхолостую, съедая лишнее топливо.

Поэтому важно при его приобретении сделать точный расчёт требуемой мощности, чтобы он был правильно загружен. Нагрузка ниже 25% запрещается, так как это влияет на его долговечность

В паспортах указаны все возможные режимы работы, которые необходимо соблюдать.

Многие виды классических моделей имеют приемлемые цены, высокую надёжность и большой диапазон мощностей

Важно загружать его как следует и вовремя производить техосмотр. На рисунке ниже представлены модели бензинового и дизельного генераторов

Классический генератор: а) – бензиновый генератор, б) – дизельный генератор

Дизельный генератор

Генератор приводит в действие двигатель, работающий на дизельном топливе. ДВС состоит из механической части, панели управления, системы подачи топлива, охлаждения и смазки. От мощности ДВС зависит мощность генератора. Если она требуется небольшая, например, на бытовые приборы, целесообразным является применение бензинового генератора. Дизельные генераторы применяются там, где нужна большая мощность.

ДВС применяются в большинстве с верхней установкой клапанов. Они компактней, надёжней, удобны в ремонте, меньше выделяют токсичных отходов.

Генератор предпочитают выбирать с корпусом из металла, поскольку пластик менее долговечный. Устройства без щёток долговечней, а вырабатываемое напряжение более стабильное.

Ёмкость топливного бака обеспечивает работу на одной заправке не более 7 часов. В стационарных установках применяется внешний бак с большим объёмом.

Бензогенератор

В качестве источника механической энергии наиболее распространён четырёхтактный карбюраторный двигатель. Большей частью применяются модели от 1 до 6 кВт. Есть устройства до 10 кВт, способные обеспечить на определённом уровне загородный дом. Цены бензиновых генераторов являются приемлемыми, а ресурс – вполне достаточным, хотя и меньшим, чем у дизельных.

Генератор выбирается в зависимости от нагрузок.

Для больших пусковых токов и при частом применении электросварки лучше использовать синхронный генератор. Если взять асинхронный генератор мощнее, он справится с пусковыми токами

Однако, здесь важно, чтобы он был загружен, иначе бензин будет расходоваться нерационально

Схемы выпрямительных блоков автомобильных генераторов.

В выпрямительных блоках отечественных автомобильных генераторов обычно используются диоды Д104-20, Д104-25, Д104-35, рассчитанные, соответственно на максимально допустимые токи 20, 25, 35 А. В трехфазных генераторах максимальный ток генератора не должен превосходить утроенную величину максимально допустимого тока через диод. Так , если применены диоды, на максимально допустимый ток 20 А, то при использовании выпрямительного моста с шестью такими диодами максимальный ток генератора не может превосходить 60 А. Если требуется генератор на больший ток, то можно использовать выпрямительный блок с диодами на больший максимально допустимый ток или выпрямительный блок с двенадцатью диодами.

Рисунок 8.1 – Схема выпрямительного блока с двенадцатью диодами.

Следует отметить, что удвоения тока генератора при увеличении в два раза числа диодов не происходит, так как ток между двумя параллельными диодами распределяется неравномерно. От выпрямительного блока показанного на рисунке 8.1 с диодами на 20 А можно получить ток 90-100 А. Для того, чтобы обеспечить больший выходной ток генератора можно увеличить количество фаз обмотки статора. Число фаз выбирается нечетным, например 5,7,9 и так далее. При использовании четного числа фаз количество пульсаций выпрямленного напряжения уменьшается в 2 раза по сравнению с нечетным числом фаз, а их амплитуда растет, что отрицательно сказывается на качестве выходного напряжения генератора.

На на спецавтомобилях используется пятифазный генератор с пятифазным основным выпрямительным мостом и трехфазным дополнительным выпрямителем для питания обмотки возбуждения .

Рисунок 8.2 – Схема выпрямительного блока для генератора с пятью фазами и дополнительным выпрямителем.

