Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

КПД автомобильного генератора

Автомобильный генератор и его особенности

В рамках данной статьи поговорим об особенностях принципиального устройства автомобильных генераторов. Для владельцев автомобилей, разбирающихся в предмете, данная статья не будет интересна. Но для тех, кому автомобильные генераторы интересны в прикладном плане, эта информация может оказаться полезной.

В современных автомобилях в качестве генераторов применяются синхронные трёхфазные электрические машины переменного тока, у которых в выпрямителе применяется схема Ларионова.

Чтобы генератор после пуска двигателя отдавал ток в нагрузку, необходимо обеспечить питание обмотке возбуждения. Это происходит при повороте ключа замка зажигания в рабочее положение.

Ток в обмотке возбуждения управляется стабилизатором напряжения, который может быть выполнен в виде отдельного узла или встроен в щёточный узел генератора. В подавляющем большинстве современных генераторов стабилизатор напряжения (СН) питается от отдельной секции выпрямителя.

Среди прочих генераторов переменного тока, генератор автомобильный выделяется несколькими особенностями. Прежде всего, автомобильный генератор хотя и выдает постоянный ток, на деле он является генератором тока переменного, который затем выпрямляется диодным мостом и превращается в постоянный ток.

Такое решение весьма популярно, тот же генератор переменного тока из асинхронного двигателя можно превратить в генератор постоянного тока, достаточно лишь добавить диодный выпрямитель.

Генераторы с выпрямлением переменного тока называются вентильными генераторами постоянного тока. К таким генераторам и относится автомобильный генератор.

Выходное напряжение автомобильного генератора постоянно

Одна из отличительных черт автомобильного генератора — напряжение на его выходных клеммах поддерживается в узком диапазоне при помощи специального стабилизатора, называемого регулятором напряжения. Но и это не является чем-то исключительным для электрических машин.

Стабилизаторы напряжения можно встретить в комплектации многих источников бесперебойного питания, в том числе среди тех, которые берут энергию для своих аккумуляторов от механических генераторов тех же домашних ГЭС или от солнечных батарей.

Главная же отличительная черта именно автомобильного генератора — то что он получает механическую энергию через ремень от коленвала двигателя внутреннего сгорания, у которого частота вращения совсем не постоянна, зависит она от режима работы транспортного средства в текущий момент, и никак не связана с нуждами потребителей постоянного тока.

Вот и получается, что задача генератора и его электроники — суметь заряжать автомобильный аккумулятор и питать потребители стабилизированным напряжением, независимо от того, каковы текущие обороты якоря — напряжение обязано оставаться в узком коридоре в районе 14 вольт.

Если напряжение по какой-то причине выйдет за пределы диапазона стабилизации, зарядный ток аккумулятора может стать чрезвычайно высоким, и электролит попросту выкипит.

Такое явление не является чем-то невиданным, многие автолюбители сталкивались с ним, когда регулятор напряжения на генераторе выходил вдруг из строя — электролит в аккумуляторе в таком случае быстро выкипает.

Если же напряжение с генератора окажется слишком низким, то аккумулятор преждевременно разрядится. С данной проблемой также сталкивались многие автомобилисты.

Итак, стабильное выходное напряжение — обязательное условие правильной работы автомобильного генератора. Но этого достичь не так уж и просто. Диапазон варьирования частоты вращения ротора генератора в автомобиле довольно широк. На холостых оборотах это порядка 800 — 1200 оборотов в минуту, а в момент хорошего разгона — до 5000 и даже до 6000 оборотов в минуту, в зависимости от того, что это за автомобиль.

Токоскоростная характеристика автомобильного генератора

Таким образом, поскольку напряжение автомобильного генератора поддерживается почти постоянным благодаря регулятору напряжения, он имеет собственную токоскоростную характеристику (ТСХ), ведь при разных скоростях вращения ротора, ток нагрузки получается разным. Напряжение постоянное, но чем выше обороты — тем выше ток, и чем ниже обороты — тем ток с силовых клемм генератора меньше.

Примечательно кстати то, что автомобильный генератор имеет предел по току, и поэтому обладает свойством самоограничения. Это значит, что когда ток достигнет определенной предельной величины, как бы ни повышались обороты дальше, ток нарастать уже больше не будет, просто не сможет.

Токоскоростаня характеристика (ТСХ) автомобильного генератора снимается по методике, принятой в качестве международного стандарта. Она (характеристика) снимается в процессе испытания работы генератора на стенде в паре с полностью заряженным аккумулятором такой номинальной емкости, которая в ампер-часах составляет половину (50%) номинального тока генератора в амперах. На характеристике находят характерные важные точки: n0, nrg, nн, nmax.

Начальная частота вращения ротора n0 – это теоретическая частота вращения ротора без нагрузки. Так как характеристику начинают снимать начиная с тока в 2 ампера, то эту точку находят путем экстраполяции характеристики до пересечения с горизонтальной осью оборотов.

Минимальную рабочую частоту генератора nrg принимают соответствующей оборотам коленвала на холостом ходу. Это примерно от 1500 до 1800 оборотов в минуту для ротора генератора. Ток при данной частоте, как правило, составляет от 40 до 50% от номинала для данного генератора. Этого тока должно хватить для питания минимального количество жизненно важных потребителей в автомобиле.

