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:
- Передняя и задняя крышки корпуса стянуты между собой винтами, изнутри к ним крепится неподвижная обмотка статора.
- На торцах крышек сделаны отверстия, куда запрессовываются подшипники вала ротора. Также по бокам предусмотрены вентиляционные проемы, служащие для охлаждения внутренностей генератора.
- 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.
- 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).
- 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:
- Источник переменного магнитного поля автомобильного электрогенератора – обмотка самовозбуждения, расположенная в роторе. Чтобы изначально намагнитить клинообразные втулки, к ней подается импульс малой мощности от аккумулятора.
- 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.
- 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.
- 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.
Выводы для подключения генераторов.
Выводы генераторных установок могут иметь обозначения следующего вида: плюсовой обозначаться: «+», В, 30, В+, ВАТ; минусовой вывод: «-«, D-, 31, B-, M, E, GRD; вывод обмотки возбуждения: Ш, 67, DF, F, FLD; вывод контрольной лампы исправности цепи генератора:D, D+, 61, L, WL, IND; вывод фазы статора: W, R, STA; нулевой вывод статарной обмотки : 0, Мр; плюсовой вывод регулятора напряжения для соединения с АБ: Б, 15, S; вывод регулятора соединяемый с замком зажигания: IG; вывод регулятора для соединения с бортовым компьютером: FR, F.