Генератор авто. Устройство и как работает

Генератор в автомобиле

Генератор появился в автомобильной промышленности в начале 20 века наряду с АКБ, который требовал постоянно подзарядки. Это были огромные узлы постоянного тока, требующие постоянного обслуживания. Современные генераторы стали компактными, высокая надежность отдельных деталей обусловлена внедрением новых технологий производства. Далее разберем устройство, принцип работы и типичные неисправности генератора подробнее. 

Что такое генератор авто

Автомобильный генератор — узел, который преобразовывает механическую энергию в электрическую и выполняет следующие функции:

• обеспечивает постоянный и непрерывный заряд аккумулятора при работающем двигателе;
• обеспечивает электропитанием все системы во время запуска двигателя, когда стартер потребляет большое количество электроэнергии.

Генератор устанавливается в подкапотное пространство. За счет кронштейнов крепится к блоку ДВС, приводится в движение посредством приводного ремня от шкива коленчатого вала. Подключен электрогенератор в электроцепи параллельно аккумуляторной батареи.

Заряд АКБ производится только тогда, когда вырабатываемое электричество превышает напряжение батареи. Мощность вырабатываемого тока зависит от оборотов коленчатого вала, соответственно напряжение возрастает с оборотами шкива с геометрической прогрессией. Для предотвращения перезаряда генератор оснащен регулятором напряжения, который регулирует количество напряжения на выходе, обеспечивая 13.5-14.7V.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

В современном автомобиле практически каждая система контролируется датчиками, фиксирующими их разные режимы работы. Если бы все эти элементы работали за счет заряда аккумулятора, то авто не смогло бы даже успеть прогреться, как АКБ полностью разрядится.

Чтобы в процессе работы мотора каждая система питалась бы не за счет батареи, устанавливается генератор. Он работает исключительно при включенном ДВС и нужен для:

1. Подзаряжать аккумулятор;
2. Обеспечивать достаточной энергией для каждого узла электросистемы машины;
3. В аварийном режиме или при максимальной нагрузке выполнять обе функции – и подпитывать АКБ, и обеспечивать энергией электрическую систему транспортного средства.

Подзаряжать аккумулятор нужно, потому что при запуске мотора используется исключительно энергия батареи. Чтобы при движении автомобиля аккумулятор не разряжался, не рекомендуется включать много потребителей энергии.

Например, в зимний период некоторые водители при прогреве салона включают климатическую систему авто и обогреватели стекол, а чтобы этот процесс не проходил скучно – еще и мощную аудиосистему. Как результат – генератор не успевает вырабатывать столько энергии и частично она берется из аккумулятора.

Привод и крепление

Приводится в движение этот механизм при помощи ременной передачи. Подключается он к шкиву коленчатого вала. Чаще всего диаметр шкива коленвала больше, чем у генератора. Благодаря этому один оборот вала кривошипно-шатунного механизма соответствует нескольким оборотам вала генератора. Такие размеры позволяют устройству вырабатывать больше энергии для разных потребляющих элементов и систем.

Крепится генератор в непосредственной близости к шкиву коленвала. Натяжение приводного ремня в некоторых моделях автомобилей осуществляется роликами. Бюджетные авто имеют более простое крепление генератора. В нем имеется направляющая, на которой фиксируется корпус устройства при помощи болтов. Если натяжение ремня ослабло (при нагрузках он будет проскальзывать на шкиве и пищать), то это исправить можно, переместив корпус генератора чуть дальше от шкива коленвала, и зафиксировать.

Устройство и особенности конструкции

Автомобильные генераторы выполняют одну и ту же функцию, работают по одинаковому принципу, но отличаются друг от друга размером, схемой реализации деталей узла, размерами шкива, характеристиками выпрямителей и регулятора напряжения, наличием охлаждения (жидкостное или воздушное часто применяются на дизельных двигателях). Генератор состоит из:

• корпуса (передняя и задняя крышка);
• статор;
• ротор;
• диодный мост;
• шкив;
• щеточный узел;
• регулятор напряжения.