Номинальные обороты ротора генератора nн — это как раз та частота, при которой генерируется номинальный ток Iн, он не должен быть меньше номинала по паспорту.

Максимальные обороты ротора генератора nmax – это та частота вращения ротора, при которой генератором отдается максимальный ток, величина которого не сильно отличается от номинала испытываемого генератора.

Для генераторов отечественного производства раньше было принято указывать номинальный ток при 5000 оборотах в минуту. Указывалась и расчетная частота nр для расчетного тока генератора Iр, равного двум третьим от номинального тока. Этот расчетный режим соответствовал такому режиму работы генератора, когда его узлы не сильно нагревались. Все характеристики снимались при напряжении 14 или 13 вольт.

Самовозбуждение автомобильного генератора и КПД

Автомобильный генератор обязан самовозбуждаться на частоте вращения его ротора ниже частоты при оборотах коленвала на холостом ходу. Проверка проводится на стенде, где самовозбуждение должно произойти при подключении генератора к аккумулятору с контрольной лампой.

Возможности автомобильного генератора с энергетической точки зрения характеризуются величиной его КПД. Чем больше КПД — тем меньшая мощность отбирается от двигателя внутреннего сгорания для получения той же полезной отдачи в форме электрической мощности.

КПД генератора зависит главным образом от конструктивных особенностей конкретного изделия: какова толщина пластин в статоре и толщина набора, насколько качественно пластины друг от друга изолированы (насколько малы токи Фуко), каково сопротивление обмоток статора и ротора, насколько широки контактные кольца ротора, каково качество щеток и подшипников? И т. д.

Но одно сказать можно точно — чем выше номинальная мощность генератора — тем выше и КПД. Между тем, типичный КПД автомобильных генераторов, да и вообще вентильных генераторов, не превышает 60%.

Главный показатель возможностей генератора — это его токоскоростная характеристика, она показывает наглядно, чего можно ожидать от того или иного генератора, на что можно рассчитывать. По характерным точкам составляют таблицу для генератора.

Для примера приведем таблицу характеристик генераторов отечественного производства:

Диапазон выходного напряжения на разных оборотах и в зависимости от температуры и нагрузки, отражает возможности регулятора напряжения автомобильного генератора.

КПД автомобильного генератора

Рейтинг 2.2/5 (99 голосов)

Автомобильные генераторы имеют ряд особенностей, в отличие от других генераторов. Дело в том, что автомобильные генераторы генерируют переменное напряжение, а затем, диодный мост выпрямляет переменное напряжение в постоянное. Но это дело не хитрое, подобных установок достаточно много. Такие генераторные установки еще называют вентильными.

Следующая особенность заключается в том, что выходное напряжение поддерживается в определенных диапазонах специальным стабилизирующим устройством и называют такие устройства в автомобилях регулятором напряжения. Это в свою очередь тоже не редкость в электротехнике и электронике.

Исключительная особенность автомобильных генераторов в том, что их частота вращения определяется и зависит только от частоты вращения приводного двигателя. Как известно двигатели в автомобилях работают в своих режимах и эти режимы никоим образом не зависят от нужд генератора. Таким образом, получается, что генератор сам, каким-то образом должен обеспечивать зарядку аккумулятора и обеспечивать питанием другие потребители в автомобиле, и при этом, стабильность напряжения питания должна оставаться в узких пределах.

Диапазон стабилизации напряжения должен не выходить за такой высокий уровень, при котором ток зарядки аккумулятора будет слишком высоким, что может привести к выкипанию электролита. Впрочем, при выходе из строя регулятора напряжения выкипание довольно частое явление. С другой стороны, слишком низкий уровень выходного напряжения приводит к разряду аккумулятора, что тоже не такое уж редкое явление.

Исходя из вышесказанного, стабильность напряжения в автомобильном генераторе должна обеспечиваться гарантированно. Однако не все так просто. Частота вращения генератора может меняться в достаточно больших пределах, так как двигатель внутреннего сгорания может работать на холостом ходу (800-1200 об/мин), а может разгоняться до максимального значения (до 5000 об/мин, в зависимости от марки авто).

В итоге можно точно сказать, что способность генераторной установки обеспечивать электропитанием потребителей электроэнергии на автомобиле во всех режимах его работы характеризует токоскоростная характеристика (ТСХ), т.е. зависимость силы тока, отдаваемого генератором в нагрузку, от частоты вращения его ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах генератора.

Следует, однако, заметить, что у автомобильных генераторов есть одно замечательное достоинство — их самозащита и самоограничение отдаваемого ими тока. Достигнув определенной величины, ток практически не увеличивается с ростом частоты вращения ротора.

Методика определения ТСХ имеет международный стандарт. Характеристика эта определяется при работе генераторной установки в комплекте с полностью заряженной аккумуляторной батареей с номинальной емкостью, выраженной в А·ч, составляющей не менее 50% номинальной силы тока генератора.

