Соснин - Автотроника

5.5, Выпрямителиавтомобильных

генераторов

По постоянному току схема Ларионова работает

Любой современный

автомобильный

генератор

на одну общую нагрузку RH.

переменного тока обязательно содержит мощное по-

Обмотки статора генератора при этом могут быть

лупроводниковое выпрямительное устройство, вмон-

включены как "звездой" (рис. 5.5), так и "треуголь-

тированное непосредственно в корпус генератора.

ником" (рис. 5.6).

Выпрямитель

генератора выполняет

функцию

Следует заметить, что когда максимальный ток в

преобразования синусоидального напряжения, вы-

одной фазе генератора превышает допустимый ток

рабатываемого генератором, в постоянное напря-

для одного диода, то каждое плечо выпрямительного

жение бортовой

сети автомобиля.

моста может содержать два параллельно включенных

Простейшее

звено

выпрямительного

устройст-

диода. Тогда в силовой диодной сборке на три фазы в

ва — это мощный полупроводниковый диод, который

выпрямителе Ларионова устанавливаются 12 диодов.

Все полупроводниковые диоды, которые выпуска-

Автомобильные генераторы переменного тока со

ются специально для автомобильных генераторов,

встроенным выпрямителем часто называют вентиль-

имеют корпусную таблеточную конструкцию. Для удоб-

ными генераторами. Многофазный выпрямитель вен-

ства сборки на радиаторной плате генератора диоды

тильного генератора дает высокую частоту и малую

прямой полярности имеют на корпусе положительный

амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения.

электрод, а диоды отрицательной полярности — отри-

На рис. 5.6, б приведены временные диаграммы

цательный электрод.

фазных напряжений Uab, Ubc, Uca для 3-х фазного

В некоторых генераторах для питания обмотки

статора и их совместное действие на общую нагруз-

возбуждения применяется отдельная группа из 3-х до-

ку RH со стороны постоянного напряжения генерато-

полнительных диодов малой мощности прямого на-

ра (огибающая L).

правления (зеленые диоды на рис. 5.5). Это исключает

Следует также заметить, что в современных ав-

разряд аккумуляторной батареи полным током обмот-

томобильных

генераторах большой

мощности

ки возбуждения при включенном зажигании, но при

(Рг > 0,9 кВт)

чаще применяется схема

включения

неработающем двигателе внутреннего сгорания. К

обмоток статора "треугольником". При этом линей-

дополнительной диодной сборке подключается и кон-

ный ток в плече выпрямителя больше тока в фазной

трольная лампа HL генератора (рис. 5.5).

обмотке на величину V 3, что позволяет применять

В автомобильных генераторах с обмотками стато-

более тонкий провод для фазных обмоток. Кроме то-

ра, включенными по схеме "звезда", в лучах звезды

го, значительно упрощается схема контрольной лам-

имеют место третьи гармоники синусоидальных фаз-

пы генератора (рис. 5.6, а).

ных напряжений. Энергия этих гармоник может быть

Подавляющее большинство современных авто-

добавлена к общей энергии генератора. Для этой це-

мобильных генераторов несут на своем корпусе ми-

ли между нулевой точкой "звезды" и выводами (+) (-)

кроэлектронный (интегральный) регулятор напря-

генератора устанавливаются два дополнительных си-

жения. Описанию этого устройства посвящена

ловых диода (красные диоды на рис. 5.5). Мощность

глава 7.

диапазона регулирования тока возбуждения на ин-

дукторную втулку 12, кроме основной обмотки воз-

буждения

11,

намотана

встречно ей

включенная

размагничивающая обмотка Wp,

нейтрализующая

действие постоянных магнитов на высоких оборо-

тах ротора генератора.

Магнитные цепи и ЭДС генератора. Магнитные

цепи индукторного генератора 955.3701 показаны

на рис. 6.4, б.

Обмотка статора расположена на десяти зубцах

статорного

магнитопровода

(зубцовый

шаг

36°)

и

разбита на пять фазных секций по две зубцовых ка-

тушки в каждой секции. Зубцовые катушки одной и

той же фазной секции

разнесены друг от друга по

периметру внутренней окружности статора на 180 уг-

ловых

градусов. Таким

образом,

10-ти

катушечная

статорная обмотка является пятифазной. Фазные

секции соединены между собой в пятиугольник.