Токи в обмотке возбуждения невелики, поэтому использовать пятифазный выпрямитель нецелесообразно. Для питания обмотки возбуждения используется трехфазный выпрямительный мост, подключаемый так, чтобы напряжение на его выходе было максимальным.

В современных генераторах иногда используются трехфазные выпрямительные мосты, имеющие 4 плеча.

Рисунок 8.3 – Особенности работы выпрямителя с дополнительным плечом.

Четвертое плечо входом подключается к нейтрали обмотки статора и служит для выпрямления высших гармоник. Дело в том, что в реальном генераторе форма фазного напряжения отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму гармоник – первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, для трехфазных генераторов, главным образом третьей.

Рисунок 8.4 – Фазное напряжение

в виде суммы синусоид первой и третьей гармоник.

Сдвиг 120° между фазами генератора для первой гармоники соответствует сдвигу 360°для третьей гармоники, 720° для шестой гармоники и так далее для гармоник, кратных трем. Поэтому третьи гармоники и гармоники кратные трем разных фаз трехфазного генератора имеют векторы направленные одинаково (

и на рисунке 8.3,а ). В линейных напряжениях, которые являются векторной суммой двух фазных напряжений, гармоники, кратные трем, уничтожаются ( ). Обычный выпрямитель не выпрямляет третьи гармоники, так как он выпрямляет линейное напряжение.

Для того, чтобы использовать мощность, развиваемую третьей гармоникой, к выпрямителю добавляют дополнительное плечо. Это плечо подключается к нейтральной точке обмотки статора (см. рисунок 5.8, б

). Таким образом на вход выпрямительного блока подаются фазные напряжения, в которых содержатся гармоники кратные трем. Поэтому выпрямитель, показанный на рисунке 5.8, б дополнительно выпрямляет гармоники кратные трём. Применение дополнительного плеча увеличивает мощность генератора на 5 – 15 %.

На дорогих автомобилях устанавливается сложная электроника, которая очень чувствительна к перенапряжениям. Для избавления от перенапряжений вместо диодов в выпрямительном блоке применяются стабилитроны, напряжение стабилизации которых в 1,5 раза больше чем напряжение генератора.

Классификация генераторов

Существует несколько признаков, на основании которых электрический генератор можно отнести к одной из разновидностей:

• Сфера применения.
• Режимы работы.
• Фазность.
• Автономность.

Эксплуатация По каждому из признаков надо изучить модель заранее, тогда и выбор проще будет сделать.

Автономность

Полная независимость от централизованных источников энергии — одно из главных преимуществ, которыми обладают современные генераторы. В зависимости от этого показателя, модели делятся на мобильные либо стационарные.

Стационарные

Речь идёт о генераторных станциях, в основе работы которых — дизельные двигатели. Подходят для снабжения электрической энергии потребителей, удалённых от других подобных объектов. Обеспечивают снабжение током на тех территориях, где даже малейшая остановка производственных процессов приведёт к серьёзным негативным последствиям.

Мобильные

Чаще всего эти агрегаты — самые компактные. Допускают перемещение в пространстве установки. У передвижных станций сфера применения довольно широка:

1. Электросварка.
2. Местное освещение.
3. Снабжение током бытовых электроприборов, и так далее.

Обслуживание и ремонт Внутри оборудования размещают двигатель внутреннего сгорания, который способен работать на дизельном топливе либо бензине. Агрегаты отличаются друг от друга по габаритам. Одного человека хватает, чтобы перемещать только самые маленькие устройства. Но есть мобильные варианты, монтаж которых проводят на автомобильных прицепах.

Фазность

Агрегаты разделяют на трёх- и однофазные в зависимости от внутренней структуры устройств.

Однофазные

Отличаются способностью производить однофазный ток. Питание бытовых приборов — главное назначение устройств. Обычно аппараты выпускают мобильными, чтобы с ними было проще обращаться. Частные домовладения — объекты, внутри которых однофазные агрегаты можно встретить чаще всего. Например — для удовлетворения различных нужд на бытовом уровне.

