Автомобильный генератор, его конструкция и принцип работы

Любой автомобиль, использующий в качестве несущей силы жидкое топливо, имеет в своей конструкции часть механических элементов, и в обязательном порядке – часть электрических элементов. И если механические элементы питаются кинетической энергией от вращения коленчатого вала, то электрическим элементам нужен электрический ток, и питаются они непосредственно от аккумулятора. Без электрических элементов нормальное функционирование автомобиля невозможно – не будет происходить зажигания в цилиндрах, не будут работать фары и раздаваться звук сигнала. Логично, что в современном автомобиле существует множество всевозможных датчиков, блоков управления, сигнальных и вспомогательных элементов, которым электрическая энергия крайне важна. И каким бы хорошим и вместительным не был аккумулятор, он не сможет долго питать всю электрическую систему автомобиля, и в особенности это будет актуально в холодное время года, когда низкая температура в буквальном смысле будет уменьшать заряд аккумулятора с каждым часом простоя. Если рассматривать вопрос в общем плане, то заряда аккумулятора едва ли хватит даже на одну поездку из дома на работу – большая часть запаса электричества будет израсходована на зажигание топлива в цилиндрах, еще часть уйдет на работу бортового компьютера и штатное освещение.

Устройством, которое позволяет решить проблему энергообеспечения всех систем автомобиля, и сделать эксплуатацию машины удобной и несложной, является запчасть, спрятанная глубоко под капотом, за блоком двигателя. Речь идет о генераторе. Функциональное предназначение генератора сводится к производству электрической энергии, путем преобразования кинетической энергии, получаемой от коленчатого вала. Генератор соединяется с коленчатым валом ременным приводом, и приводится в действие сразу после возникновения в двигателе крутящего момента. Генератор соединяется с коленчатым валом постоянным приводом, и работает вне зависимости от того, стоит автомобиль, или двигается. Каждый раз, после зажигания, генератор исправно выполняет свою работу, производя электрическую энергию, питающую автомобиль.

генератор автомобильный, генератор автомобильный купить  

Генератор имеет непосредственное соединение с аккумулятором автомобиля, и постоянно подает на него произведенную электроэнергию, пополняя израсходованный заряд. Таким образом, когда Ваш автомобиль находится в состоянии движения, или просто стоит с заведенным двигателем, генератор заряжает аккумулятор и питает системы Вашего автомобиля. Именно по-этому, если автомобиль долгое время не ездит, а использовать зарядное устройство нет возможность, рекомендуется хотя бы один раз в неделю заводить автомобиль на некоторое время для пополнения заряда аккумуляторной батареи.

В зависимости от модели автомобиля, генератор может так же выполнять функции стартера, однако, это скорее редкость, чем повсеместная практика. Как правило, такие устройства именуются «стартер-генератор», и используются в гибридных моделях автомобилей, имеющих распространение на западе, и практически отсутствующих на местном рынке.

Вне зависимости от того, на каком автомобиле установлен генератор, либо какие размеры он имеет, конструкция всех генераторов практически не отличается, и в особенности, это касается коренных принципов работы, заложенных в самом центре этого узла. Любой генератор, для того, чтобы иметь право так называться, должен уметь вырабатывать электрический ток. А для того, чтобы эта функция выполнялась, он должен в обязательном порядке включать в себя ротор, статор и набор щеток. В качестве дополнительных элементов, присущих автомобильным генератором, стоит упомянуть выпрямитель напряжения и регулятор напряжения. Рассмотрим принцип работы генератора более подробно.

Если упрощать, то для того, чтобы произвести электрическую энергию, необходимо «провести» магнитным полем по некоторому проводнику, изготовленному из металла, реагирующего на магнитное поле. Такого эффекта можно достичь, если двигать электромагнитом вдоль провода определенным образом, либо же, вращать электромагнит внутри провода, представляющего из себя кольцо. Именно последняя конструкция и лежит в основе любого генератора. В центре него располагается либо мощный магнит, либо в подавляющем большинстве конструкций – обмотка, создающая магнитное поле при поступлении на неё электроэнергии. Обмотка приводится в движение валом, выходящим за пределы самого генератора, и соединяется с шестерней, приводимой в движение коленчатым валом. Сама обмотка, с конструктивной точки зрения, называется «Ротор». Этот узел постоянно вращается, вращая магнитное поле, им же создаваемое.

Вокруг ротора, как бы, окольцовывая его, располагается так называемый «Статор». Упрощая конструкцию, статор представляет из себя металлический стержень, на который намотана проволока. Магнитное поле, вращаясь, последовательно проходит через каждый из витков обмотки, порождая переменный электрический ток, который переходит через набор соединений в следующие узлы системы. В большинстве конструкций автомобильных генераторов, металлический стержень, образующий статор, представляет из себя не цельнолитой агрегат, а набор металлических пластин, плотно уложенный вместе и зафиксированных обмоткой из медной проволоки. Для фиксации обмотки, металлический стержень внутри статора имеет некоторый набор пазов, по которым выполняется сама обмотка. В результате, внешний вид статора можно представить как сложную конструкцию из проволоки, свитой определенным образом, для того, чтобы процесс производства электрического тока был максимально эффективен и качественен. В конечном же итоге, проволока, намотанная на стержень статора, имеет два конца, которые подключаются к выпрямителю и регулятору напряжения, расположенным внутри корпуса генератора. Каждый раз, когда происходит один оборот коленчатого вала, крутящий момент передается через ременный привод на ротор, который делает оборот, так же проворачивая свое магнитное поле через статор, на концах обмотки которого возникает электрический ток.

