КПД автомобильного генератора

Все про автомобильный генератор — устройство, принцип работы

КПД автомобильного генератора

Любому транспортному средству требуется электросеть для запуска мотора, воспламенения топлива, питания осветительной и звуковой системы, обеспечения комфорта в салоне. Электроэнергию поставляют аккумулятор и генератор.

В первом держится постоянный ток, который сравнительно быстро потребляется. Второй во время работы мотора энергию вырабатывает, поддерживает постоянный уровень напряжения и тока. От него заряжается аккумулятор, питаются приборы.

Виды автомобильных генераторов

Для транспортных средств разработаны генераторы, выдающие постоянный и переменный ток. Первыми транспортные средства комплектовались до 1960 года. На данный момент они полностью заменены более современными, надежными, дающими постоянный ток благодаря полупроводниковым выпрямителям.

Генератор постоянного тока

Эти агрегаты соответствовали требованиям, предъявляемым к транспортным средствам до начала шестидесятых. Электромагниты в них неподвижные, ЭДС (электродвижущая сила) в роторе, напряжение на щетках одной полярности, ток снимается с заизолированных друг от друга полуколец.

Существует 3 вида этих электрогенераторов:

  • с обмоткой, соединенной с аккумуляторной батареей;
  • с параллельным возбуждением (шунтовой схемой);
  • с последовательной схемой для подключения статора, обмоток якоря.

Благодаря возможности работать как двигатель, если ток подается на якорь, современные электрогенераторы постоянного тока устанавливаются на гибридные автомобили.

Прогресс производства машин с двигателями внутреннего сгорания потребовал более высоких мощностей, оптимизации технических характеристик, уменьшения габаритов, длительного срока службы.

У оборудования постоянного тока оказалось много недостатков:

  • небольшая мощность;
  • низкий КПД;
  • неудобная схема для подключения;
  • большие габариты и вес;
  • частое техобслуживание;
  • необходимость в постоянном контроле

Дольше всего оборудование постоянного тока использовалось на железной дороге, однако со временем было заменено трехфазным переменным агрегатами.

Генератор переменного тока

Для разработки компактных, мощных, долговечных электрогенераторов для машин было потрачено немало времени. Новое оборудование сравнительно легкое, снижена стартовая частота вращений, увеличена надежность, срок эксплуатации более длительный, меньше затраты на техобслуживание.

Основные параметры и характеристики

Для любого электрогенератора важны такие характеристики как:

  1. КПД, %;
  2. напряжение, В;
  3. выдаваемый ток, А;
  4. частота и направление вращения ротора, об/мин;
  5. мощность, Вт (Ватты).

Устройство генератора

Все электрогенераторы выдают ток, но он разный, поэтому отличается конструкция.

Устройство генератора постоянного тока

У агрегата постоянного тока массивный корпус служит статором, обмотки полюсные, за счет смещенных пазов размещения обмоток магнитное поле постоянное, шумность невысокая. Якорь с токосъемной частью монтируется между обмотками, опирается на подшипники, закрепленные на крышках. Щеткодержатели крепятся к задней стенке, положительная щетка не заизолирована.

Существуют модели, укомплектованные дополнительными обмотками и второй парой щеток. Разработаны 3 схемы подключения, отличающиеся по типу возбуждения:

  • независимая;
  • параллельная;
  • смешанная.

Устройство генератора переменного тока

Трехфазные электрогенераторы выпускаются в 2-х вариантах: стандартные и компактные, но устройство отличается мало:

  1. корпус (две крышки), элементы для крепления на мотор;
  2. магнитопровод, трехфазные медные намотки;
  3. шкив, через ремень передающий на ротор вращение;
  4. ротор;
  5. щетки;
  6. регулятор напряжения;
  7. выпрямитель из силовых диодных элементов.

Для производства компактных моделей электрогенераторов используются современные технологии и материалы.

Генератор располагается перед мотором, через проушины на крышках закрепляется болтами на кронштейны. Ротор с контактными кольцами у задней крышки, привод и шкив — у передней.

Крышки производятся из сплавов алюминия, оснащаются окнами для вентиляции на цилиндрической или торцевой части. Щетки закреплены на задней крышке вместе с выпрямителем, регулятором напряжения. Крышки при помощи длинных винтов зажимают статор.

