Автор: Здравствуйте, уважаемые читатели! В статье описаны устройство и работа генератора, который играет важную роль в электрической системе автомобиля. Генератор обеспечивает электроэнергией потребители, в том числе лампы, магнитолу, отопитель, электрооборудование двигателя и т. д.
Назначение работы генератора также осуществлять зарядку аккумуляторных батарей в тот момент, когда это необходимо. Система электроснабжения обеспечивает стартер необходимой электроэнергией для пуска двигателя.
Правильная работа генератора – это залог исправной работы двигателя и всех электронных и электрических систем современного автомобиля. Контроль работы генератора и его своевременное обслуживание – гарантия непрерывности этого процесса.
Принцип работы генератора
Первыми автомобильными генераторами были генераторы постоянного тока. Выпрямление тока достигалось в них конструктивно с помощью определенного расположения полюсных наконечников. Полюсные наконечники вместе со щеточным узлом называют коммутатором.
Изменение направления тока обусловлено сменой направления магнитного поля. Вместе с тем, благодаря чередованию разных полюсов в коммутаторе (плюса и минуса), ток оставался постоянным и заряжал АКБ.
В современных автомобилях однофазный генератор постоянного тока не применяется. Вместо него используют генераторы переменного тока. Преимуществом последних служит высокая надежность и мощность. Раньше применяли механический регулятор напряжения, который позволял регулировать выходное напряжение, предотвращая таким образом перезарядку АКБ.
Он реагирует на изменение степени заряженности батареи и электрической нагрузки в бортовой сети и корректирует выходное напряжение. Регулятор напряжения изменяет силу тока в обмотке возбуждения (магнитный поток), что приводит к изменению выходного напряжения.
Это достигается прохождением тока возбуждения напрямую от источника или через резистор, или отключением обмотки возбуждения. Так как этот вид систем не применяется на машинах уже многие годы, не станем рассматривать его более подробно. Рассмотрим кратко процесс работы генератора, который устанавливают на современные авто.
Принцип работы генератора переменного тока
В настоящее время на автомобилях применяется трехфазный электрогенератор со встроенным выпрямителем, имеющим сеть из 6 диодов. Поскольку шкив генератора приводится во вращение от шкива коленчатого вала, магнит ротора поворачивается вокруг трехфазной обмотки неподвижного статора.
Обычно фазные обмотки соединены в звезду. Магнит ротора представляет собой электромагнит. В конструкции предусмотрена регулировка силы тока возбуждения (магнитного потока), поэтому выходное напряжение не зависит от частоты вращения ротора.
Обмотка возбуждения ротора (обмотка электромагнита) подключается к АКБ, поэтому для получения высокой выходной мощности требуется небольшой электрический ток возбуждения. Напряжение к обмотке возбуждения ротора подводится через угольные щетки, прижатые к двум медным контактным кольцам, установленным на валу.
Щетки постоянно прижаты к кольцам ротора пружинами. Большинство современных генераторов имеют встроенный регулятор напряжения, который автоматически подключает и отключает обмотку возбуждения к АКБ, тем самым правильно регулируя выходное напряжение.
В ходе изучения работы трехфазного генератора цепь регулятора, если она в нем есть, будет бесполезна и поэтому только усложнит суть понимания его работы. Поэтому ее можно «удалить», оставив доступ к контактам щеток. Это позволит подвести к обмотке возбуждения напряжение от источника питания.
Некоторые генераторы оснащаются шкивами, установленными на обгонной муфте, которая позволяет снизить вибрации от приводного ремня. Эти вибрации обусловлены тем, что двигатель внутреннего сгорания не имеет постоянной частоты вращения, пульсации которой связаны со сгоранием топливовоздушной смеси в цилиндрах.
Работа генератора двигателя
Работа генератора переменного тока основана на принципе явления электромагнитной индукции. Когда проводник вращается в магнитном поле, образуется электрическое напряжение, которое имеет синусоидальную форму сигнала. Оно постоянно меняет свое значение и периодически направление, как показано на верхнем графике.
Три обмотки генератора переменного тока расположены вокруг ротора под углом 120 градусов относительно друг друга. Такое расположение обеспечивает формирование трех сигналов напряжения за один оборот ротора. Они смещены друг относительно друга на 120 градусов, как показано на правом нижнем графике.
Обмотки могут быть соединены между собой двумя способами: «звездой»/«Y» или «треугольником». Аккумулятор, как и другое электрооборудование автомобиля, потребляет постоянный ток, поэтому следует преобразовать переменный ток в постоянный.
Этот процесс называется выпрямлением и выполняется с помощью диодов. В современных генераторах на смену механическим регуляторам пришли электронные. По сигналу управления мощностной транзистор включает и выключает ток возбуждения.
В основе регулятора лежит полупроводниковый стабилитрон. Эта принципиальная схема является основной для современных регуляторов. На каждую фазу имеется по два диода: один с положительной стороны, а другой – с отрицательной.
Положительная половина сигнала проходит через положительный диод, отрицательная – через отрицательный диод. В результате ток становится пульсирующим. Кроме того, диоды не пропускают ток назад в генератор, когда его напряжение меньше напряжения аккумуляторной батареи, например при выключении двигателя.
Имеется также три дополнительных диода для выпрямления тока возбуждения, который подается в генератор после того, как он начал вырабатывать напряжение. Обычно генератор включает в себя три цепи: цепь предвозбуждения, цепь возбуждения и цепь тока зарядки.