Корпус

Абсолютное большинство генераторов имеют корпус состоящий из двух крышек, которые соединяются между собой шпильками и стягиваются гайками. Исполнение детали из легкосплавного алюминия, который отличается хорошим теплоотводом и не намагничивается. На корпусе имеются вентиляционные отверстия, обеспечивающие теплообмен.

Статор

Имеет кольцевидную форму, установлен внутри корпуса . Является одним из главных деталей, который служит для создания переменного тока за счет магнитного поля ротора. Состоит статор из сердечника, который собран из 36 пластин. В пазах сердечника находится медная обмотка, которая служит для образования тока. Чаще всего обмотка трехфазная, по типу соединения:

• звезда — концы обмотки соединены между собой;
• треугольник — концы обмотки выводятся отдельно.

Ротор

Вращающаяся делать, ось которой вращается на шариковых подшипниках закрытого типа. На валу установлена обмотка возбуждения, которая служит для создания магнитного поля для статора. Для обеспечения правильного направления магнитного поля над обмоткой установлена два полюсных сердечника с шестью зубами для каждого. Также вал ротора оснащен двумя медными кольцами, иногда латунными или стальными, через которые поступает ток от аккумулятора на катушку возбуждения.

Диодный мост/ выпрямительный блок

Также один из главных компонентов, задача которого преобразовывать переменный ток в постоянный, обеспечивая стабильный заряд автомобильного аккумулятора. Диодный мост состоит из положительной и отрицательной радиаторной полосы, а также диодов. Диоды герметично впаяны в мост.

Ток подается на диодный мост с обмотки статора, выпрямляется и поступает на АКБ через выводной контакт в задней крышке. 

Шкив

Шкив посредством приводного ремня, передает крутящий момент на генератор от коленчатого вала. Размер шкива определяет передаточное число, чем больше его диаметр — тем меньше необходимо энергии на вращение генератора. Современные автомобили переходят на обгонную муфту, смысл которой сглаживать колебания вращения шкива, сохраняя натяжение и целостность ремня. 

Щеточный узел

На современных авто, щетки объединены в один узел с регулятором напряжение, им меняются только в сборе, так как их срок службы довольно большой. Щетки служат для передачи напряжения на контактные кольца вала ротора. Графитовые щетки прижимаются пружинками. 

Регулятор напряжения

Полупроводниковый регулятор обеспечивает поддержание необходимого напряжения в заданных параметрах. Находится на блоке щеткодержателей или может выводиться отдельно.

Основные параметры генератора

Модификация генератора подбирается под параметры бортовой системы автомобиля. Вот какие параметры учитываются при подборе источника энергии:

• Напряжение, которое выдает устройство – в стандарте это 12 В, а для более мощных систем – 24В;
• Вырабатываемая сила тока не должна быть ниже требуемой для электрической системы авто;
• Токоскоростные характеристики – это параметр, который определяет зависимость силы тока от частоты вращения вала генератора;
• Коэффициент полезного действия – в большинстве случаев модель выдает показатель в 50-60 процентов.

Эти параметры нужно учитывать, когда проводится модернизация автомобиля. Например, при установке в машину более мощной звукоусилительной аппаратуры или кондиционера, электросистема машины будет потреблять больше энергии, чем способен выработать генератор. По этой причине следует проконсультироваться у автоэлектрика, как правильно подобрать источник питания.

Как работает генератор авто

Схема работы генератора следующая: при повороте ключа в замке зажигания включается электросеть. Напряжение с аккумулятора поступает на регулятор, который в свою очередь, передает его на медные токосъемные кольца, конечный потребитель — обмотка возбуждения ротора.

С момента вращения коленвала двигателя, через ременную передачу начинает вращаться вал ротора, создается электромагнитное поле. Ротор образует переменный ток, при достижении определенных оборотов обмотка возбуждения питается с самого генератора а не с АКБ.