Щетки производятся из графита, монтируются в диэлектрические держатели.

Для изготовления статоров используются листы стали. Элементы соединяются заклепками или сваркой. Для намотки создается 36 пазов, заизолированных пленкой или эпоксидкой.

Ротор состоит из системы полюсов, поделенных на две части, оснащенных «клювами» (выступами). У каждой части 6 полюсов, напрессованы на вал из нетвердой автоматной стали. Посередине монтируется втулка. Твердая сталь для изготовления вала используется, если на концах монтируются цапфа закаливания, подшипники. Для фиксации шкива имеется паз и резьба.

Щетки прижимаются пружинами, существует 2 вида этих элементов:

  • электрографитовые;
  • меднографитовые.

Первый вид служит дольше, но теряет напряжение во время контакта с кольцом, снижая параметры на выходе.

Также существует 2 вида диодных мостов:

  • диоды таблеточные, припаянные к системе охлаждения с большими ребрами;
  • диоды силовые, запрессованные в пластины, отводящие тепло.

Вспомогательный узел для выпрямления состоит из цилиндрических или шарообразных диодов или герметичного блока, подключенного при помощи шин. Все элементы выпрямителя покрываются составом, предотвращающим короткое замыкания.

Для охлаждения используется вентилятор. Регуляторы напряжения состоят из полупроводников, меняют напряжение одновременно с колебаниями температуры среды. Принцип действия не зависит от конструктивного исполнения.

Напряжение в сети «скачет», если меняется частота оборотов ротора и коленчатого вала. Это оказывает отрицательное воздействие на потребителей. Чтобы избежать скачков, требуется ограничение тока возбуждения, передаваемого через щетки. Эту функцию выполняет регулятор, меняющий время для подключения обмотки, базируясь на общую нагрузку сети.

Принцип работы автомобильного генератора

Принцип действия автомобильного генератора, вырабатывающего постоянный ток, основан на индукции ЭДС под воздействием магнитного поля. Напряжение снимается прямо с полуколец, так как выпрямление тока не требуется.

Этот тип генераторов крепится на картер или при помощи кронштейнов, в нижнеклапанных двигателях на головку блока. Такая схема установки требует привода из ремня и шкива, установленного на коленчатом вале. Натяжение ремня обеспечивается опорой. На больших двигателях монтировался привод, работающий от шестерен распределителя газа.

Короткое и подробное учебное видео конструкции и принципа работы генератора автомобильного

Генератор переменного тока характеризуется:

  • напряжением (7,14-28 вольт);
  • током, ампер (А);
  • частотой самовозбуждения, возбуждения;
  • мощностью (средне значение 1380 ватт);
  • КПД (в современных моделях 50-60%).

Ток на статоре в момент запуска двигателя достигает сотни ампер. Все оборудование работает за счет аккумулятора, который быстро разряжается. Генератор начинает работать сразу после запуска, превращаясь в главный источник питания электросети и приборов.

Важно знать, как он работает. Якорь, соединенный с аккумулятором через контактные кольца и щетки, начинает вращаться, образуется электромагнитное поле. Оно создает переменный ток на обмотках. Далее он передается на выпрямитель, на выходе ток уже постоянный.

Электроэнергия используется для дозаряда аккумулятора и работы потребителей, подключенных к сети. Если обороты двигателя не достаточно высокие, а приборы мощные, реле подключает к питанию аккумулятор.

Схема подключения автомобильного генератора

Электрическая схема генераторов для транспортных средств «звезда» или «треугольник». При втором варианте ток в 1,7 раз больше, поэтому он используется на машинах с большой мощностью.
«Плюс» генератора присоединяется к аккумулятору, через регулятор напряжения к монтажному блоку, лампе на приборной доске, показывающей уровень заряда аккумулятора, вольтметру, включателю зажигания.

Схема «Звезда» Схема «Треугольник» Схема подключения

Основные неисправности автомобильного генератор

Электрогенераторы для автомобилей надежные, но неисправности все же случаются. Они бывают:

  • механические;
  • электрические.

К механическим относится:

  • износ ремня привода, щеток, контактных колец, шкива, подшипников;
  • разрушение корпуса, болтов крепления, пружин.

Обнаружить их просто по стукам и другим посторонним шумам. Ремонт сводится к замене неисправных деталей.