После того, как было произведено зажигание автомобиля, некоторое время на ротор генератора подается электрический ток, порождая магнитное поле, питаемое от аккумулятора. После того, как двигатель прогрет, достигнуты необходимые обороты и показатели датчиков пришли в норму, питание ротора от аккумулятора отключается, переключаясь на самостоятельное поддержание магнитного поля. В результате, спустя небольшое время после запуска двигателя, генератор перестает тратить электроэнергию аккумулятора, а начинает не только обеспечивать все системы автомобиля электричеством, но и активно подпитывать аккумулятор. В результате, суммарный запас энергии внутри аккумуляторной батареи стремится к максимальным значениям. При длительных же поездках, превышающих 2-3 часа ежедневно, Вы можете рассчитывать на то, что аккумулятор практически полностью заряжен.

Для того, чтобы обеспечивать постоянную подпитку ротора внутри генератора, используется так называемый «щеточный узел». На вале, который приводит в движение ротор, нанесены проводящие дорожки, опоясывающие вал. Каждая из этих дорожек имеет прямое соединение с обмоткой ротора. С дорожками на постоянной основе соприкасаются щетки, прижимаемые к ним пружинами. В результате, по щеткам на дорожки подается ток, питающий обмотки ротора, порождающие магнитное поле. Как правило, щетки изготавливаются из графита, и имеют запас работоспособности в несколько лет. Каждая из щеток (а в большинстве из конструкций генераторов их всего две) располагается внутри металлического канала, именуемого «щеткодержатель», и имеет только одну степень свободы по направлению к валу ротора и от него. В современных генераторах, щеткодержатель может объединяться в единый блок с регулятором напряжения.

Ротор, статор, и другие конструктивные элементы генератора располагаются в его корпусе. Корпус генератора представляет из себя две крышки, первая из которых расположена со стороны соединения шестерни генератора с коленчатым валом, а вторая – с противоположной стороны. Крышки стянуты между собой набором длинных болтов. Фактически же, крышки предотвращают попадание внутрь генератора посторонних предметов или загрязнений, препятствуют возможному соприкосновению движущихся частей генератора и других элементов двигателя, а так же защищают хрупкие электрические элементы, такие, как выпрямитель и регулятор электроэнергии.

По своей сути, роторная конструкция генератора производит исключительно переменный ток, поскольку в ней используется ротор, имеющий меняющуюся полярность. Напротив, вся конструкция автомобильной электроники использует постоянный ток для работы. Это обусловлено тем, что постоянный ток более пригоден для применения в точных электрических узлах. В результате, для того, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, используется выпрямитель электроэнергии, так же устанавливаемый внутри корпуса генератора. Таким образом, та переменная электроэнергия, которая возникает на статоре генератора, попадает в выпрямитель, и преобразуется в постоянный ток, поступающий далее, в направлении аккумулятора. На современных генераторах, выпрямительный блок представляет из себя набор радиаторных пластин, выполняющих функции теплоотведения, на которых установлены диоды в определенной последовательности. Всего в блоке выпрямителя используется шесть диодов – по два на выходы со статора, один на выход «плюс», и один на выход «минус». Конструкция в сборке именуется «диодный мост». Для некоторых моделей автомобилей, внутри генератора используется более совершенная конструкция выпрямителя, которая препятствует разрядки аккумулятора при выключенном двигателе через обратное возбуждение статора током, отдаваемым аккумулятором. Стоит заметить, что выпрямительный блок является очень важным узлом, который монтируется исключительно в заводских условиях и трудно поддается ремонту в домашних условиях.

Следующим элементом генератора, которому следует уделить внимание, является блок регулировки напряжения, так же расположенный внутри корпуса. Логичным является тот факт, что чем более быстро будет вращаться коленчатый вал двигателя, исходя из степени нажатия на педаль газа, тем большее количество электроэнергии будет вырабатывать генератор. В результате, начиная с некоторого значения оборотов, количество электроэнергии может превысить некоторое значение, что вызовет перегрузку электрического канала и возможное перегорание элементов. Тем более, напряжение не может постоянно «скакать» на неопределенные значения, поскольку это будет вызывать проблемы в работе электрической сети автомобиля. В дополнение, заметим, что в зимнее время необходимо подавать на аккумулятор немного больше электроэнергии, чем в летнее время, поскольку в зимнее время аккумулятор разряжается быстрее. Блоком, который решает этот значительный набор проблем, является регулятор напряжения.