Токоскоростная характеристика имеет характерные точки, к которым относятся:

n — начальная частота вращения ротора без нагрузки. Поскольку обычно снятие характеристики начинают с тока нагрузки около 2 А, то эта точка получается экстраполяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

nrg — минимальная рабочая частота вращения ротора, т.е. частота вращения, примерно соответствующая оборотам холостого хода двигателя. Условно принимается nrg=1500 мин -1 (для высокоскоростных генераторов — 1800 мин -1 ). Сила тока 1dg при этой частоте обычно составляет 40-50% номинального тока и во всяком случае должна быть достаточна для обеспечения питанием тех потребителей энергии на автомобиле, от которых зависит безопасность.

пн — номинальная частота вращения ротора, при которой вырабатывается номинальный ток IdH т.е. ток, сила которого не должна быть меньше номинальной величины.

nmах — максимальная частота вращения ротора. При этой частоте генератор вырабатывает максимальный ток Imах сила которого мало отличается от силы номинального тока.

Отечественные изготовители ранее обычно указывали номинальный ток генератора при частоте вращения ротора 5000 мин -1 , а также указывали частоту вращения ротора генератора в расчетном режиме nр, соответствующему расчетному току генератора Idp обычно составляющему две трети номинального тока. В расчетном режиме нагрев узлов генератора наибольший. Характеристики определялись при напряжении 13 или 14 В.

Читать еще:  Велосипедный педальный генератор большой мощности для подзарядки аккумуляторов

Автомобильная генераторная установка должна самовозбуждаться при частоте вращения ротора ниже числа оборотов холостого хода коленчатого вала двигателя. Конечно, проверка на самовозбуждение должна производиться при работе генераторной установки в комплекте с аккумуляторной батареей при включении контрольной лампы в схемах рис.5 и рис.6 .

Энергетическую способность генератора характеризует его коэффициент полезного действия (КПД). Чем выше КПД, тем меньшую мощность отнимает генератор у двигателя при той же полезной отдаче. Величина КПД зависит от конструкции генератора — толщины пластины пакета статора и способа изоляции их друг от друга, величины сопротивления обмоток, диаметра контактных колец, марки щеток и подшипников и т.п., но, главным образом, от мощности генератора: чем генератор мощнее, тем КПД выше. Значения КПД по точкам токоскоростной характеристики представлены на рисунке для ориентировки. Обычно максимальное значение КПД вентильных автомобильных генераторов не превышает 50 — 60%.

Вообще, ТСХ довольно показательна, но, как правило, характерные точки характеристики сводят в таблицы основных данных автомобильных генераторов. Таблицу основных данных автомобильных генераторов отечественного производства можно просмотреть здесь , а таблицу основных данных автомобильных генераторов зарубежного производства — здесь .

Регуляторную часть генераторной установки характеризует диапазон изменения выходного напряжения при изменении частоты вращения ротора, нагрузки и температуры. Диапазоны изменения напряжения отечественных автомобильных генераторов можно посмотреть здесь .

Генератор автомобиля: как работает и какие функции выполняет?

Для питания бортовой сети транспортного средства предусмотрено два источника тока. И водителю очень важно разбираться в принципах работы автомобильного генератора, который наряду с аккумуляторной батареей, предназначен для обеспечения энергией электрооборудования машины.

К надёжности и стабильности устройств такого рода предъявляются жесткие требования.

В Российской Федерации производимое и используемое электрооборудование должно соответствовать ГОСТ Р 52230-2004. Документ устанавливает общие технические условия, которые распространяются и на стартерные аккумуляторы автомобилей. Упомянутый национальный стандарт полностью соответствует международным нормативам, что позволяет использовать на отечественных машинах компоненты иностранного производства.

На заре автомобилестроения и вплоть до 60-х годов прошлого века в бортовых сетях использовались генераторы постоянного тока — капризные и маломощные. С появлением полупроводниковых (селеновых и кремниевых) выпрямителей на машины стали ставить агрегаты переменного тока. Они втрое меньше по массе и при той же нагрузке обеспечивают более высокую стабильность выходного тока.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:

  • Заряда аккумулятора.
  • Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
  • Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.

Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2-х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2-х видов одинаково — они состоят из следующих элементов:

  • Шкива с валом и подшипниками.
  • Ротора с контактными кольцами.
  • Обмоток статора.
  • Корпуса генератора.
  • Регулятора напряжения.
  • Выпрямительного устройства.
  • Щеточного узла.

Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий.

Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:

  • Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
  • Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
  • Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
  • Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
  • Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение — управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
  • Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
  • Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.


Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

  • Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
  • Ток отдачи.
  • Частота возбуждения и самовозбуждения.

Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1.

Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.


Как работает автомобильный генератор?

Устройство начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который запитывается напрямую от аккумуляторной батареи. Ключевой принцип работы генератора автомобиля состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который раскручивает через ременную передачу установленный на необслуживаемых подшипниках ротор.

Питание обмотки возбуждения, расположенной на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Для защиты батареи от саморазряда подключение производится через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Величина напряжения в этой цепи регулируется электронным или электромеханическим стабилизатором, интегрированным или выполненным в виде отдельного устройства.

Вращающийся якорь создает электромагнитные поля, которые индуцируют в обмотках статора переменный ток. Он поступает на выпрямитель, представляющий собой блок диодов. В него входят шесть вентилей: по три отрицательных и положительных. Они обеспечивают преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме «треугольника» или «звезды». В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, нежели во втором. Треугольник применяется на моделях авто повышенной мощности.