Возможны и другие варианты исполнения статора.

Ротор генератора представляет собой шестилуче-

вуюзвездуZизмагнитомягкогоматериала.

Таким образом, в магнитные цепи генератора

Рис. 6.4.

входят:

10-ти

зубцовый

магнитопровод

статора

6,

Бесщеточный индукторный генератор 955.3701:

1 — кожух; 2 — вал; 3. 14 — подшипники; 4 — выпрями-магнитопроводная шестилучевая звезда ротора 8 и

тельный блок генератора; 5 — обмотка статора; 6 — маг-

индукторная втулка 12.

нитопровод статора; 7 — постоянный магнит; 8 — звездоч-

При вращении звезды Z под каждым зубцом ста-

ка ротора; 9 — стяжной винт; 10 — магнитопровод индук-

тора перемещается то зубец, то впадина звезды Z, и

тора

в передней

крышке;

11

— обмотка

возбуждения;

процесс

повторяется

через

60°

поворота

ротора.

12 — втулка индуктора; 13 — втулка ротора;

15 — гайка;

При этом меняется воздушный зазор между стато-

16 — шкив; 17 — крыльчатка вентилятора; 18 — передняя

ром и ротором, а, следовательно, и магнитное сопро-

крышка с крепежной лапой; 19 — задняя крышка; 20 —

тивление Rd

зазора (см. рис. 5.3 в главе 5). В резуль-

выходная клемма (+) генератора; 21 — интегральный регу-

тате магнитный поток в воздушном зазоре индуктор-

лятор

напряжения

(ИРН);

22,

23 — крепежные детали;

ного генератора изменяется

от

максимальной

вели-

24 — подстроечный резистор; 25 — помехоподавительный

чины

Фmax

до

минимальной Фт,п

без изменения

на-

конденсатор; Y — впадина звезды ротора; Z — зубец звез-

ды ротора; R — ротор; S — статор.

правления (рис. 6.5). Пульсирующий магнитный по-

ток имеет постоянную Ф0 и переменную

состав-

24, включение которого обеспечивается специаль-

ляющие

ным

переключателем

посезонной регулировки.

Постоянная

составляющая

магнитного

потока

Здесь же расположен помехоподавляющий конден-

Фо =(Фmax+ Фmin)/2 в наведении ЭДС

в статарной

сатор 25 емкостью 2,2 мкФ, который на современ-

обмотке не участвует и бесполезно намагничивает

ных генераторах переменного тока является обяза-

магнитопровод статора генератора. Как следствие,

тельной деталью.

магнитопровод статора в индукторном генераторе

Ротор 8 генератора выполнен в виде шестилуче-

более массивный, чем в синхронных генераторах с

вой звезды, набранной из тонких листов электротех-

контактными кольцами. Этим объясняется более ши-

нической стали (из магнитомягкого материала). Во

рокое применение индукторных генераторов на гру-

впадинах звезды расположены постоянные магниты

зовых автомобилях.

7, которые способствуют началу самовозбуждения

Переменная

составляющая

магнитного пото-

генератора и несколько повышают его мощность.

ка с амплитудой Фт = (Фmax - Фmin)/2 наводит ЭДС в

На передней крышке 18 (изнутри) располагает-

катушках статорной обмотки:

ся индуктор с магнитопроводом 10 и с втулкой 12,

где W — число витков в катушке;

на которую намотана обмотка возбуждения 11. На-

значение индуктора — создавать на статоре глав-

Ет

— амплитудное значение ЭДС е„.

ное магнитное поле генератора. Поскольку рассма-

Как видно из рис. 6.4, б, в индукторном генерато-

триваемый генератор имеет смешанное возбужде-

ре зубец и впадина ротора образуют пару полюсов,

ние (от постоянных магнитов и от индукторной об-

поэтому число пар полюсов ротора равно числу зуб-

мотки

возбуждения), то для

расширения рабочего

цов ротора р = Z. Тогда частота переменного тока в

Глава в

Электрическая схема генератора 955.3701 при-

ведена на

рис. 6.6.

