Расчёт генератора, основные параметры и изготовление

Устройство генератора

Устройство автомобильного генератора подразумевает наличие собственного выпрямителя и регулирующей схемы. Генерирующая часть генератора с помощью неподвижной обмотки (статора) вырабатывает трёхфазный переменный ток, который далее выпрямляется серией из шести больших диодов и уже постоянный ток заряжает аккумулятор. Переменный ток индуцируется вращающимся магнитным полем обмотки (вокруг обмотки возбуждения или ротора). Далее ток через щётки и кольца скольжения подаётся на электронную схему.

Устройство генератора: 1.Гайка. 2.Шайба. 3.Шкив. 4.Передняя крышка. 5.Дистанционное кольцо. 6.Ротор. 7.Статор. 8.Задняя крышка. 9.Кожух. 10.Прокладка. 11.Защитная втулка. 12.Выпрямительный блок с конденсатором. 13.Щелкодержатель с регулятором напряжения.

Располагается генератор в передней части двигателя автомобиля и запускается с помощью коленчатого вала. Схема подключения и принцип работы генератора автомобиля одинаковый для любых автомобилей. Есть конечно некоторые отличия, но они, как правило, связаны с качеством изготовленного товара, мощностью и компоновкой узлов в моторе. Во всех современных автомобилях устанавливают генераторные установки переменного тока, которые включают не только сам генератор, но и регулятор напряжения. Регулятор равносильно распределяет силу тока в обмотке возбуждения, именно за счет этого и происходит колебание мощности самой генераторной установки в тот момент, когда напряжение на силовых клеммах выхода остается неизменным.

Принцип работы генератора авто

Схема подключения генератора ВАЗ 2110-2115

Схема подключения генератора переменного тока включает такие составляющие:

1. Аккумулятор.
2. Генератор.
3. Блок предохранителя.
4. Ключ зажигания.
5. Приборная панель.
6. Выпрямительный блок и добавочные диоды.

Принцип работы достаточно простой, при включении зажигания плюс через замок зажигание идет через блок предохранителей, лампочку, диодный мост и выходит через резистор на минус. Когда лампочка на приборной панели загорелась, далее плюс идет на генератор (на обмотку возбуждения), далее в процессе запуска двигателя шкив начинает вращаться, также вращается якорь, за счет электромагнитной индукции вырабатывается электродвижущая сила и появляется переменный ток.

Далее в выпрямительный блок через синусоиду в левое плечо диод пропускает плюс, а в правое минус. Добавочные диоды на лампочку отсекают минусы и получаются только плюсы, далее он идет на узел приборной панели, а диод, который там стоит он пропускает только минус, в итоге лампочка гаснет и плюс тогда идет через резистор и выходит на минус.

Принцип работы автомобильного генератора постоянного, можно объяснить так: через обмотку возбуждения начинает течь небольшой постоянный ток, который регулируется управляющим блоком и поддерживается им на уровне чуть больше 14 В. Большинство генераторов в автомобиле способны вырабатывать как минимум 45 ампер. Генератор работает на 3000 оборотах в минуту и выше — если посмотреть на соотношение размеров ремней вентиляторов для шкивов, то оно по отношению к частоте двигателя составит два или три к одному.

Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Далее рассмотрим схему подключения автомобильного генератора на примере автомобиля ВАЗ-2107.

Плохой контакт между щетками и контактными кольцами ротора

Плохой контакт между щетками и контактными кольцами ротора возникает при загрязнении и замас­ливании контактных колец, большом износе щеток, уменьшении давления пружин на щетки и зависании щеток в щеткодержателях. При таких дефектах повышается сопротивление в цепи возбуждения (или даже прерывается цепь возбуждения), что вызывает снижение силы тока возбуждения, уменьшается мощность генератора.

Для устранения неисправности снимают щеткодержатель и проверяют его состояние. При необ­ходимости протирают щеткодержатель и щетки тряп­кой, смоченной бензином. Щетки должны свободно пе­ремещаться в щеткодержателях. При износе щеток до высоты 8 мм их заменяют с последующей проверкой давления пружины на каждую шетку в отдельности.

Загрязненные контактные кольца ротора протирают тряпкой, смоченной бензином. Окисленную рабочую поверхность колец зачищают стеклянной шкуркой.

Структуры возбуждения

Самым распространенным способом создания основного магнитного потока синхронных генераторов является электромагнитное возбуждение, состоящее в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения, при прохождении по которой постоянного тока, возникает МДС, создающая в генераторе магнитное поле.