Трёхфазные

Питание силового электрооборудования — вот в чём состоит основная функция. Иногда происходит разделение такой энергии по нескольким фазам. Для питания электропроводки это очень удобное решение, позволяющее развести линию на несколько частей.

Интересно! Главное — чтобы мощность потребления у всех линий оставалась примерно одинаковой. Генератор быстро выходит из строя, если между значениями образуется серьёзная разница.

Режимы работы

Основные и резервные — две главные разновидности режимов работы согласно этой классификации.

Основные

Такие аппараты созданы, чтобы работать на постоянной основе. Группу промышленных установок представляют мощные электрогенераторы, снабжённые дизельными двигателями. Актуальны для объектов, которым наличие электрической энергии требуется постоянно.

Резервные

По названию легко понять, что такие электрические генераторы применяются лишь в некоторых, исключительно крайних случаях. Например, если централизованное электроснабжение отключают на некоторое время. Такие приборы могут включаться, если срабатывает реле, реагирующее на уменьшение напряжения. Беспрерывная работа допустима только на протяжении нескольких часов.

Сфера применения

Генераторы выпускают с расчётом на два основных направления — бытовые условия либо промышленные объекты.

В быту

Выбор бытовых генераторов на современном рынке порадует любого потребителя, вне зависимости от масштабов и запросов. Обычно выбирают однофазные установки, способные наладить бесперебойное снабжение электрическим током при аварийных ситуациях. Питание выносного электрооборудования — ещё одна сфера применения. Качество тока становится особенно важным показателем, если речь идёт о бытовых электроприборах, применяющих цифровую элементную базу. В этом случае энергия должна обладать такими параметрами: 220 В, 1 А, 50 Ггц.

Вам это будет интересно Виды и применение греющего электрического кабеля

На даче

При электросварочных работах применяют установки, обладающие повышенной мощностью. Преимущество в том, что для формирования электромеханической дуги вырабатывается ток с серьёзной силой.

Обратите внимание! Если в инструкции не описано сразу применение для электросварки, то стоит отказаться от подобной идеи. Иначе генераторы быстро портятся

Промышленные объекты

Чаще речь идёт о независимых мощных стационарных установках. Они актуальны для промышленных предприятий и целых жилых районов, больниц, общественных учреждений с высокой проходимостью. Тогда такие механические приспособления актуальны.

Устройство генератора

Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.

В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.

В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.

В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.

Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.

Не менее важную роль играет щеточный узел, передающий напряжение на контактные кольца и обеспечивающий работу узла.

Изделие состоит из пары графитных щеток, двух пружин и щеткодержателя.

Также уделим внимание элементам, расположенным внутри кожуха:

• Ротор — стальной элемент, имеющий одну обмотку и, по сути, представляющий собой электромагнит. Ротор находится на валу, а сверху обмотки установлены втулки клювообразной формы. Ток подается с помощью медных колец, которые расположены на валу и объединены с обмоткой через специальные щетки.
• Обмотка — устройство, изготовленное из медной проволоки и закрепленное в пазы сердечника. Сам сердечник выполнен в форме окружности и изготавливается с применением специального материала, обладающего улучшенными магнитными качествами. В электротехнике металл носит название «трансформаторное железо». У статора есть три обмотки, связанные между собой и объединенные в звезду или треугольник. В точке объединения установлен диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения. Обмотка изготовлена из специальной проволоки, имеющей двойную термоустойчивую изоляцию, покрытую специальным лаком.
• Реле-регулятор — ключевой элемент установки, обеспечивающий стабильное напряжение на выходе устройства. Монтаж регулятора может производиться в кожухе генератора или снаружи. В первом случае он находится возле графитных щеток, а во втором — там, где щетки крепятся к щеткодержателю (но в разных моделях авто монтаж может осуществляться по-разному). Ниже представлены реле-регуляторы с щеточным узлом.
• Выпрямительный мост — элемент, предназначенный для преобразования переменного тока на выходе статора в постоянное напряжение. Выпрямитель состоит из трех пар диодов, которые установлены на токопроводящем основании и попарно объединяются друг с дружкой. В среде автовладельцев и мастеров СТО диодный мост часто называется «подковой» из-за схожести с этим предметом.