Пять фазных секций статора соединены в пяти-

угольник с последовательностью включения 1-4-2-5-

3-1. Эта последовательность подчиняется опреде-

ленной логике. Дело в том, что при кольцевом со-

единении фаз статорной обмотки в ней, помимо пя-

ти фазных напряжений, наводится пять междуфаз-

ных: Uac, Uce, Ueb, Ubd, Uda (см. рис. 6.6). Атак

как пространственный угол сдвига между пятью

фазными секциями по периметру статора меньше

120°, то фазные напряжения становятся меньше

междуфазных и выпрямитель начинает выпрямлять

Рис. 6.5.

Пульсирующий

магнитный

поток индукторного

генератора:

междуфазные

напряжения. При

этом энергетика

1 — электромагнитное возбуждение; 2 — смешанное (с

погенератора нарушается, т.е. падает мощность и ко-

стоянными

магнитами)

возбуждение.

эффициент полезного действия (КПД). Чтобы этого

не происходило, выбирают такой порядок соедине-

статорной

обмотке,

выраженная

в

Гц, равнания катушек,

чтобы электрический угол

сдвига

f = Z x n/60 (п — число оборотов ротора

в об/мин).

фаз между пульсирующими напряжениями, кото-

Таким образом, при вращении ротора индуктор-

рые поочередно подаются на выпрямитель, был бы

ного генератора в витках катушек обмотки статора

близким

к 120°.

индуцируется переменная (пульсирующая) ЭДС, по

В общем случае для этой цели конец первой фаз-

форме близкая к синусоиде, с частотой, синхронной

ной секции соединяется с началом той фазной сек-

(пропорциональной) частоте вращения ротора.

ции, номер которой на число К больше, и так далее

Индукторные генераторы характеризуются коэф-

по кругу статора.

фициентом Кф использования магнитного потока, ко-

Число К называется шагом включения фаз и оп-

торый определяется

как:

ределяется как:

Кф = Фиг/Фсг =

0,5

(1 - Фmin/Фmax),

К = [m/n] + 1,

где m — число фазных секций в

где

для традиционного генерастаторе,-

п — число катушек в одной фазе (из дроби

тора с контактными кольцами,

т/3 берется только целая часть).

для

индукторного

Тогда для пятифазного статора с двумя катушками

генератора.

в фазной

секции

К = 3,

= 108°,

и

последователь-

В идеальном случае, когда Фmin = О, коэффициент

ность включения катушек получается такой: 1-4-2-5-3-

Кф = 0,5.

В

реальных

индукторных

генераторах 1. Порядок включения трехкатушечной секции для 5-ти

Фmin/Фmax

= 0,3...0,4

И

Кф = 0,3.

Таким Образом,фазного

статора

будет

другим:

1-3-5-2-4-1

(К = 2;

при одинаковой мощности индукторные генераторы

= 144°).

имеют большие габариты и массу, чем синхронные

Выпрямление

системы

пятифазных

пульсирующих

генераторы с контактными кольцами.

напряжений, по форме близких к синусоиде:

На расширение диапазона изменения магнитного

ние приводного ремня. На рис. 6.7 показаны основ-

ные детали стандартного крепления генератора к

двигателю. Натяжная рейка 4 крепления генератора

имеет продолговатую прорезь под фиксирующий

болт 3, что позволяет натягивать приводной ремень

реализуется с помощью пятифазной выпрямительной

генератора до требуемой нормы (8...15 мм). Крон-

схемы Ларионова, в которой силовые вентильные ди-

штейн 1 должен быть надежно привернут к двигате-

оды работают попарно с чередованием порядка про-

лю, а болт 5, проходящий через кронштейн 1 и пово-

пускания тока по фазным плечам выпрямителя:

ротную втулку генератора, после регулировки натя-

U1 — VD1, VD9; 1)3 — VD3, VD6; U5 — VD5, VD8;

жения ремня крепко затянут. Недостаточно жесткое

U2 — VD2, VD10; U4 — VD4, VD7.

крепление генератора к двигателю приводит к изло-

Таким образом, в любой момент времени на на-

му натяжной рейки 4 и других деталей крепления.