Ротор синхронного генератора, возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронного генератора поступает через контактные кольца и щётки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя r1 и подвозбудителя r2 . В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.

В синхронных генераторах получила применение также бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе. В качестве возбудителя в этом случае применяют обращенный синхронный генератор переменного тока В (рис. 1.3, б). Трехфазная обмотка 2 возбудителя, в которой наводится переменная ЭДС, расположена на роторе и вращается вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора и их электрическое соединение осуществляется через вращающийся выпрямитель 3 непосредственно, без контактных колец и щёток.

В синхронных генераторах, в этом числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 1.4, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь ПП преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.

На рис. 1.4, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения.

Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на входе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты (БЗ), обеспечивающий защиту обмотки возбуждения (ОВ) от перенапряжения и токовой перегрузки.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5 % полезной мощности (меньшее значение относится к генераторам большой мощности). В генераторах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, расположенными на роторе машины. Такой способ возбуждения даёт возможность избавить генератор от обмотки возбуждения.

Синхронные генераторы составляют основу электроэнергетики, так как практически вся электроэнергия во всём мире вырабатывается посредством синхронных турбо- или гидрогенераторов. Так же синхронные генераторы находят широкое применение в составе стационарных и передвижных электроустановок или станций в комплекте с дизельными и бензиновыми двигателями.

Любые турбо-, гидро-, дизельные генераторы, синхронные компенсаторы, моторы, производимые на данный момент, оснащаются новейшими полупроводниковыми структурами, такими как возбуждение синхронных генераторов. В данных структурах применяется метод выпрямления трехфазных переменных токов возбудителей высокой или промышленной частоты либо напряжения возбуждаемого агрегата.

Устройство генератора таково, что структуры возбуждения могут обеспечить такие параметры работы агрегата, как:

• Первая стадия возбуждения, то есть начальная.
• Работа вхолостую.
• Подключение к сети способом точной синхронизации либо самосинхронизации.
• Работа в энергетической структуре с имеющимися нагрузками или перегрузками.
• Возбуждение синхронных приборов может быть форсировано по таким критериям, как напряжение и ток, имеющими заданную кратность.
• Электроторможение аппарата.

https://youtube.com/watch?v=mwPtSDgixI8

Диагностика неисправностей

На современных автомобилях использование «дедовского» способа диагностики путем скидывания с клеммы аккумулятора может привести и к серьезной поломке множества электронных систем автомобиля. Значительные перепады напряжения бортовой сети автомобиля способны вывести из строя почти всю бортовую электронику. Именно поэтому современные генераторы всегда проверяются только путем замера напряжения в сети или диагностики самого снятого узла на специальном стенде. Сначала производится замер напряжения на клеммах аккумулятора, пускается двигатель и снимаются показания уже при работающем моторе. До запуска напряжение должно быть около 12 В, после запуска — от 13,8 до 14,7 В. Отклонение в большую строну свидетельствует, что идете «перезаряд», что подразумевает неисправность реле-регулятора, в меньшую — что ток не поступает. Отсутствие тока подзарядке свидетельствует о неисправности генератора или цепей.

Ремонт генератора своими руками

Под ремонтом статора обычно понимается перемотка статора генератора. Для этой процедуры вам понадобится внушительный набор инструментов:

• Намоточный станок;
• Медный провод (может потребоваться около 8 катушек);
• Трамбовка;
• Сверлильный станок;
• Устройство для сушки покрытого лаком статора;
• Молоток, набор отвёрток и ключей.

Намотка статора автомобильного генератора — это и есть ремонт статора. Для начала следует извлечь сам статор из генератора. Старая обмотка опаливается, но перед этим должна быть составлена схема обмотки статора генератора, идентичная старой трёхфазной или однофазной обмотке. При опаливании магнитные свойства металлического пакета статора не ухудшаются, поэтому можно не переживать. Когда обмотка полностью обгорит, следует провести полную очистку посадочного места. Нарезаются изоляционные прокладки из синтофлекса и устанавливаются в пазы.

Перематывать обмотку следует по заранее нарисованной схеме. Линейный принцип используется в однофазном генераторе, а трехфазная обмотка статора предполагает соединение «звездой» или «треугольником». При перемотке провод из первого паза должен идти сразу в четвёртый. Сначала наматывается половина витков в одну сторону, потом вторая половина в противоположную сторону. Пазы заделываются выступающими частями прокладок, после чего катушки нужно простучать молотком. Чтобы не повредить обмотку, нужно использовать проставку.