Неисправности выпрямителя

Поскольку узел выпрямителя генератора состоит из нескольких полупроводниковых приборов, в 90% случаев защищен крышкой, для диагностики понадобятся электроприборы и частичная разборка генератора. Однако в некоторых случаях признаки неисправности диодного моста водитель может услышать:

• при появлении пульсаций (в бортовую сеть подается переменное напряжение вместо постоянного) электродвигатели некоторых потребителей могут воспроизводить звуки по аналогии с динамиком;
• чаще всего «пищит» привод стеклоподъемников и печки, причем тональность изменяется при изменении оборотов этих приборов, а не частоты вращения коленвала.

Во всех остальных случаях неисправности генератора автомобиля в узле выпрямителя диагностируются исключительно приборами. Для этого потребуется схема подключения диодного моста в конкретной модификации генератора, так как симптомы нарушения механической части полностью аналогичны поломке электрических деталей.

Диагностика поломок

Узел выпрямителя собирается по различным технологиям – часть деталей крепится механическим способом, мелкие диоды впаиваются в схему, крупногабаритные обычно запрессовываются. Поэтому потребоваться ремонт выпрямителя может, не только при выходе из строя полупроводниковых элементов, но и при некорректной их установке на «подкове» теплоотводящей пластины.

Методика диагностики выглядит следующим образом:

• с генератора снимается задняя крышка для обеспечения доступа к диодам;
• на пластину подается проводом «–» от АКБ, она прижимается к корпусу на генераторе, один провод лампы касается к диоду в месте присоединения статорной обмотки, второй – к «+» аккумулятора, при пробое лампочка загорится;
• тестер выставляется в режим омметра на 1 кОм, если поменять местами щупы мультиметра, показания должны измениться с 0 на 400 – 800 Ом в разных направлениях.

Рис. 10 Диагностика выпрямителя лампой

Рис. 11 Диагностика мультиметром

В большинстве случаев горит диодный мост при проникновении влаги.

Для чего нужен в генераторе переменного тока диодный выпрямитель? Виды выпрямителей

1. Аккумуляторная батарея автомобиля служит для хранения запаса электрической энергии и является устройством постоянного тока. Аккумулятор снабжает потребители энергии постоянным током и требует для своей подзарядки также постоянный ток.

2. Перед тем, как использовать энергию генератора переменного тока в автомобиле, необходимо преобразовать переменный ток в постоянный. Как видно из рис. 3.7, ток генератора движется по цепи сначала в одну сторону, затем в другую. Если убрать нижнюю полуволну синусоиды, то ток станет пульсирующим, но зато не будет менять направления. Для аккумулятора такая пульсация не имеет значения, а если к выходу генератора подключить амперметр, то он покажет среднее значение постоянного тока.

3. Устройство, которое пропускает ток в одном направлении и не пропускает в другом, называется выпрямителем. Современные выпрямители выполнены из полупроводниковых материалов и имеют высокий коэффициент полезного действия.

На рис. 3.7 показана простейшая схема подключения генератора переменного тока к нагрузке через диодный выпрямитель. Выпрямитель пропускает только верхнюю полуволну тока, отсекая нижнюю, поэтому с выпрямителя на нагрузку поступает пульсирующий ток всегда одного направления. По очевидным причинам такой выпрямитель известен под названием однополупериодного. Выпрямитель такого типа прост, но малоэффективен, потому что нижний полупериод тока просто теряется.

Рис. 3.7. Однополупериодный выпрямитель генератора переменного тока.