грузку генератора RH

работают только два диода:

Слабо натянутый ремень 2 проскальзывает по шкиву

один •— прямой, другой — обратной полярности. В

6, что способствует ускоренному износу ремня и

любой многофазной системе статора, собранной по

шкива, а также снижению частоты вращения ротора

схеме многоугольника, фазные токи всегда меньше

генератора под нагрузкой и уменьшению напряже-

линейных (выпрямляемых) на величину корня из т,

ния на его выводах. Аккумуляторная батарея при

что позволяет выполнять катушки фазных обмоток

этом не дозаряжается. Превышение усилия натяже-

более тонким проводом. Именно поэтому в индуктор-

ния ремня приводит к перегрузке подшипников, их

ных генераторах большой мощности (Рг > 1,0 кВт)

перегреву и выходу из строя. Правильность натяже-

число фаз на статоре делают увеличенным (5, 7, 9),

ния проверяется по прогибу ремня в средней части

и тогда общий ток в нагрузке генератора формирует-

нажатием на него торцом динамометра (или паль-

ся поочередной отдачей энергии от нескольких ли-

цем) с усилием 3...10 кГс (в зависимости от типа ав-

нейных токов 1Г, каждый из которых равен lr/m.

томобиля). Прогиб А ремня (см. рис. 6.7) должен со-

При этом частота пульсаций fn выпрямленного на-

ответствовать требованиям инструкции по эксплуата-

пряжения будет несколько выше, чем в трехфазном

ции конкретного автомобиля (как правило, величина

генераторе.

прогиба лежит в пределах 8...15 мм).

• Периодически целесообразно проверять нор-

6.3.Техническоеобслуживание

мальную работоспособность генераторной установки.

Контрольная лампа на щитке приборов не фиксирует

генераторов

неисправность в системе электроснабжения в случае

повышения выходного напряжения генератора. По-

Современный генератор является надежным из-

этому бортовым вольтметром, а при его отсутствии

делием автомобильного электрооборудования. Его

вольтметром, подключенным к клеммам аккумулятор-

техническое обслуживание в эксплуатации сведено к

ной батареи, необходимо замерить величину борто-

минимуму.

вого напряжения, установив среднюю частоту враще-

• Работы по проверке текущего технического со-

ния коленчатого вала двигателя (2600...3000 мин-1)

стояния и обслуживанию генератора проводятся че-

и включив дальний свет фар. V исправно работаю-

рез 50...80 тыс. км пробега, но не реже одного ра-

щей генераторной установки напряжение должно на-

Рис. 6.9.

Роторный узел:

Рис. 6.8.

Рис. 6.7.

Интегральный

регулятор напряжения

1 — подшипник; 2, 3 — контактные

Крепление генератора к ДВС

(ИРН) на

щеткодержателе

кольца роторной обмотки возбуждения.

жаться при включении других потребителей, напри-

• К часто встречающимся электрическим неис-

мер стеклоочистителя, более чем на

0,1

В.

правностям генератора относятся: перегорание с об-

•

При сезонном техническом обслуживании гене-

рывом или короткое замыкание диодов выпрямитель-

раторной установки, содержащей переключатель по-

ного блока; нарушение контакта в месте пайки выво-

сезонной

регулировки

на

регуляторе

напряжения

дов обмотки возбуждения к контактным кольцам; об-

(см. рис. 6.4 поз. 21 и 24), весной этот переключа-

рыв, межвитковое замыкание или замыкание на

тель переводится в положение "Лето", осенью — в

"массу" обмоток статора и обмотки возбуждения.

положение "Зима". Посезонная корректировка регу-

• Неисправный генератор после мойки кероси-

лируемого

напряжения

обеспечивает оптимальный

ном или соляркой и просушки подлежит разборке на

заряд аккумуляторной батареи, что благоприятно

составные узлы и проверке их работоспособности.

сказывается на ее сроке службы.

Для выявления электрических неисправностей необ-

• При каждом очередном снятии генератора с

ходимо иметь мультиметр (тестер).