Чаще случаются электрические неисправности:

  • нарушение функциональности или выход из строя регулятора напряжения;
  • обрывы, замыкания обмоток на роторе/статоре;
  • пробой выпрямителя;
  • сбои функциональности реле.

Для определения неисправностей необходимо знать характерные признаки:

  • на панели мигает и горит непрерывно лампа разряда аккумуляторной батареи;
  • фары горят тускло, во время работы двигателя слышен дребезжащий звук;
  • из генератора слышен звук, напоминающий писк, вой.

Неисправную деталь желательно выявить сразу. Если пробит регулятор напряжения, аккумуляторная батарея постоянно перезаряжается. При неисправных кольцах или щетках аккумулятор перезаряжается или недозаряжается, быстро требуется замена.

Чтобы самостоятельно провести диагностику и ремонт, необходимо хорошо знать, из чего состоит генератор, как расположены детали, для чего каждая предназначена, как работает. Сначала проверяется предохранитель, потом расположение агрегата, целостность корпуса, ремня, проводки, вращение ротора, контактные кольца, щетки.

Из механических повреждений самым частым считается износ подшипников. Необходимо их снять, оценить состояние посадочных мест, при необходимости заменить на новые. Свист во время разгона свидетельствует о проблемах с ремнем. Заменить его тоже не совсем просто.

Проверка обмоток ротора проводится мультиметром, сопротивление должно быть 1,8-5 Ом. Если цифра меньше, на витках короткое замыкание, если больше, обмотка оборвана. Чтобы проверить обмотки статора, необходимо отсоединить их от выпрямителя. Об отсутствии у обмоток контакта с корпусом свидетельствует бесконечное значение на приборе.

Диоды выпрямителя тоже проверяются мультиметром, меняя щупы местами. Полупроводниковая деталь неисправна, если показания при проверке не зависят от расположения щупов. Диодный мост нужно менять полностью, если окислились контакты.

Современный автомобильный генератор достаточно сложный, для проверки, диагностики, ремонта лучше обратиться к опытным специалистам, обладающим необходимыми знаниями, использующим при работе специальный стенд, заменяющим неисправные детали на соответствующие оригинальные.

Генератор переменного тока

КПД автомобильного генератора

Генератор переменного тока, это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Как правило, генератор переменного тока использует вращающееся магнитное поле. Вот о том, как устроен автомобильный генератор переменного тока, мы и поговорим в этой статье.

Генерирование электроэнергии в автомобиле

Генератор требуется автомобилю для за­ряда аккумуляторной батареи и запитывания электрооборудования, такого как система за­жигания и впрыска топлива, ЭБУ, освещение и пр. Для заряда аккумуляторной батареи генератору необходимо выдавать больший ток, чем требуется включенному электрообо­рудованию.

Мощность генератора, емкость аккумуляторной батареи и потребляемая мощность электрооборудования должны со­ответствовать друг другу, чтобы при любых условиях эксплуатации в бортовую сеть посту­пал достаточный ток, и аккумуляторная бата­рея всегда достаточно заряжалась, т.е.

чтобы поддерживался адекватный зарядный баланс.

Поскольку аккумуляторная батарея и мно­гие элементы электрооборудования должны получать постоянный ток, вырабатываемый генератором переменный ток, выпрямляется.

Генератор оснащается регулятором напряже­ния, позволяющим подавать на аккумулятор­ную батарею и электрооборудование посто­янное напряжение.

Генераторы в легковых автомобилях рассчитаны на зарядное напря­жение 14 В, а во многих грузовых автомоби­лях — на 28 В (28-вольтовая электросистема).

Требования к генераторам

Основными требованиями к генераторам яв­ляются:

  • Подача напряжения постоянного тока для электрооборудования системы;
  • Обеспечение резервов по мощности для заряда аккумуляторной батареи даже при постоянно включенной нагрузке от непре­рывно эксплуатируемых устройств;
  • Поддержание постоянного напряжения генератора в полном диапазоне частоты вращения и нагрузки;
  • Высокий уровень КПД;
  • Низкий уровень шума;
  • Надежная конструкция, способная вы­держивать внешние нагрузки (вибрацию, высокую окружающую температуру, пере­пады температуры, грязь, влагу);
  • Длительный срок службы, сравнимый со сроком службы самого автомобиля (лег­кового);
  • Малая масса;
  • Компактные размеры.