Описываемый принцип действия автомобильного генератора обеспечивает поддержание в бортовой сети напряжения в диапазоне от 13,9 до 14,5 В. Точная величина зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки. Потребители (например, аккумулятор) к электроагрегату подключаются через вывод «В+».

Для чего в генераторе регулятор напряжения?

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

КПД бензиновых и дизельных электрогенераторов

Невысокая стоимость, компактные размеры и малая шумность от работающей установки делают бензиновое оборудование популярными. Однако часто потребители задают вопрос: так ли выгодна покупка данного аппарата? Выбор зависит от целей создания автономного электроснабжения. Если для резервного источника энергии, то оптимально подойдет бензиновый генератор. Для постоянного обеспечения электротоком рационально приобретать дизельгенерирующую электроустановку.

Главным отличием агрегатов является коэффициент полезного действия. Данный показатель характеризует бензиновые генераторы не с лучшей стороны: их КПД в среднем составляет 0,18%-0,24%. Производители этого оборудования постоянно ломают голову над повышением коэффициента полезного действия. В последнее время удалось совершить качественный скачок при переходе в компоновке двигателя на верхние клапаны. Система OHV значительно уменьшает площадь камеры сгорания, что снижает и сам нагрев ДВС. Наряду с этим достигнуто увеличение степени сжатия до 7-9 единиц, что сократило потребление топлива. Но это предел увеличения КПД.

Существует теория, что прорыв можно совершить, отказавшись от использования карбюратора и заменив его на систему впрыска с использованием электронного управления. Но сегодня стоимость даже самой простой из них равна цене всего двигателя, вследствие чего установка сделает аппарат очень дорогим и его приобретение станет экономически невыгодным. Более перспективным направлением в плане высокого коэффициента полезного действия считаются дизельные электрогенерирующие установки, КПД которых варьируется в диапазоне от 0,70% до 0,80%. Чтобы рассмотреть более подробно, в чем же заключается выгода таких показателей, возьмем конкретный пример.

Согласно паспортным данным, дизельный и бензиновый генераторы, номинальная мощность которых составляет 2 кВт, расходуют 280г/кВт*ч и 395г/кВт*ч соответственно. То есть, ДГУ потребляет топлива в 1.4 раза! При минимальной нагрузке расход увеличивается на 10%, что повышает выгоду до 1,87 раза.

Копеечный способ повысить мощность генератора от СТОшника

В зимнее время года многие владельцы машин сталкиваются с понижением напряжения в сети. Чаще всего ответственность за это несет генератор, который не может работать на полную мощность.

Как решить эту проблему, не навредив общей электрической системе авто, интересует автомобилистов. Самый простой и безопасный способ – это установка диода с тумблером. Данная операция под силу практически каждому автолюбителю. Несмотря на свою простоту, этот надежный метод является результативным и надежным.

Читать еще:  Ветрогенератор из автомобильного генератора своими руками: технология сборки ветряка и разбор ошибок

Особенности работы автомобильного генератора

После поворота ключа зажигания ток проходит в обмотку возбуждения. Здесь им управляет стабилизатор напряжения, который питается от секции выпрямителя.

Автомобильный генератор вырабатывает переменный ток, который после выпрямления диодным мостом становится постоянным. Таким образом, такой агрегат относится к группе вентильных генераторов постоянного тока.

Его отличительной чертой является поддержание напряжения в узком диапазоне значений. За напряжение генератора отвечает специальный регулятор, который в народе называют «таблетка», «шоколадка», «щетки».

Данные устройства повышают напряжение до 13,6 Вольт.

На сегодняшний день их подключают по двум основным схемам. Более старый вариант отличается надежностью, работает стабильно, поддерживая напряжение примерно на постоянном уровне. Обновленная схема имеет множество недостатков.

Уникальностью именно автомобильного агрегата является то, что он вырабатывает электричество, преобразовывая механическую энергию вращающегося моторного коленчатого вала, который связан со шкивом генератора ремнем. При этом частота вращения двигателя – это величина непостоянная.

Таким образом, главной задачей данного электрического узла является зарядка АКБ, питание всех потребителей авто стабилизированным напряжением.

При этом независимо от оборотов мотора, напряжение всегда должно оставаться в рамках примерно 14 Вольт. В противном случае это негативно скажется как на аккумуляторе, так и на электрической цепи. Перезаряд и недостаточный заряд пагубно скажется на батарее.

Повышаем мощность своими руками

Регулятор напряжения не должен допускать понижения значений меньше 13,8 Вольт. Достичь таких показателей можно с помощью дополнительного диода, который включается в электрическую цепь. Этот элемент при нормальных значениях в бортовой сети не задействуется.

Если же электричества недостаточно, то для активизации диода достаточно включить тумблер. С помощью такой манипуляции происходит обман регулятора напряжения.

При выборе и установке диода нужно учитывать следующие важные моменты:

  • устройство должно выдавать не меньше 5 Ампер;
  • строго соблюдать полярность при подключении;
  • данный элемент нужно размещать за пределами генератора для предотвращения его перегревания;
  • лучше выбирать кремниевый вариант диода.