автомобиля (через 100...150 тыс. км пробега) для

Фирмы-изготовители поставляют в запчасти та-

профилактики необходимо провести осмотр щеток

кие узлы, как ротор в сборе, статор в сборе, выпря-

(рис. 6.8) и контактных колец (рис. 6.9). Минимально

мительный блок, щеткодержатель с регулятором на-

допустимое выступание щеток из щеткодержателя

пряжения в сборе. Однако в некоторых случаях при-

указано в инструкции по эксплуатации автомобиля.

ходится самостоятельно восстанавливать отказав-

Если

выступание К щеток

(см.

рис.

6.8) менее

шие узлы. Для этого генератор необходимо полно-

4...5 мм, их следует заменить. Контактные кольца

стью разобрать на отдельные составные части.

можно зачистить мелкозернистой наждачной бума-

Выпрямительный блок. При стандартном испол-

гой. Если износ колец ротора более 0,5 мм по диаме-

нении выпрямительного блока (рис. 6.11) в нем ис-

тру, необходимо разобрать генератор и на роторе в

пользуются серийно выпускаемые полупроводнико-

сборе проточить кольца.

вые диоды таблеточной конструкции. Выпрессовку

• Подшипники ротора (см. рис. 6.9) закрытого

поврежденного таблеточного диода следует прово-

типа и не требуют смазки в течение гарантийного

дить с помощью ручного пресса, а не молотком, что-

срока службы генератора. Но при ремонте генерато-

бы не повредить посадочное отверстие в радиатор-

ра подшипники необходимо набить густой смазкой

ной плате. В крайнем случае диод можно выдавить

(защитные крышки легко снимаются шилом и легко

из гнезда с помощью тисков через оправку. V сило-

устанавливаются обратно).

вых диодов отечественного производства, которые

поставляются в запчасти, диаметр корпуса увеличен

на 0,5 мм по сравнению со стандартным, поэтому от-

6.4. Ремонт генератора

верстие под запрессовку необходимо несколько раз-

•

К механическим повреждениям относятся: пе-

ретирание шкива генератора приводным ремнем,

разрушение подшипников ротора и износ деталей

крепления. При значительном износе подшипников

может иметь место соударение ротора со статором.

Все эти неисправности, как правило, являются след-

ствием нарушения технических условий эксплуата-

ции генератора. Их устранение связано с заменой

вышедших деталей из строя.

•

Электрические неисправности связаны с нару-

шением целостности электрических цепей в генера-

торе или с их коротким замыканием.

Информацию об электрических неисправностях

генератора можно получить по осциллограммам вы-

прямленного напряжения (рис. 6.10), не прибегая к

его снятию с автомобиля. Для этого используется мо-

тор-тестер с осциллоскопом, фирменный сканер или

Рис. 6.10.

обычный осциллограф. Для генератора, снятого с ав-

Осциллограммы выпрямленного напряжения генератора:

томобиля, данная проверка осуществляется на кон-

UB

— напряжение

на выходе силового выпрямител

трольно-диагностическом стенде или с помощью ци-

UD

— напряжение на

выходе дополнительного выпрямителя.

фрового мультиметра.

вернуть (до диаметра 13,12 мм). Следует обратить

электролака. Применять случайные лаки (например,

внимание

на

полярность

нового

диода,

которая мебельный нитролак) не следует.

должна соответствовать

полярности

заменяемого.

Обмотка возбуждения. Проверку целостности об-

Полярность диода обозначается на его корпусе либо

мотки возбуждения выполняют с помощью тестера

краской, либо знаком ("+" — красный цвет; "—" —

без разборки роторного узла, внешний вид которого

черный цвет).

показан на рис. 6.9. Чаще всего обрыв обмотки воз-

Усилие при запрессовке диода должно приклады-

буждения связан с некачественной пайкой ее выво-

ваться вертикально, возрастать плавно и не превы-

дов к контактным кольцам. При проверке необходимо

шать 50 кГс. При соблюдении осторожности запрес-

с помощью иглы пошевелить выводы обмотки в мес-

совку можно выполнить через оправку и с помощью

тах пайки. Если электрический контакт то появляется,

обычных тисков. После запрессовки диод припаива-

то исчезает — выводы обмотки следует пропаять.