Принцип электромагнитной индукции

При изменении магнитного поля в катушке в ней наводится напряжение (рис. «Создание наведенного напряжения в катушке, вращающейся в магнитном поле» ).

Согласно закону Фарадея наведенное напряжение Umd растет с увеличением скорости v движения перпендикулярно линиям поля и с увеличе­нием магнитного потока Ф через поперечное сечение проводника.

Это можно описать вы­ражением:

Uind = dФ/dt

Магнитное поле для создания наведенного напряжения (поле возбуждения) может быть создано постоянными магнитами. Их преиму­щество состоит в простоте конструкции. Это решение используется в небольших гене­раторах (например, велосипедных динамо- машинах). Недостатком возбуждения с помощью постоянных магнитов является не­возможность регулировки.

Регулируемое поле возбуждения можно создать электромагнитами. Электромагнит состоит из железного сердечника и обмотки (обмотки возбуждения), через которую про­текает ток возбуждения. Количество обмоток вместе с величиной тока возбуждения опре­деляют силу магнитного поля. Намагничивае­мый железный сердечник в электромагните проводит создаваемое катушкой магнитное поле.

Путем изменения тока возбуждения можно регулировать магнитное поле и, соответ­ственно, величину наведенного напряжения.

Когда ток возбуждения дает внешний ис­точник (например, батарея), это называют внешним возбуждением. Когда ток возбуж­дения берется непосредственно из тока, вы­рабатываемого генератором, это называют самовозбуждением.

Конструкция генератора переменного тока

Основными компонентами генератора явля­ются трех- или многофазные обмотки якоря и система возбуждения (рис. «Базовая конструкция генератора с клювообразными полюсами с коллекторными кольцами» ).

Поскольку конструкция обмотки якоря сложнее, чем конструкция системы возбуждения, и соз­даваемые в обмотке якоря токи больше тока возбуждения, обмотки якоря размещаются в неподвижном статоре. Магнитные полюса с обмоткой возбуждения размещаются на вращающейся части — роторе.

Магнитное поле ротора создается сразу при протекании тока возбуждения через эту обмотку. Генера­тор должен иметь большое количество пар полюсов, чтобы он мог создавать высокое наведенное напряжение уже на низких обо­ротах.

Большое количество полюсов создает высокий уровень реакции на оборот и, соот­ветственно, высокое наведенное напряжение. Это необходимое условие для получения вы­сокой мощности генератора.

У генераторов с клювообразными полюсами магнитное поле одной катушки возбуждения может быть разделено таким образом, чтобы создать необходимые 12-16 полюсов или 6-8 пар полюсов (рис. «Базовая конструкция генератора с клювообразными полюсами с коллекторными кольцами» и «Компоненты 12-полюсного ротора с клювообразными полюсами» ).

Якорь в генераторе содержит три или более идентичных обмотки (фазы), смещенных в пространстве относительно друг друга (рис. «Базовая конструкция генератора с клювообразными полюсами с коллекторными кольцами» ).

Из-за пространственного смещения обмоток генерируемые в них синусоидально изменяю­щиеся напряжения так же сдвигаются по фазе (смещение во времени, рис. «Выпрямление трехфазного тока» ).

Получаемый переменный ток называют трехфазным.

Выпрямление напряжения переменного тока

Создаваемое генератором напряжение переменного тока необходимо выпрямить, поскольку для аккумуляторной батареи и автомобильной электроники требуется по­стоянный ток.

К каждой фазе подключается два сило­вых диода — один с положительной стороны, обычно подключаемый через положительный теплоотвод выпрямителя к плюсовой клемме аккумуляторной батареи, и один — с отрица­тельной, подключаемый через отрицательный теплоотвод выпрямителя к корпусу генератора (минусовая клемма аккумуляторной батареи) (рис. 2).

Корпус генератора также электрически соединяется с землей через точки крепления генератора. Положительные полуволны про­водятся диодами на положительной стороне (плюсовая клемма аккумуляторной батареи), а отрицательные — диодами на отрицательной стороне (масса). Этот принцип называется полноволновое выпрямление (рис.

«Выпрямление трехфазного тока» ).