Для выполнения работ понадобятся:

  • клеммы с проводами типа «папа-мама»;
  • термоусадочная изоляция;
  • диод.

Вначале к диодным концам присоединить клеммы. К минусовому выводу (катоду) с полоской на корпусе припаять клемму «мама», а к плюсовому (аноду) – клемму «папа».

Поместить полученную конструкцию внутрь термоусадочной трубки.

Подключить устройство в электрическую цепь. Отрицательную клемму «мама» присоединить к реле-регулятору, а положительный провод с клеммой «папа» вставить в разъем диодного моста.

Выполнив перечисленные действия, нужно собрать схему до конца, проверить электрические параметры при работе генератора. Как показывает практика, данный метод на фоне своей простоты отличается надежностью и безотказностью.

Особенности работы автомобильного генератора

В составе электрооборудования любого транспортного средства есть генератор, который с регулятором напряжения образует генераторную установку автомобиля. Современная техника оборудована множеством электроприборов, предназначенных как для облегчения управления транспортным средством так и для комфорта водителя.

Эти потребители требует дополнительного питания, которое иногда превышает вырабатываемую генератором энергию. Чтобы не испортить оборудование и агрегаты машины, следует знать нормальные параметры их работы и принцип взаимодействия.

Роль генератора в системе автоэлектрики


С помощью генератора в транспортном средстве электропитание получают все потребители.

Средняя мощность устройства для легковой машины составляет примерно 1 кВт. Надежность агрегата является довольно высокой, поскольку требуется постоянная подпитка множества автомобильных приборов, что обусловливает высокие требования к их техническим характеристикам.

ВАЖНО: Нельзя допускать замыкание соединенных с «+» выводов и «массой» пластин теплопроводов агрегата, поскольку это очень опасно для генератора. Чаще всего такое происходит в результате попадания загрязнений и металлических предметов, становящихся проводящими мостиками.

После запуска агрегата небольшой постоянный ток начинает проходить через обмотку возбуждения, который на уровне 14 В поддерживает управляющий блок. Большинство автомобильных генераторов работает на скорости от 3 тыс. об./мин, вырабатывая при этом токи силой свыше 45 А. Для безопасной эксплуатации в таких режимах прибор покрывается полностью или частично изоляционным слоем.

Характеристики и нормальные показатели при работе

Главными характеристиками агрегата считается способность на разных режимах функционирования обеспечивать стабильным питанием своих потребителей. Определение этих режимов и показателей выдаваемых токов генератором называется токоскоростной характеристикой. В технической документации, которой комплектуется оборудование производителем, указываются такие характерные параметры:

  • n – частота вращения без нагрузки в оборудовании ротора, при которой генератором начинается отдача тока;
  • Iхд – сила тока отдачи, вырабатываемого генератором на холостом ходу при минимальных устойчивых оборотах. Для современного оборудования показатель составляет от 40 до 50% от указанного производителем номинального значения;
  • Idm – для современного агрегата измеряется на частоте вращения в минуту ротора 5-6 тыс. оборотов, является максимальным значением силы номинального тока отдачи;

Определенние токоскоростных характеристик:

  • В нагретом состоянии;
  • В холодном состоянии – в процессе вращения в приборе вырабатывается тепло, поэтому холодным генератор считается с температурным режимом до 25-35 °С;
  • С отключенным регулятором напряжения для агрегата;
  • С включенным регулятором напряжения в схему генераторной установки;
  • С независимым возбуждением, когда от постороннего источника производится питание цепи обмотки возбуждения;
  • С питанием от собственного агрегата цепи обмотки возбуждения в состоянии самовозбуждения.

Техническая документация чаще всего содержит несколько из вышеперечисленных характеристик. На щитке генератора должны указываться его главные параметры:

  • Номинальное напряжение (в зависимости от этого показателя электрооборудования автомобиля значение может быть 28 или 14 В);
  • Номинальный ток (равный максимальному току отдачи агрегата);
  • Марка и тип оборудования.

Для определения нормальных показателей при работе генератора следует рассмотреть его функционирование на разных режимах:

  1. Пуск. Силы тока, требуемые стартером, достигают сотен ампер, вызывая на клеммах АКБ существенное снижение напряжения. Это приводит к питанию потребителей автомобиля от аккумулятора, интенсивно его разряжая;
  2. Стабильная работа без нагрузки потребителями. Во время движения машины генератор начинает снабжать электроприборы и батарею аккумулятора электроэнергией. После того, как АКБ перезарядится, разность напряжения на агрегате и батарее станет минимальной, что снижает зарядный ток. Генератор выступает в роли источника питания, а аккумулятор используется для сглаживания пульсаций напряжения;
  3. Стабильная работа с нагрузкой мощными потребителями. Включение отопления, фар, акустики и других мощных систем на малых оборотах мотора потребует большего расхода электроэнергии, чем способен отдавать генератор. Это переводит нагрузку на АКБ, разряжая его.

ВАЖНО: Если в автомобиль монтируется более мощная батарея, то одновременно следует поменять генерирующее устройство на более производительное. Агрегат должен выдерживать суммарную нагрузку всех систем и электроприборов машины по их максимальным показателям мощности.