Перед пропиткой лаком нужно проверить размеры перемотанного узла, он не должен при сборке генератора выступать за края. Контакты связываются нитью, которая не расплавится при сушке и помещается в ёмкость с лаком. После пропитки статора его помещают в печь для сушки, предварительно дав элементу обтечь. Если нет подходящей печи, статор можно просто подвесить, установив снизу нагревательный элемент. Когда лак перестанет липнуть, сушка будет закончена. При использовании подогрева сушка обычно занимает около 2-3 часов.

При нестабильной работе генератора для многих решением проблемы становится замена всего узла. Но если знать, как проверить все элементы генератора, то даже процедура обмотки статора будет вам по плечу.

Чтобы проверить статор и ротор на межвитковое замыкание мультиметром, не потребуется много времени. Дольше придется разбирать двигатель. Болгарка, дрель, перфоратор – каждый инструмент можно отремонтировать, определив неисправность. Проверку лучше разбить на несколько основных этапов, и последовательно не спеша выполнять действия.

Устройство и принцип работы генератора автомобиля

Сперва же не лишним будет хотя бы в общих чертах познакомиться с устройством генератора, а также с принципом работы этого узла автомобиля. Многие автолюбители, к сожалению, всегда пропускают этот этап, сразу приступая к диагностике и ремонту. В итоге, из-за непонимания (или недопонимания) принципа работы дело часто заходит в тупик, допускаются серьезные ошибки, провоцируются короткие замыкания и более серьезные поломки, чем были до этого. Отсюда следует вывод, что поиск и устранение любых неисправностей того или иного узла автомобиля нужно начинать с изучения его устройства и принципа работы.

Генератор автомобиля устроен и работает следующим образом. Собственно, электроэнергия, используемая для питания бортовой сети и зарядки аккумуляторной батареи, вырабатывается за счет электромагнитной индукции. Снимается она с выводов обмоток статора, внутри которых вращается ротор на двух подшипниках. В движение ротор приводится от коленчатого вала двигателя, с которым он соединен при помощи ремня.

Первая особенность, о которой необходимо знать, это неравномерность скорости вращения ротора генератора. Она полностью зависит от того, на каких оборотах работает двигатель. Соответственно, если бы ротор питался (для возбуждения) одним и тем же напряжением, то на выходе генератора мы бы получали скачущее напряжение, что является неприемлемым для бортовой сети автомобиля.

Решается эта проблема весьма просто. На ротор подается не стабильное напряжение, а регулируемое. За это отвечает реле-регулятор, который «отслеживает» напряжение на клеммах АКБ, и в зависимости от текущих показателей корректирует питание ротора. Грубо говоря, когда на выходе генератора напряжение доходит до верхней допустимой отметки (например, 14.4 вольта), схема реле-регулятора прекращает питание ротора. Напряжение на выходе падает, РРН возобновляет возбуждение ротора, и так по циклу с очень большой частотой. За счет этого напряжение бортовой сети постоянно поддерживается на одном уровне, и не зависит от того, на каких оборотах работает мотор автомобиля.

Вторая особенность автомобильного генератора заключается в том, что он генерирует переменное трехфазное напряжение. А для питания бортовой сети и зарядки АКБ оно должно быть постоянным. Чтобы решить эту проблему, генератор оснащается выпрямительным мостом, состоящим из диодов. Как правило, в выпрямителе имеется шесть основных диодов (по два на каждую фазу), а также три дополнительных.

В принципе, этих знаний уже будет достаточно для того, чтобы разобраться в описанных далее характерных неисправностях генератора. Хотя для успешного самостоятельного ремонта не помешает углубиться в тему, используя дополнительные источники информации.

Виды неисправностей генератора

Ввиду того, что любой генератор — это электромеханическое устройство, соответственно и разновидностей неисправностей будет две — механические и электрические.

К первым относятся разрушение креплений, корпуса, нарушение работы подшипников, прижимных пружин, ременного привода и другие, не связанные с электрической частью поломки.

К электрическим неисправностям относятся обрывы обмоток, неисправности диодного моста, выгорание/износ щеток, межвитковые замыкания, пробои, биения ротора, неисправности реле-регулятора.