В случае с генераторами, у которых обмотка статора подключается «звездой» (рис.

а, «Типы подключения трехфазных обмоток статора» ), два дополнительных диода выпрямляют по­ложительную и отрицательную полуволны нейтральной точки звезды.

Путем выпрямле­ния третьей гармоники в фазовых напряже­ниях эти дополнительные диоды могут увели­чить выходной ток генератора при 6000 мин-1 на 10%.

Таким образом, эффективность генера­тора значительно повышается в верхнем диапазоне оборотов. В нижнем диапазоне оборотов амплитуда третьей гармоники ока­зывается ниже напряжения в бортовой сети автомобиля, и до­полнительные диоды не могут выдавать ток. Дополнительные диоды редко используются в современных генераторах.

Постоянный ток, отдаваемый генератором при электрической нагрузке через клеммы В+ и В- в бортовую сеть, имеет небольшие пульсации. Эти пульсации сглаживаются ак­кумуляторной батареей, подключаемой па­раллельно генератору и, при необходимости, конденсаторами в бортовой сети.

Вместо силовых диодов с высокой блоки­рующей способностью в современных гене­раторах для выпрямления переменного тока используются диоды Зенера. Они ограничи­вают максимальные напряжения до уровней, которые безвредны для синхронных генера­торов и регуляторов (защита от выбросов мощности).

Дополнительно стабилитроны могут применяться для обеспечения дистан­ционной защиты другого чувствительного к напряжению оборудования, входящего в со­став автомобильной электрической системы.

При использовании генератора на 14 В напря­жение срабатывания выпрямителя с диодами Зенера варьируется от 25 до 30 В.

Цепи генераторов

В трехфазных генераторах для передачи электроэнергии в случае неподключенных обмоток потребовалось бы шесть токовых вводов. Это количество можно уменьшить до трех, объединив три цепи.

Цепи соединяются по схеме «звезда» (рис. а, «Типы подключения трехфазных обмоток статора» ) или «треуголь­ник» (рис.

Ь, «Типы подключения трехфазных обмоток статора» ).

В случае соединения звездой концы трех фаз обмотки соединяются в одной точке — нейтральной точке звезды. Без нейтрального проводника общая сумма трех токов к ней­тральной точке всегда равна нулю.

Блок обратного тока

Выпрямительные диоды в генераторе служат не только для выпрямления вырабатываемого им напряжения, но и для предотвращения раз­ряда аккумуляторной батареи через обмотки статора.

Когда двигатель выключен или его обороты настолько малы, что генератор не возбуждается, без диодов ток аккумулятор­ной батареи должен был бы протекать через обмотку статора.

Диоды поляризуются отно­сительно напряжения аккумуляторной бата­реи в противоположном направлении, чтобы предотвратить любой значительный разряд­ный ток. Поэтому ток может течь только от генератора к аккумуляторной батарее.

Обычно генераторы не снабжаются сред­ствами защиты от обратной полярности. Изме­нение же полярности в аккумуляторной батарее приводит к разрушению диодов генератора, а также подвергает опасности компоненты по­лупроводников других устройств в автомобиле.

Регулирование напряжения

При постоянном токе возбуждения напряже­ние генератора зависит от частоты вращения ротора и нагрузки. Функция регулирования на­пряжения заключается в поддержании напря­жения генератора и, соответственно, напряже­ния в бортовой сети постоянным во всем диапазоне оборотов двигателя независимо от электриче­ской нагрузки.

Для этого регулятор напряже­ния корректирует величину тока возбуждения путем циклической активации и деактивации напряжения в возбуждающей обмотке. Регуля­тор корректирует отношение времени включе­ния ко времени выключения в зависимости от напряжения, создаваемого генератором.

В пе­риоды, когда регулятор деактивирует напря­жение, из-за высокой индуктивности катушки возбуждения ток возбуждения течет через нерегулируемый диод, подключенный парал­лельно обмотке возбуждения (рис. «Генератор» ).

Таким образом, регулятор поддерживает напряжение в бортовой сети постоянным и предотвращает пере­заряд или разряд аккумуляторной батареи во время эксплуатации автомобиля.

Регуляторы напряжения

Регуляторы напряжения раньше изготавли­вались с помощью дискретных компонентов. Сегодня они включают в себя гибридные или монолитные контуры (рис. «Генератор» ). При использо­вании монолитной технологии изготовления контрольная и регулирующая интегральная схема, транзистор большой мощности и га­сящий диод располагаются в одном блоке.