Потребление энергии системами автомобиля


Нагрузки, которые приходятся на автомобильный генератор, делятся на три категории:

  1. Кратковременные;
  2. Длительные;
  3. Постоянные.

Чтобы узнать потребляемую мощность установленных в автомобиле потребителей, достаточно прибавить к требуемой для зарядки АКБ мощности суммарное значение максимальных показателей мощности всех иных систем.

Обычно эти данные указаны в технической документации к каждому прибору или системе отдельно, в ПТС машины. В современном автомобиле при множестве разнообразных условий с высокими требованиями должна полностью справляться система зарядки.

Потребление при пуске

В момент запуска автомобиля на аккумуляторе происходит потеря емкости примерно на 0,5-1 Аh, поскольку потребляемый стартером ток холодной прокрутки достигает 450 А и больше. Разрядка на питание электрооборудования происходит до тех пор, пока транспортным средством не достигается нужная скорость, что позволяет перенять на себя нагрузку генератору.

В зависимости от модели установленного на ТС агрегата, системы могут получать ток в диапазоне 80-150 А с напряжением 14 В при оборотах двигателя от 2,5-3 тыс. в минуту.

В режиме пробок или медленной езды генератором выдается всего 40-50 % мощности, что снова переводит потребителей на аккумуляторное питание. Чтобы в дороге автомобиль не разрядился окончательно, следует регулировать количество одновременно включенных потребителей, мощность генератора, емкость АКБ.

ВАЖНО: При сильной разрядке аккумулятора его параметры не будут соответствовать заявленным производителем характеристикам. Снижение заряда более, чем наполовину ухудшит свойства батареи навсегда.

Потребление при работе

В процессе езды с нужной скоростью автомобиля питание оборудования производится от генератора. Но это при условии, что суммарная мощность всех потребителей не превышает мощность генерирующего устройства.

Для того, чтобы рассчитать максимальное потребление имеющимся оборудованием, следует учитывать постоянные, продолжительные и кратковременные нагрузки. Их примерная величина приведена в таблицах.

Постоянные нагрузки

10

1

0,5

70

5

2,5

70

5

2,5

30

2

1

180

13

6,5

Продолжительные нагрузки

15/30

1,0/2,0

0,5/1,0

25

2

1

160

12

6

200

15

7

10

1

0,5

2

1

260-270

20

10

Кратковременные нагрузки

10

1

0,5

150

11

5,5

14

7

150

11

5,5

100

7

3,5

100

7

3,5

110

8

4

40

3

1,5

40

3

1,5

40

3

1,5

10

1

0,5

120

9

4,5

80

6

3

150

11

5,5

150

11

5,5

50

3,5

2

80

6

3

40

3

1,5

50

3,5

2

50

3,5

2

1,7 кВт

125,5

63,5

Появление кратковременных нагрузок отличается низкой частотой, а для определенных потребителей устанавливается реле времени. Чтобы все вычисления упростились, следует полученное значение умножить на 0,1, что составляет используемую автомобилем при нормальном движении мощность. Для приведеного расчета мощность при кратковременных нагрузках составит:

Потребители от генератора требуют удовлетворения всех энергетических мощностей при кратковременных, длительных и постоянных нагрузках, что вычисляется как:

При напряжении 14 В, значение требуемой силы тока рассчитывается как:

Это значительные требования, которые должны еще учитывать потребляемый ток для подзарядки аккумулятора.

Взаимодействие с аккумулятором


Аккумуляторная батарея и генератор в транспортном средстве работают совместно при параллельном подключении. В зависимости от испытываемой нагрузки на элементы питания агрегаты друг друга дополняют. Работа этой системы возможна в следующих комбинациях:

  • При развитой машиной скорости все потребители и АКБ в том числе питаются от генерирующего устройства;
  • Выключенный двигатель и неработающий генератор вынуждает электросистемы автомобиля питаться от аккумулятора;
  • В режиме превышения мощности агрегата даже при нужной скорости транспорта, повышенное потребление переводится на батарею в параллельной работе с генератором.

Поэтому следует внимательно следить за тем, чтобы не допускалось питание потребителей от емкости или делать это в минимальном объеме. Существенный разряд испортит характеристики аккумулятора безвозвратно.

Заключение


Чтобы автомобиль и все его системы, устройства и агрегаты прослужил много лет, необходимо следить за работой генератора и батареи. Для этого следует осуществлять проверку:

  • надежности и чистоты контактов, соединений и проводки;
  • при применении для ремонта кузова электросварки заблаговременно отсоединять от АКБ и генерирующего устройства все провода;
  • натяжения ремня генератора;
  • при загорании индикаторной лампы генератора причину выяснять немедленно;
  • при подозрении на неполадки в выпрямителе агрегата автомобиль с подключенной батареей не оставлять;
  • генератора на работоспособность, посредством замыкания между собой «массы» и выводов;
  • работоспособности генерирующего оборудования при отключенной емкости с работающим двигателем транспорта;
  • защиты генератора от электролита, других жидкостей.