ют к соединительной шине. Продолжительность пай-

Если соединения выводов с контактными кольца-

ки не должна превышать 15 сек паяльником мощно-

ми надежны, а проверка тестером показывает обрыв

стью

60...

100

Вт.

обмотки, то необходимо определить место обрыва.

Фазные обмотки статора. Если устранить неис-

При обрыве обмотки возбуждения в верхних вит-

правность в обмотке статора (рис. 6.12) без пере-

ках катушки ее иногда можно восстановить без раз-

мотки не представляется возможным, то проводится

борки ротора. При наличии внутреннего обрыва, вы-

замена статора или перемотка обмотки. Прежде чем

званного проворотом каркаса обмотки возбуждения,

удалять из пазов статора поврежденную обмотку, не-

при коротком замыкании обмотки на массу генерато-

обходимо определить ее тип ("звезда" или "треуголь-

ра (проверяется тестером между корпусом и кольца-

ник"), схему соединения секций, диаметр провода,

ми), а также в случае почернения и осыпания изоля-

число витков в катушках и их распределение по сло-

ции с проводов обмотки, требуется ее перемотка. Для

ям. Для того чтобы легко снять обмотку, статор поме-

перемотки разбирают ротор с помощью съемника или

щают

в

электропечь,

где

при

температурепресса, предварительно отпаяв выводы обмотки от

500...600°С в течение 5 ч происходит тепловое раз-

контактных колец, затем удаляют с каркаса дефект-

рушение изоляции обмотки. После охлаждения об-

ную обмотку и наматывают новую. Рекомендуются об-

мотка без труда извлекается из пазов статора. Очи-

моточные провода: ПЭТД-180, ПЭТ-200, ПЭТ-155,

стив статор от следов старой изоляции, в его пазы

ПЭТВ-1, ПЭТВ-2. При намотке каркас должен быть на-

укладывают

пленкоэлектрокартон

ПЭК

толщиной

дет на втулку. Число витков наматываемой обмотки и

0,27...0,32 мм или полиэтилентерефталатную пленку

диаметр провода должны соответствовать прежним

ПЭТФ

толщиной 0,2 мм.

В крайнем

случае можно

данным. После окончания намотки и сборки ротор

применить тонкую стеклоткань. Новая обмотка мо-

пропитывают электротехническим лаком и просуши-

жет быть намотана проводом ПЭТ-200, ПЭТД-180,

вают так же, как и обмотку статора.

ПЭВ-2, ПЭСВ-3 или ПЭТВМ. Витки катушек обмотки

Для некоторых конструкций современных генера-

укладываются плотно друг к другу, их число и распре-

торов напрессовка полюсных половин на вал выпол-

деление в ряду должно соответствовать удаленной

нена таким образом, что их снятие с вала становит-

обмотке. После окончания намотки в пазы забивают

ся невозможным. В этом случае при выходе из строя

клинья и проводят пропитку обмотки любым жидким

обмотки возбуждения заменяют ротор в сборе.

электротехническим лаком. Применяются пропиточ-

Интегральный регулятор напряжения. Современ-

ные лаки МЛ-92 или ГФ-95 с добавлением 15% смолы

ные автомобильные генераторы переменного тока

сушки указывается на этикетке тары используемого

ральный регулятор напряжения (ИРН). Такой регуля-

тор имеет малые габариты, не перегревается, доста-

точно надежен в работе и, как правило, монтируется

совместно с щеткодержателем КЩМ в едином блоке

(см. рис. 6.8).

Электрическая схема ИРН в процессе эксплуата-

ции крайне редко выходит из строя. Однако, так

как она составляет единую деталь со щеткодержа-

телем и со щетками, а щетки КЩМ требуют замены

в среднем через 200...250 тыс. км пробега, то

весь узел вместе с пригодной ИРН приходится ути-

лизировать из-за выхода щеток и щеткодержателя

Рис. 6.11.

Рис. 6.12.

с

из строя.

Выпрямительный блок

Однако следует заметить, что в ряде случаев истер-

Статорный магнитопрооод

фирмы BOSCH

фазными обмотками

тые щетки КЩМ можно заменить на новые, если в уз-