В дополнение к описанным выше функ­циям регулировки напряжения многофунк­циональные регуляторы напряжения вы­полняют специальные функции. Особого внимания заслуживает функция реагиро­вания на нагрузку (LR). Различают LR при работающем двигателе и LR при запуске двигателя.

LR при работающем двигателе по­могает улучшить характеристики двигателя внутреннего сгорания в плане работы и ток­сичности ОГ путем ограниченного увеличе­ния мощности со временем.

LR при запуске двигателя означает, что генератор не рабо­тает в течение определенного времени после запуска, чтобы стабилизировались холостые обороты двигателя.

Интеллектуальное регулирование генератора

Регуляторы напряжения с цифровыми интерфейсами улучшают совместимость между системами управления двигателем и регулирования генератора переменного тока. Здесь используют различные интерфейсы (например, бит-синхронный интерфейс или UN-интерфейс) в зависимости от изготови­теля автомобиля.

Управляющее напряжение можно регу­лировать через интерфейс регулятора. Если установить низкое управляющее напряже­ние, это приведет к падению или отсутствию мощности генератора.

Подводимая мощ­ность и крутящий момент на валу генератора падают до низкого уровня.

С другой стороны, напряжение генератора можно повысить через интерфейс, чтобы генератор заряжал аккумуляторную батарею и запитывал элек­трооборудование автомобиля.

Поскольку генератор преобразует механиче­скую энергию в электрическую, подводимая мощность на валу генератора увеличивается с ростом выходной электрической мощно­сти.

Двигатель внутреннего сгорания требует больше топлива для покрытия потребностей генератора в подводимой мощности.

Однако если напряжение генератора повышается при движении накатом, то энергия, отбираемая генератором с коленчатого вала, не стоит ни капли дополнительного топлива, потому что отсечка топлива при движении накатом оста­навливает подачу топлива.

Когда водитель нажимает педаль газа, ЭБУ двигателя снова снижает напряжение генератора через интер­фейс связи с регулятором, чтобы снять на­грузку с двигателя в виде крутящего момента генератора. Этот процесс известен также как интеллектуальное регулирование генератора и рекуперация.

Интерфейсные регуляторы позволяют точно подстроить функции реагирования на нагрузку к режиму работы двигателя, опти­мизировать профили момента для сокраще­ния расхода топлива и отрегулировать заряд­ное напряжение для улучшения состояния заряда аккумуляторной батареи.

Характеристики генератора

Генератор может подавать ток в бортовую сеть лишь при условии, что наведенное на­пряжение Uind в обмотках статора будет больше, чем общая сумма прямых напря­жений двух диодов и напряжение в бортовой сети на клеммах В+ и В-. Поскольку наведенное напряжение:

Uind ~ dФ/dt

зависит от частоты изменения магнитного по­тока, т.е. от оборотов ротора, существует диа­пазон от нуля до оборотов самовозбуждения, в котором генератор не выдает ток (рис. «Характеристическая кривая при максимальном токе генератора при постоянном напряжении» ).

Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора своими руками?

КПД автомобильного генератора

На возобновляемые источники энергии обращается большое внимание, подписаны и ратифицированы международные соглашения о приоритетном развитии таких систем. Есть несколько типов электростанций, каждый имеет свои сильные и слабые стороны. В этой статье рассмотрим рекомендации по изготовлению дешевого и доступного вида – ветрогенератор из автомобильного генератора.

Немного теории

Ветровая эклектическая станция состоит из нескольких элементов:

  • ветрогенератор (ветроустановка);
  • автоматический контролер заряда;
  • блок аккумуляторных батарей;
  • инвертор для потребителей переменного тока;

Каждый элемент играет критическую роль в работоспособности ветровой станции, но в этой статье мы остановимся лишь на ветрогенераторе.

Технические требования к устройству

Параметры ветрогенератора должны соответствовать его назначению – вырабатывать электрический ток, пригодный к дальнейшему использованию.

Если вы планируете во время сильного ветра к своему генератору подключать лампочку от фонарика, то никаких технических параметров соблюдать нет необходимости.