Далее переменный ток поступает на диодный мост, где происходит процесс “выравнивания”. Регулятор напряжения следит за режимом работы ротора, при необходимости  меняет напряжение обмотки возбуждения. Таким образом, при условии исправных деталей, на аккумулятор поступает стабильный ток, обеспечивающий бортовую сеть необходимым напряжением. 

На панель приборов более современных авто выведен индикатор АКБ, который указывает на состояние генератора также (загорается при обрыве ремня или перезарядке). Такие автомобили как ВАЗ 2101-07, АЗЛК-2140, и другая советская “техника”, имеют стрелочный индикатор, амперметр или вольтметр, благодаря чему можно следить за состоянием генератора всегда.

Для чего нужен регулятор напряжения

Ситуация: при работающем двигателе заряд аккумулятора резко уменьшается, либо происходит перезаряд. Сначала необходимо проверить АКБ, и если он исправен, значит проблема в регуляторе напряжения. Регулятор может быть выносным, либюо интегрированным в щеточный узел.

При высоких оборотах двигателя напряжение от генератора может повышаться до 16 Вольт, а это пагубно влияет на соты аккумулятора. Регулятор “снимает” лишний ток, получая его с АКБ, а также регулирует напряжение в роторе.

Коротко о заряде, который должен выдавать генератор:

Какой заряд на автомобиле должен быть? ОБСУДИМ

Вредные правила эксплуатации генератора (по Остеру)

Далее приведены шаги из рубрики «как убить генератор в два шага»:

• правило “переполюсовки” — поменяйте местами провода АКБ и вы устроите необычную яркую вспышку в генераторе, а также легкое облако, доносящееся от него. В тоже время почувствуете незабываемое акустическое удовольствие, слушая щелчки и шипение, а также невероятный запах горящих проводов, и самое главное — ожог 1-3 степени в зависимости от ваших амбиций. Такой “фокус” выводит из строя диодный мост, статор и регулятор частично, к счастью возгорание авто имеет шансы 1:1000. Из “побочек” могут быть выведены из строя комбинация приборов, бортовой компьютер, магнитола и другие комплектующие бортовой сети. Достоинство — осваивается новичками без долгих теорий;
• правило мойки — как можно чаще и тщательнее мойте силовой агрегат, побольше воды и пены, особенно на альтернатор и стартер. Главное, чтобы поток воды обильно вымывал генератор изнутри, сушить категорически запрещается, сразу же запускаем мотор, включаем все энергопотребители и наблюдаем за эффектов. Если его нет — повторяем процедуру. Достоинство — сгоревший “гена” будет чистым;
• дедовский метод — сдергивание провода с “+” клеммы, чтобы проверить заряд на работающем моторе, это главное правило! Вероятность выхода из строя всевозможных реле 50:50, главное обеспечить много искр для эффекта, а также включить все, что питается от электричества;
• “летим” по лужам — многие даже не догадываются, что пользуются данным правилом в дождь. Главное быть всегда уверенным, что ваше авто вне всякого сравнения с водонепроницаемостью подводной лодки, чем глубже лужа — тем ярче эффект. Немаловажно выбирать скорость, при которой больше воды попадает в подкапотное пространство, главное выбросить все пластиковые кожухи и защиты! Главное достоинство — трюк можно повторять везде, где есть вода (даже ручьи и реки), не выходя из авто;
• “меломан” — необходимо установить самую дорогую магнитолу, а лучше две, как можно больше динамиков, пару десятков минимум, усилителей и пару сабвуферов, включаем любимую музыку на всю громкость при работающем моторе, если из-под капота не пошел дым, а воздух остается чистым — значит вы приобрели слишком дешёвую аппаратуру;
• “старый аккумулятор” — способ требует некоторых знаний физики, хотя бы закона Ома. Берем самый старый АКБ, и чем старше, тем вероятнее в нем окажется замкнутая банка. Возможно батарея будет издавать признаки бурной работы, обязательно будет потреблять дикое количество энергии, зато работа инжектора будет нестабильной, а за дальний свет можно забыть. Главное побольше эксплуатировать старый аккумулятор — эффект не заставит себя ждать. 

Как проверить автомобильный генератор

Хотя ремонтировать генератор должны специалисты, проверить его на работоспособность можно и самостоятельно. На старых автомобилях бывалые автомобилисты проверяли на работоспособность генератор следующим образом.

Запустить мотор, включить фары и на работающем двигателе отключается минусовая клемма АКБ. Когда генератор рабочий, то он вырабатывает электричество для всех потребителей, благодаря чему при отключенном аккумуляторе мотор не заглохнет. Если двигатель заглох, значит, что генератор необходимо отвезти на ремонт или заменить (зависит от типа поломки).

Но на новых автомобилях лучше таким методом не пользоваться. Причина в том, что современные генераторы для таких автомобилей рассчитываются на постоянную нагрузку, часть которой компенсируется за счет постоянной подзарядки батареи. Если ее отключить при работающем генераторе, это может вывести его из строя.

Самый безопасный для генератора способ проверки – при помощи мультиметра. Принцип проверки следующий:

• На заглушенном двигателе замеряется напряжение на аккумуляторе. При исправной батарее этот параметр должен составлять 12.7 вольт.
• Запускается мотор и выключаются все потребители (салонный вентилятор, фары, обогрев стекла и т.д.)
• Еще раз подключаются щупы мультиметра к токоотводам аккумулятора. В зависимости от модели автомобиля напряжение на клеммах должно составлять 13.8-14.8 вольт.
• Включаются потребители электричества – максимально все, что можно.
• Повторно измеряется напряжение. Если генератор исправно работает, этот показатель просядет до 13.8-14 вольт. Показатель ниже этого – признак неисправности генератора.

Неисправности автомобильного генератора

Для генератора присущи неисправности механические и электрические.

Механические неисправности:

• обрыв приводного ремня — требуется замена;
• сглаживание ребер шкива, из-за чего ремень проворачивается;
• износ щеток;
• повреждение корпуса генератора;
• выход из строя подшипников.

Электрические:

• износ токосъемных колец за счет трения;
• выход из строя регулятора напряжения;
• замыкание витков статора;
• выгорание диодов выпрямительного моста;
• выгорание конечных проводов заряда;
• выгорание обмотки ротора.

Неисправность любой детали генератора влечет за собой недозаряд или наоборот. Чаще всего выходит из строя регулятор напряжения и подшипники, приводной ремень меняется согласно регламенту ТО.

Кстати, если при случае вы хотите установить улучшенные подшипники и регулятор — обращайте внимание на их характеристики, иначе высока вероятность того, что замена детали не даст нужного эффекта. Все остальные поломки требуют снятия генератора и его разборки, что лучше доверить специалисту. Главное запомните — если вы не будете соблюдать правила по Остеру, то есть все шансы на долгую и беспроблемную работу генератора.

Вот короткое видео о связи мощности генератора и аккумулятора:

АКБшник #11: Мощность генератора при выборе аккумулятора

Сложности при пуске мотора

Хотя запуск мотора обеспечивается исключительно аккумулятором, затрудненный запуск может свидетельствовать либо о наличии тока утечки, либо о том, что аккумулятор не подзаряжается должным образом. При этом стоит учесть, что кратковременные поездки будут расходовать много энергии, а за это время аккумулятор не будет восстанавливать заряд.

Если с каждым днем машина запускается все хуже и хуже, а поездки длительные, то стоит обратить внимание именно на генератор. Но неисправность генератора также может быть связана не только с недозарядом, но и с перезарядом батареи. В этом случае необходимо заменить реле-регулятор, которое отвечает за поддержание конкретного выходного напряжения.

Тусклый или мерцающий свет фар

В процессе работы генератор должен в полной мере обеспечивать энергией все потребители, которые имеются в автомобиле (кроме мощных внештатных приборов, наличие которых не предусмотрено заводом-изготовителем). Если во время поездки водитель замечает, что свет фар стал более тусклым или начал мерцать – это симптом неисправности генератора.

Такой генератор может выдавать нормальный заряд, но с увеличенной нагрузкой может не справляться. Подобную неисправность можно заметить по мерцанию или тусклому свету подсветки приборной панели.

Горит пиктограмма на приборной панели

Чтобы предупредить водителя о недостаточном заряде и других неполадках, связанных с источником питания, производители расположили на приборной панели пиктограмму с рисунком аккумулятора. Если загорелась эта пиктограмма, значит, в машине серьезная проблема с электричеством.

В зависимости от состояния и типа аккумулятора без подзарядки (исключительно на емкости батареи) машина способна проехать несколько десятков километров. на каждом аккумуляторе производитель указывает, сколько по времени проработает батарея без подзарядки.

Даже если выключены все потребители энергии, аккумулятор все равно будет разряжаться, так как для образования искры в цилиндрах (или подогрева воздуха в дизельном агрегате) необходимо электричество. При загорании пиктограммы аккумулятора необходимо сразу же направиться в ближайший автосервис или вызвать эвакуатор (некоторые типы аккумуляторов, установленных на современных авто, после глубокого разряда не восстанавливаются).

Свистит приводной ремень

Такой звук часто появляется сразу после запуска мотора в сырую погоду или после преодоления глубокой лужи. Причина данного эффекта в послаблении натяжки ремня генератора. Если после подтяжки со временем ремень снова начал свистеть, необходимо установить, почему он быстро послабляется.

Ремень генератора должен быть хорошо натянут, потому что при включении разных потребителей он создает большее сопротивление вращению вала (чтобы выработать больше электричества, как в обычной динаме).

В некоторых современных автомобилях натяжение ремня обеспечивается автоматическим натяжителем. В конструкции более простых автомобилей этот элемент отсутствует, и натяжение ремня необходимо производить вручную.

Ремень перегревается или разрушается

Нагрев или преждевременное разрушение приводного ремня свидетельствует о том, что на него оказывается чрезмерная нагрузка. Конечно, водителю нет необходимости каждый раз проверять температуру привода генератора, но если отчетливо слышен запах паленой резины и в подкапотном пространстве появился небольшой дымок, необходимо проверить состояние приводного ремня.

Часто преждевременно ремень изнашивается из-за выхода из строя подшипника вала генератора или натяжных роликов, если они имеются в конструкции. Порыв ремня генератора в некоторых случаях может привести к нарушению фаз газораспределения из-за того, что обрывок попал под ремень ГРМ.

Звенящий или шуршащий звук из-под капота

Каждый генератор оснащается подшипниками качения, которые обеспечивают постоянное расстояние между обмотками ротора и статора. Подшипники после запуска мотора постоянно находятся во вращении, но в отличие от многих деталей ДВС они не получают подпитку смазки. Из-за этого они хуже охлаждаются.

Из-за постоянного нагрева и механической нагрузки (ремень должен быть сильно натянут) подшипники могут терять смазку и быстро разрушаться. Если во время работы генератора или при увеличении нагрузки появились звон или металлическое шуршание, то следует заменить подшипники. В некоторых модификациях генераторов имеется обгонная муфта, которая сглаживает крутильные колебания. Этот механизм тоже часто выходит из строя. Чтобы заменить подшипники или обгонную муфту, потребуется демонтаж генератора.

Электрический гул

Такой звук похож на звук работы больших электрических моторов, например тех, которые устанавливаются на троллейбусах. При появлении такого звука необходимо демонтировать генератор и проверить состояние его обмоток. В основном он появляется при замыкании обмотки в статоре.

Видео на тему

В завершение – подробное описание принципа работы автомобильного генератора:

Автоэлектрик раскрыл все секреты работы генератора и его неисправности!!!

Вопросы и ответы:

Для чего нужен генератор в автомобиле? Этот механизм обеспечивает выработку электроэнергии, чтобы не расходовался запас аккумулятора. Генератор преобразует механическую энергию в электричество.

Что питает генератор в машине? Пока работает мотор, генератор вырабатывает электричество для подзарядки АКБ и питания всего электрооборудования автомобиля. Его мощность зависит от количества потребителей.