4. Более эффективным является двухполупериодный выпрямитель, который использует обе полуволны синусоиды тока генератора. Для его реализации требуется четыре диода (см. рис. 3.8(а)). Собранный по такой схеме выпрямитель называют мостом.

Рис. 3.8(а). Схема и работа двухполупериодного выпрямителя генератор переменного тока.

5. Ток от генератора проходит через диоды выпрямителя только в направлении стрелки, но не наоборот. Так, если верхний вывод генератора в некоторый момент имеет положительное напряжение, то ток от него пойдет на зарядку аккумулятора через одну пару диодов, как показано на рис. 3.8(б).

Рис. 3.8(б). Схема и работа двухполупериодного выпрямителя генератор переменного тока.

При смене полярности выводов генератора ток на аккумулятор пойдет через другую пару диодов (см. рис. 3.8(в)).

Рис. 3.8(в). Схема и работа двухполупериодного выпрямителя генератор переменного тока.

Таким образом, на аккумулятор пройдут обе полуволны синусоиды. На рис. З.9 показан для сравнения результирующий ток на выходе как одно-, так и двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 3.9. Ток на выходе генератора переменного тока и выпрямителя.

Одна из возможных конструкций двухполупериодного выпрямителя показана на рис. 3.10. Отдельные элементы выпрямителя называются диодами.

Рис. 3.10. Одна из конструкций двухполупериодного выпрямителя генератора переменного тока.

6. Трехфазный выпрямитель имеет тот же принцип действия, что и двухполупериодный.

На рис. 3.11 показано соединение трехфазного генератора с трехфазным выпрямителем.

Рис. 3.11. Трехфазный выпрямитель генератора переменного тока. Показан момент, когда на фазе R напряжение максимально.

Поскольку генератор имеет три пары полюсов, выпрямленный ток будет состоять из шести полуволн синусоид за один оборот генератора (см. рис. 3.12) и средний ток будет лишь не намного ниже пиковых значений каждой полуволны.

Имейте в виду, что приведенные схемы еще не являются схемами зарядки аккумулятора, поскольку они должны быть дополнены устройствами регулирования выходных параметров генератора.

Рис. 3.12. Напряжение или ток на выходе трехфазного выпрямителя генератора переменного тока.

7. Генератор делается трехфазным, чтобы с максимальной пользой использовать габариты статора, так что практически весь статор занят обмотками. Каждая из обмоток работает как однофазная, т.е. дает на выходе одну синусоиду напряжения.

8. Некоторые французские фирмы выпускают однофазные генераторы для автомобилей, которые не требуют большого потребления тока. Однофазные генераторы дешевле трехфазных и, к тому же требуют установки только однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Источник

Шум при работе

Бензиновые и дизельные генераторы имеют единственный существенный недостаток – достаточно ощутимый уровень шума в рабочем состоянии.

Этот недостаток является в какой-то степени обязательным условием работы. Согласитесь, что бесшумного двигателя вам еще не встречалось.

Аналогичная ситуация наблюдается и здесь: при оборотах двигателя генератора создается определенный шум. Учитывая, что установка обычно работает довольно продолжительное время и монотонный звук раздражает не только хозяев, но и соседей, нужно находить поиск решения данной проблемы.

По правилам пожарной безопасности генератор для загородного дома должен устанавливаться в хорошо проветриваемом помещении. Если соорудить отдельное помещение с приточно-вытяжной вентиляцией, то уровень звука частично уменьшится.

Насколько сильно – зависит от применяемых материалов при строительстве. Однако это потребует дополнительных расходов, сил и времени. Целесообразность данной идеи определяется весом установки. Автономный генератор больших размеров, который не будет переставляться с места на место, скорее всего, потребует такого помещения.

Строительная практика также часто знает случаи, когда для бензинового или дизельного генераторов на участке сооружалась яма с обложенными кирпичом стенами и с крышей. При обеспечении циркуляции воздуха и максимальной при этом герметичности удается достаточно высоко снизить уровень шумов от работающего прибора.