Если ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора делается для подключения бытовых приборов – он должен соответствовать строгим требованиям.

  • Напряжение на выходе больше 12 В. При таком напряжении заражаются аккумуляторные батареи.
  • Количество оборотов. Автомобильный или тракторный генератор такое напряжение дают при 4–6 тыс. оборотов в минуту. Конкретные значения зависят от марки. В промышленных устройствах используются специальные редукторы (кстати, именно они создают шум), добиться нужных значений без них даже теоретически невозможно. Надо знать, что чем больше вырабатывают генераторы электрической энергии – тем значительнее требуются усилия для раскручивания, в автомобилях на эти потребности уходит более 1,5% мощности двигателя. Отсюда, чем меньше скорость вращения ветряка – тем больше усилие он может создавать при одинаковой скорости ветра. Все ветряки вращаются медленно, за счет этого создается максимальный крутящий момент ветровыми нагрузками.
  • Скорость ветра. Среднегодовая скорость ветра должна быть более 4,5 м/с, при меньшей строить ветрогенератор нецелесообразно. Узнать параметры на предполагаемой высоте установки ветрогенератора можно при помощи анемометров. Информацию о скорости и направлении ветра рекомендуется собирать не менее двух лет, обычные метрологические сведения непригодны, они снимаются на уровне земли.

Если вы уверены в правильности принятого решения, имеете достаточные навыки выполнения слесарных и сварочных работ, можете самостоятельно сделать расчет на ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора, схема должна отвечать техническому заданию, то можете приступать к работе.

Особенности использования автомобильных генераторов

Автомобильные генераторы используются в готовом виде или переделываются для улучшения характеристик. Ветряк из автомобильного генератора имеет сильные и слабые стороны.

Готовый автомобильный или тракторный генератор

  • Достоинства. Легко купить, собран, имеет небольшой вес и стоимость.
  • Недостатки. Необходима большая скорость вращения, что усложняет схему ветряка. Токосъемники требуют обслуживания, небольшой выход энергии, низкий ресурс работы, для запуска необходима подача энергии на катушку.

Вывод. Ветряк из автомобильного генератора без переделки малопригоден для ветровых электростанций.

Принципиальной разницы между автомобильными и тракторными генераторами нет, существуют небольшие отличия в оборотах ротора и мощности.

Почему нет разницы? Все просто – на тракторах и автомобилях одинаковые аккумуляторы, требующие идентичных параметров тока, а генераторы устанавливаются для их обслуживания.

Это значит, что их технические характеристики почти не отличаются. Единственное отличие – некоторые тракторные могут самовозбуждаться.

Самодельный с постоянными магнитами

Практика показала, что такое устройство превосходит вышеперечисленные по всем параметрам. Недостаток – довольно сложные и трудоемкие работы. Для изготовления такого генератора лучше использовать асинхронный двигатель, переделка заключается в установке на ротор постоянных магнитов.

Инструкция по сборке и установке ветрогенератора

Все работы следует разбить на несколько этапов и строго придерживаться рекомендованной технологии. Это позволит избежать многих ошибок, уменьшить время монтажа установки и снизить затраты.

Выбор конструкции ветряка

Есть два типа конструкционных решений: горизонтальный и вертикальный ветряк своими руками из автомобильного генератора. Классификация зависит только от расположения ротора ветрогенераторов. На конкретный выбор оказывают влияние следующие факторы:

  • Габаритные размеры и масса генератора. Горизонтальное расположение выбирается для небольших агрегатов, их можно зафиксировать в непосредственной близости к валу ветряка. За счет этого минимизируется число передаточных ступеней, увеличивается КПД и уменьшается стартовая скорость ветра. Вертикальное размещение вала генератора применяется для тяжелых устройств, требующих отдельной прочной и устойчивой площадки для фиксации. Преобразование горизонтального крутящего момента в вертикальное выполняется за счет дополнительной передачи.
  • Сила ветра. Горизонтальные ветряки можно располагать на большей высоте, где показатели скорости ветра выше. Это важное преимущество для всех зон, но в особенности для неблагоприятных с точки зрения средних показателей ветровых нагрузок.

Важно знать. Промышленные ветровые электростанции в зависимости от мощности могут быть двух типов. Для домашнего пользования чаще используются вертикальные: установка ветрогенератора на земле, а привод длинным металлическим валом на специальной мачте – компоновка упрощает процесс периодических технических обслуживаний.