Нередко симптомы, указывающие на характерные неисправного генератора, могут появиться и вследствие совершенно других неполадок. Как пример — плохой контакт в гнезде предохранителя цепи обмотки возбуждения генератора покажет на неисправность генератора. То же подозрение может возникнуть из-за обгоревших контактов в корпусе замка зажигания. Так же, постоянное горение лампы-сигнализатора неисправности генератора может быть вызвано поломкой реле, мигание этой лампы включающего может свидетельствовать о неисправности генератора.

Основные признаки неисправности автогенератора:

• При работающем двигателе мигает (или непрерывно горит) контрольная лампа разряда аккумулятора.
• Разрядка или перезаряд (выкипание) аккумуляторной батареи.
• Тусклый свет автомобильных фар, дребезжащий или тихий звуковой сигнал при работающем двигателе.
• Значительное изменение яркости фар при увеличении числа оборотов. Это может быть допустимо при увеличении оборотов (перегазовки) с режима холостого хода, но фары, загоревшись ярко, дальше яркость свою увеличивать не должны, оставаясь в одной интенсивности.
• Посторонние звуки (вой, писк) исходящие от генератора.

Необходимо регулярно контролировать натяжение и общее состояние ремня привода. При трещинах и расслоениях необходима немедленная замена.

Технические параметры

Если старый генератор выходит из строя, многие автомобилисты задаются вопросами относительно того, какой генератор им теперь лучше поставить вместо старого.

Ничего выдумывать здесь не нужно. Самое правильное решение — это установить такой же генератор, как стоял ранее, либо более мощный.

Сегодня для ВАЗ 2110 предусмотрено применение трех видов питающих устройств:

1. Катек 5102.3771. Генератор выдает мощность на 80 Ампер, а его напряжение составляет примерно 14В.
2. Катек 94.3701. Это устройство с теми же параметрами. Ничем серьезно не отличаются.
3. Катек на 120 ампер. Генератор, более адаптированный под современные реалии, когда помимо стандартного электрооборудования автомобилисты устанавливают множество дополнительных устройств.

Если у вас в машине есть мощная аудиосистема, вы пользуетесь электронасосом, питающимся от авто, а также ряд других дополнительных потребителей, вместо стандартного генератора на 80 ампер рекомендуется устанавливать 120-амперник.

Если брать во внимание размеры устройств, тогда можно выделить обычные и компактные. У них есть определенная разница в конструкции. Если быть конкретными, то отличия заключаются в следующих компонентах:

Если быть конкретными, то отличия заключаются в следующих компонентах:

• Кронштейны;
• Якорь;
• Провод возбуждения;
• Приводной шкив;
• Количество крепежных болтов.

Но на деле это не играет особой роли. Ведь строение у всех генераторов, применяемых для ВАЗ 2110, одинаковое. Потому давайте разберемся в схеме и устройстве данного агрегата.

Проверка статора генератора при помощи мультиметра, как проверить контрольной лампочкой

Мультиметр следует перевести в режим омметра, после чего его щупы подключаются к выводам обмоток. При отсутствии обрыва тестер покажет сопротивление 10 ом. При наличии обрыва сопротивление покажет значение, стремящееся к бесконечности. При таком результате производится проверка трёх выводов. Для получения более точных результатов проверки лучше сверить полученные данные с паспортными. Следует знать, что недорогие китайские мультиметры не в состоянии точно показать снимаемое сопротивление (точность иногда требуется до десятых долях ома), поэтому следует обзавестись хорошим фирменным прибором.

Если достать любой мультиметр не представляется возможным, а проверить нужно, можно использовать контрольную лампочку (контрольку). Точное сопротивление она не покажет, но разрыв найти поможет. С помощью изолированного провода подаётся отрицательный заряд от аккумулятора на контакт обмотки. Положительный заряд следует подать через лампочку на другой контакт. Если лампочка горит, значит разрыв не найден, и устройство функционирует исправно. Данная процедура дублируется для всех выводов.

Диагностика на замыкание также проводится с помощью мультиметра или контрольной лампочки. Положительный щуп нужно соединить с любым контактом обмотки, а отрицательный – к статору. Это следует повторить с каждым выводом. Контрольной лампой межвитковое замыкание определяется аналогичным способом. Прозвоните все выводы.

Разновидности СВ

СВ принято делить на 2 группы. Они классифицируются в зависимости от способа возбуждения. Различают СВ независимого типа (СВНТ) и зависимого (СВЗТ).

К СВНТ относят все возбудители, которые сопряжены с генераторным валом. По сути, они способны вырабатывать напряжение в независимом режиме.