При запуске генератор не вырабатывает ток возбуждения для создания магнитного поля, поэтому его необходимо подать. Напряжение подается от аккумуляторной батареи через контрольную лампу зарядки, которая при этом включается.
⚠ Если контрольная лампа зарядки неисправна, система зарядки АКБ работать не будет!
Как только генератор начинает вырабатывать ток, контрольная лампа зарядки выключается, а ток возбуждения поступает через внутреннюю цепь. Когда генератор начинает вырабатывать напряжение, ток возбуждения снимается со статорной обмотки, выпрямляется диодами и подается через щетки, диод D- и отрицательный диод обратно к статору.
Ток зарядки выпрямляется и подается через клемму В+ к аккумуляторной батарее и другим потребителям энергии, но только в том случае, если напряжение зарядки выше, чем напряжение аккумуляторной батареи.
Интеллектуальная зарядка АКБ
В системе с интеллектуальной зарядкой работа генератора в машине контролируется и корректируется модулем управления силовым агрегатом (PCM) через две шины связи. Через шину контроля (контакт FR) блок PCM постоянно получает информацию о нагрузке подключенных потребителей. По шине управления (контакт G) PCM корректирует работу реле-регулятора повышая или понижая выходное напряжение.
Также, при подключении мощных потребителей на холостом ходу, PCM для компенсации нагрузки на двигатель, увеличивает обороты ДВС управляя дроссельной заслонкой прежде, чем генератор приступает выдавать больший ток. Это необходимо для устранения резкого падения оборотов ХХ.
По шине FR блок управления получает сигнал о включенном/выключенном состоянии обмотки возбуждения. По этому сигналу PCM определяет нормальный выходной ток и, в соответствии с его величиной, управляет холостым ходом.
Ток начинает вырабатываться при включении транзистора в регуляторе напряжения по сигналу шины управления (контакт G) для увеличения тока в обмотке возбуждения ротора. При выключении транзистора производимая генератором энергия резко падает. Вырабатываемая мощность зависит от времени включения транзистора. При включенном транзисторе напряжение на шине FR низкое, при выключенном – высокое.
Увеличение холостого хода вследствие слишком высокой нагрузки в режиме «холостой ход» происходит с задержкой. Только после поездки и возвращения в режим холостого хода, когда автомобиль стоит, устанавливаются повышенные обороты. Иногда водители принимают этот режим за неисправность управления холостым ходом.
Как проверить работу генератора
Регулярная проверка системы зарядки имеет крайне важное значение, так как даже небольшие нарушения ее работы могут привести к выходу автомобиля из строя.
Прежде всего необходимо контролировать уровень и плотность электролита (это возможно не на всех типах аккумуляторных батарей), а также, натяжение ремня привода генератора. В некоторых случаях при неисправностях системы может потребоваться проверка напряжения.
Если есть неисправность в системе зарядки, а обычные способы проверки не дают результата, следует проверить падение напряжения и проверить узел с помощью осциллографа. Некоторые формы сигнала изображены на рисунке в качестве примера.
Далее следует проверить детали по отдельности мультиметром. Необходимо проверить отсутствие короткого замыкания, замыкания на массу или обрыва в цепи ротора / статора. Кроме того, нужно проверить все диоды выпрямительного моста.
Диоды надо проверять при отключенной статорной обмотки от диодного моста на пределе измерений мультиметра в сотни кило-ом. При одном положении подключения щупов мультиметра к контактам диода сопротивление должно составлять единицы ом, а при изменении полярности – сотни кило-ом.
Полученные мультиметром параметры измерения сопротивления каждого диода надо сравнить между собой. При значительных отличиях в данных можно выявить неисправный диод.
Как проверить работу генератора на автомобиле
Чтобы проверить работу генератора на автомобиле при работающем двигателе необходимо снять характеристики напряжения на АКБ. Напряжение при работе генератора без включения мощных потребителей на холостом ходу и рабочих оборотах (3000 об/мин.) должно составлять 14 +/- 2 Вольт.
⚠ Категорически запрещено отсоединять клеммы АКБ при работающем двигателе – это выведет электронные системы автомобиля из строя.
При включении мощных потребителей (вентилятор системы охлаждения, обогрев лобового/заднего стекла и т. д.) на 3000 об/мин характеристики работы генератора практически не должны изменяться.
На автомобилях с интеллектуальной системой зарядки напряжение на аккумуляторной батарее зависит от степени заряда АКБ и мощности подключенных потребителей. Работа генератора при нагрузке контролируется модулем управления силовым агрегатом, поэтому напряжение на АКБ может лежать в диапазоне от 12,5 В до 16,5 В.
Заключение
Исправная работа генератора электрического тока позволит продлить срок службы аккумулятора, избежать выхода из строя электрических и электронных компонентов авто. Проверка работы генератора и поддержание правильного уровня электролита в аккумуляторе, должны проводиться при каждом техническом обслуживании ДВС.
Один из признаков неисправности диодного моста и, как следствие, недозаряда аккумулятора – это слабое свечение контрольной лампы АКБ при работающем двигателе. В интеллектуальных системах контроля этот эффект отсутствует, а недозаряд АКБ может быть. Это еще один повод не игнорировать проверку.
Подписывайтесь на рассылку и жмите на колокольчик чтобы узнавать о выходе новых статей. Каждый новый подписчик – это оценка моей работы по донесению знаний людям. Всегда Вам исправного автомобиля и удачи на дорогах!
С уважением, Олег!