Переделка автогенератора

Одна из самых сложных с инженерной точки зрения задач. Генератор возбуждается аккумулятором, для этого надо устанавливать блок управления. Схема имеет низкие эксплуатационные характеристики и не рекомендуется к использованию.

Намного лучше результаты после переделки ротора, на нем устанавливаются постоянные магниты. Работы технически сложные, надо не только прочно зафиксировать элементы, но и сделать их балансировку. В противном случае на больших оборотах появляются критические нагрузки, быстро выходят из строя подшипники, магниты могут выпадать из посадочных мест со всеми негативными последствиями.

Переделывать необходимо статор и ротор.

  • Статор. Автомобильные генераторы рассчитаны на большие обороты, таких параметров сложно добиться в самодельных установках. Для их уменьшения надо заменить обмотку, увеличить количество витков каждой катушки в пять раз, а диаметр проволоки одновременно уменьшить.
  • Ротор. Металлический надо выбрасывать и точить алюминиевый. Размеры должны учитывать последующую установку бандажа и электромагнитов. Замеры делайте максимально точными, чем ближе магниты к обмотке, тем выше КПД генератора. Неодимовые магниты приклеиваются суперклеем на симметричном расстоянии, полюсы чередуются. Свободное пространство между магнитами заливается эпоксидной смолой, поверхность обтачивается и шлифуется.

Изготовление ветрового колеса

Важно. Определитесь, что именно вы делаете. Если шумный ветряк для отпугивания с грядок птиц – подойдет любое колесо, оно будет при порывах ветра вращаться и издавать неприятные звуки. Если для ветрогенератора, то надо выполнить предварительные расчеты.

Требуется знать силу ветра, рабочие обороты генератора и его максимальное сопротивление.

С учетом исходных данных выбирается тип ветрового колеса, количество и геометрия лопастей и их расположение. Ось может располагаться вертикально или горизонтально, по типу лопастей устройства бывают крыльчатыми, карусельными и барабанными. Каждый тип имеет свои сильные и слабые характеристики.

Расчеты сложные, определятся работа поверхности колеса в зависимости от кинетической энергии ветра.

Интересно знать. Конструкторы разработали критерии идеального колеса для всех типов.

Идеальным ветряком считается устройство, у которого:

  • направление ветра и оси совпадают;
  • лопасти минимальной ширины, но бесконечно большого количества;
  • постоянная циркуляция воздушных потоков вдоль лопасти, а их сопротивление равняется нулю;
  • угловая скорость стремится к бесконечности, а потерянная скорость потока постоянная.

Идеальных показателей невозможно достичь, но к ним надо стремиться. Лопасти рекомендуется делать из легких, прочных и устойчивых к негативному воздействию атмосферных факторов материалов. Оптимальный вариант – листовой прокат из алюминиевых сплавов. Геометрия подбирается на основании расчетных данных для каждого конкретного случая.

Сборка ветряка

Вал ветряка рекомендуется делать из трубы, диаметр подбирается в зависимости от установленных подшипников и размеров вала ротора. Если они неодинаковые, то надо пользоваться переходными муфтами.

Ветровое колесо должно свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси с учетом изменения направления ветра, момент вращения создает специальный хвостовик (флюгер). Размеры флюгера должны обеспечивать максимально быструю и точную корректировку устройства при изменении направления ветра и выбираются в зависимости от момента инерции колеса.

Переделка автомобильного генератора для ветряка уменьшает рабочую скорость вращения, ток нужного напряжения вырабатывается уже при 600 об/мин.

Важно. Все подшипники должны быть закрытыми, места вращения смазаны и максимально защищены от окислительных процессов.

Кроме того, надо принимать комплекс мер по предупреждению заклинивания конструкции во время замерзания/размерзания.

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

КПД автомобильного генератора

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает.

Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится.

Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля.

Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора.

Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов.

В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Диодный мост

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть.

Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле.

Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора.

Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток.

Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток «выпрямляется» и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В — 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором.

При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя.

При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В — 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В — 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р — мощность, I — сила тока, U — напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В — 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше.

На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать.

Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки.

Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя.

Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

(1 5,00 из 5)
Загрузка…

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.