За группу СВЗТ принимают возбудители, схватывающие вольтаж прямиком с концов основного генератора. Ток поступает через трансформаторы особого типа.

Более выгодно смотрятся СВНТ, так как в них выработка тока не зависит от электроцепи.

Интересный момент. На генах со слабой мощностью в качестве возбудителя применяются отдельные, независимые генераторы, способные вырабатывать ток. Они соединяется с валом основного гена (синхронного).

Другие преимущества СВНТ:

• Высокий процент быстродействия;
• Высокая скорость нарастания тока;
• Возможность замены тиристоров, вышедших из строя, без остановки генератора.

Однако СВНТ имеют и недостатки, связанные с самим устройством возбудителя. К примеру, если быстрота повышения возбуждения не слишком высока.

Слабыми в СВНТ выглядят контакты скользящего типа, так как напряжение к ним подводится через щетки.

Сегодня наиболее востребованы СВ с полупроводниковыми диодными мостами. Они построены по 3-фазной схеме, в них задействуется минимальное количество выстроенных по порядку тиристоров.

Что касается схем диодного моста, то они бывают 1-групповыми и 2-групповыми. Один выпрямитель внедрен в первом случае, два – во втором.

Токоподавателем в СВНТ является синхронный ген, нашедший место между индуктором и верхним кронштейном основного генератора.

СВЗТ менее надежна, чем первая система, так как работа возбудителя здесь полностью зависимая. Другими словами, возбудитель в этом случае будет работать только в том случае, если получит ток от сети. А в сети, как правило, часто возникают замыкания, нарушающие стабильное функционирование СВ. Получается лишняя нагрузка на СВЗТ, которая должна обеспечивать форсировку напряжения в обмотке.

Но СВЗТ в некоторых случаях имеют плюсы перед самостийными системами. Они выражаются простотой схемы. Недостатком же выступает, как и говорилось, непостоянство работы, что более всего заметно в высокомощных машинах.

По мнению экспертов, если подразумевается длительность ремонта, то лучше зарекомендуют себя СВЗТ.

Проверяем обмотку ротора

Частой неисправностью автомобильного генератора является замыкание обмоток. Это может случиться в результате резкого скачка напряжения, попадания воды, износа щеток и др. Так как проверить генератор мультиметром на предмет целостности его обмоток можно, лишь получив полный доступ к ним, потребуется демонтаж всего узла. Описывать этот процесс мы не будем, так как у разных автомобилей он отличается. До того как проверить снятый генератор на работоспособность обмотки ротора, его, естественно необходимо разобрать.

После извлечения ротора находим на его валу контактные кольца. Их всего два. Включив мультиметр в режиме омметра, подсоединяем его щупы к этим кольцам. Прибор должен выдать сопротивление в пределах 2-5 Ом. Это нормальные показатели для исправного ротора. Более высокое сопротивление свидетельствует о плохом контакте между кольцами. В обратном случае, когда показания прибора приближаются к нулю, скорее всего, имеет место межвитковое замыкание.

Проскальзывание или обрыв приводного ремня

Проскальзывание приводного ремня может быть вызвано несколькими причинами. Во-первых, недостаточным его натяжением. Во-вторых, попаданием на шкив генератора воды из луж или моторного масла. В-третьих, ремень со временем растягивается, провисает, и тоже начинает периодически проскальзывать. Как правило, на первых порах эта неисправность проявляется только тогда, когда генератор начинает работать под серьезной нагрузкой. Это происходит потому, что с увеличением нагрузки возрастает сопротивление ротора.

Очень часто проскальзывание ремня определяется по характерному писку, который слышен при старте двигателя, а также сразу после включения нагрузки. Довольно часто этот свист можно услышать в дождливую погоду, что говорит о попадании воды на шкив генератора. Если такое происходит, ремень надо либо подтянуть, либо заменить на новый.

Обрыв ремня генератора является более серьезной неисправностью, которую крайне желательно замечать сразу же после ее возникновения. Первичным симптомом является загорание сигнальной лампы на панели приборов, показывающей, что заряд аккумулятора не происходит. Эта лампа должна гореть только при включенном зажигании и заглушенном моторе. Во всех остальных режимах она не светится.

Вторичным симптомом обрыва ремня генератора является пониженное напряжение бортовой сети. Когда все работает в штатном режиме, вольтметр должен показывать не менее 13.8-14.5 вольт. Если же во время движения напряжение упало до 12 вольт, это означает, что бортовая сеть питается только от аккумулятора. Вывод – генератор неисправен.