Автомобильный генератор

Владельцы патента RU 2319278:

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к автомобильным генераторам. В автомобильном генераторе, согласно изобретению, на роторе с внешней стороны полюсных половин размещены кольцевые постоянные магниты, намагниченные согласно с обмоткой возбуждения и создающие дополнительный магнитный поток в магнитной системе генератора, что снижает ток обмотки возбуждения. Для замыкания магнитного потока постоянных магнитов к ним примыкают магнитные шунты. Магнитные потоки, создаваемые постоянными магнитами и обмоткой возбуждения, взаимодействуют таким образом, что не нарушается регулировка выходного напряжения при изменении нагрузки и оборотов генератора. Технический результат заключается в уменьшении электроэнергии, потребляемой обмоткой возбуждения, и повышении КПД генератора. 1 ил.

Читать еще:  Источники тока на операционных усилителях

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции автомобильных генераторов переменного тока, которые используются в качестве источников электроэнергии в автомобилях.

Известен автомобильный генератор переменного тока (В.Е.Барабанов, В.И.Василевский, С.М.Левин. Электрооборудование тракторов и автомобилей. — М.: Колос, 1974. с.57, рис.25, 26), содержащий магнитную систему, включающую ротор с цилиндрическим постоянным магнитом, установленным на валу между клювообразными полюсными половинами.

Недостатком известной конструкции является сложность регулирования напряжения генератора, которое осуществляется изменением магнитного потока в сердечнике статора генератора путем механического перемещения полюсов ротора, что не может поддерживать величину выходного напряжения генератора с необходимой точностью.

Известен также генератор (Чижков Ю.П., Акимов С.В. Электрооборудование автомобилей. — М.: Издательство «За рулем», 1999. с.102, 103, 104, рис.3.10, 3.11, 3.12), содержащий обмотку возбуждения, установленную между клювообразными полюсными половинами, намагничивающая сила которой создает магнитный поток.

Такая конструкция позволяет регулировать магнитный поток в сердечнике статора, путем снижения или увеличения тока в обмотке возбуждения. Это дает возможность поддерживать напряжение генератора в необходимых пределах с достаточной точностью.

Недостатком известной конструкции является значительная величина тока, потребляемого обмоткой возбуждения, что снижает КПД генератора и приводит к увеличению расхода медного провода для изготовления обмотки. Низкий КПД генератора вызывает повышенный отбор мощности от двигателя автомобиля и увеличению расхода топлива.

Задачей изобретения является повышение КПД автомобильного генератора с сохранением возможности регулирования его напряжения с необходимой точностью, а также снижение расхода медного провода для изготовления обмотки возбуждения.

Поставленная задача решается тем, что в автомобильном генераторе, содержащем статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.

На чертеже схематично изображен автомобильный генератор с двумя кольцеобразными постоянными магнитами, установленными с внешней стороны полюсных половин и намагниченными в осевом направлении согласно с обмоткой.

Автомобильный генератор содержит статор 1 с трехфазной обмоткой и ротор. Между ротором и статором 1 имеется воздушный зазор 2. Ротор включает магнитную систему, содержащую выполненные из магнитно-мягкого материала полюсные половины 3, 4 и втулку 5. Магнитный поток в магнитной системе создается обмоткой возбуждения 6 и постоянными магнитами 7 и 8, выполненными в виде колец. К внешней стороне полюсной половины 3 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 7, а к внешней стороне полюсной половины 4 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 8. Постоянные магниты 7 и 8 намагничены в осевом направлении согласно с обмоткой возбуждения 6. К другой торцевой поверхности каждого постоянного магнита 7 и 8 примыкают магнитные шунты 9 и 10 тарельчатой формы, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты 7 и 8 со стороны наружного диаметра. Цилиндрическая часть магнитных шунтов 9 и 10 примыкает торцевой поверхностью к соответствующей полюсной половине 3 и 4, образуя магнитную цепь для прохождения магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8.

Когда обмотка возбуждения 6 выключена, магнитный поток в магнитной системе генератора создается только постоянными магнитами 7 и 8. В этом случае большая часть магнитного потока Ф1 постоянного магнита 7 замыкается через примыкающую к нему полюсную половину 3 и магнитный шунт 9, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем замыкания магнитного потока от постоянного магнита 7: полюсная половина 3, втулка 5, полюсная половина 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсная половина 3, магнитный шунт 9, по которому проходит меньшая часть Ф2 потока постоянного магнита 7. Таким же образом, большая часть создаваемого магнитного потока Ф3 от постоянного магнита 8 замыкается через примыкающий к нему магнитный шунт 10 и полюсную половину 4, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем замыкания магнитного потока от постоянного магнита 8: магнитный шунт 10, полюсная половина 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсная половина 3, втулка 5, полюсная половина 4, по которому проходит меньшая часть Ф4 потока постоянного магнита 8.

Так как части Ф2 и Ф4 магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8, проходящие через воздушный зазор 2 в сердечник статора 1 при выключенной обмотке 6, незначительны, ЭДС, индуктируемая потоками Ф2 и Ф4 в обмотке статора 1, мала, и выходное напряжение генератора минимально.

При включении обмотки 6 проходящий по ней ток создает свой магнитный поток Фк, который замыкается через втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3.

Магнитный поток Фк в полюсных половинах 3 и 4 ротора направлен навстречу магнитным потокам Ф1 и Ф3. Поэтому под действием намагничивающей силы обмотки 6 эти магнитные потоки в полюсных половинах 3 и 4 исчезают, за счет чего потоки Ф2 и Ф4 возрастают и составляют (пренебрегая потоками рассеивания) полный магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 7 и 8.

Таким образом, при включенной обмотке возбуждения 6 магнитный поток Ф2, создаваемый постоянным магнитом 7, проходит через полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, магнитный шунт 9. Магнитный поток Ф4, создаваемый постоянным магнитом 8, проходит через магнитный шунт 10, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4.

При этом магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий в трехфазной обмотке ЭДС, имеет максимальную величину и состоит из суммы магнитных потоков Фк, созданного обмоткой возбуждения 6 и магнитных потоков Ф2 и Ф4, созданных постоянными магнитами 7 и 8.

Регулирование выходного напряжения генератора производится путем включения и выключения тока в обмотке возбуждения 6. В соответствии с этим магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий ЭДС в трехфазной обмотке, изменяется от минимального значения, когда обмотка 6 выключена, до максимального, когда обмотка 6 включена.

Так как магнитный поток в сердечнике статора является суммой потоков Фк, Ф2 и Ф4, намагничивающая сила обмотки возбуждения 6 может быть снижена на величину (Ф24). Снижение требуемой намагничивающей силы обмотки возбуждения 6 позволит уменьшить потребляемый обмоткой ток, что приведет к увеличению КПД генератора, а также создаст условия для снижения расхода медного провода при изготовлении обмотки 6.

Автомобильный генератор, содержащий статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.

Характеристики автомобильных генераторов

Способность генераторной установки обеспечивать потребителей электроэнергией на различных режимах работы двигателя определяется его токоскоростной характеристикой (ТСХ) — зависимостью наибольшей силы тока, отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах. На рис. 5.4 представлена токоскоростная характеристика генератора.

Рисунок 5.11 Токоскоростная характеристика генераторных установок.

На графике имеются следующие характерные точки:

n— начальная частота вращения ротора без нагрузки, при которой генератор начинает отдавать ток;

Iхд— ток отдачи генератора при частоте вращения, соответствующей минимальным устойчивым оборотам холостого хода двигателя. На современных генератоpax ток, отдаваемый в этом режиме, составляет 40-50% от номинального;

частота вращения nи сила тока Iв расчетном режиме. (Точка расчетного режима определяется в месте касания ТСХ касательной, проведенной из начала координат. Приблизительно расчетное значение силы тока может быть определено как 0,67 IdmРасчетному режиму соответствуют максимальный механический момент генератора и в области этого режима наблюдается наибольший нагрев узлов, так как с ростом частоты вращения растет ток генератора и, следовательно, нагрев его узлов, но одновременно возрастает и интенсивность охлаждения генератора вентилятором, расположенным на его валу;

Idm— максимальный (номинальный) ток отдачи при частоте вращения ротора 5000 мин -1 (6000 мин -1 для современных генераторов).

В технической документации на генераторы часто указывается не вся ТСХ, а лишь ее отдельные характерные точки (см. рис. 5.4).

На новые модели отечественных двигателей устанавливаются генераторы компактной конструкции (94.3701 и др.). Безщеточные (индукторные) генераторы (955.3701 для ВАЗов, Г700А для УАЗов) отличаются от традиционной конструкции тем, что у них на роторе расположены постоянные магниты, а обмотки возбуждения — на статоре (смешанное возбуждение). Это позволило обойтись без щеточного узла (уязвимая часть генератора) и контактных колец. Однако эти генераторы имеют несколько большую массу и более высокий уровень шума.

Другой характеристикой, по которой можно представить энергетические способности генератора, является величина его коэффициента полезного действия (КПД), определяемого в режимах соответствующих точкам токоскоростной характеристики (рис. 5.5). Величина КПД по рис. 5.5 приведена для ориентировки, т.к. она зависит от конструкции генератора — толщины пластин, из которых набран статор, диаметра контактных колец, подшипников, сопротивления обмоток и т. п., но, главным образом, от мощности генератора. Чем генератор мощнее, тем его КПД выше.

Рисунок 5.12 Выходные характеристики автомобильных генераторов: 1 — токоскоростная характеристика, 2 — КПД по точкам токоскоростной характеристики.

Наконец, генераторную установку характеризует диапазон ее выходного напряжения, при изменении в определенных пределах частоты вращения, силы тока нагрузки и температуры. Обычно в проспектах фирм указывается напряжение между силовым выводом «+» и «массой» генераторной установки в контрольной точке или напряжение настройки регулятора при холодном состоянии генераторной установки частоте вращения 6000 мин-1, нагрузке силой тока 5 А и работе в комплекте с аккумуляторной батареей, а также термокомпенсация— изменение регулируемого напряжения в зависимости от температуры окружающей среды. Термокомпенсация указывается в виде коэффициента, характеризующего изменение напряжения при изменении температуры окружающей среды на

1°С. Как было показано выше, с ростом температуры напряжение генераторной установки уменьшается.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector