4.2.3. Назначение, устройство и принцип действия генераторных установок.

Генераторная установка является основным источником электрической энергии на автомобиле.

Она предназначена для питания потребителей электрической энергии на машине и подзаряда аккумуляторных батарей при работающем двигателе.

ГУ состоит (цепь заряда, цепь возбуждения):

• АКБ;

• амперметр;

• включатель зажигания;

• генератор с электромагнитным возбуждением;

• реле-регулятора (регулятора напряжения);

• соединительные провода.

Генератор предназначен для преобразования части механической энергии двигателя в электрическую и питания потребителей во время работы двигателя и заряда АКБ.

Характеристика: переменного тока, трёхфазный, синхронный, с механическим приводом. На автомобилях семейства ГАЗ устанавливаетя Г250, на ЗиЛ - Г250П1, 287; Г266 - на автобусе ПАЗ-672 и Г271 - на автомобилях семейства МАЗ, на КамАЗ - Г250, 288.

Размещение: генератор, как правило, располагается в моторном отсеке машины и механически связан с коленчатым валом двигателя. Это и определяет специфические условия его работы (частота вращения коленчатого вала двигателя, а следовательно, и ротора генератора может изменяться в больших пределах: для дизелей в 3-4 раза, а для карбюраторных двигателей – в 5-6 раз, широкий диапазон изменения нагрузки из-за большого количества потребителей (от 10% до 100% номинальной мощности); широкий диапазон рабочих температур (от –40⁰С до +80⁰С); запыленность и повышенная влажность воздуха (следует учи­тывать, что в процессе эксплуатации оборудование подвергается воздействию агрессивной среды подкапотного пространства).

На элементы электрооборудования оказывают воздействие:

• атмосферные явления и как их следствие - грязь, пыль, вода, содержащая соли;

• ГСМ - масло, топливо;

• сильная вибрация и значительные механические перегрузки (вибрация генерато-ров, установленных на двигателе, может дости­гать 10-15 дБ);

• возможность полного или частичного погружения в воду при преодолении водных преград: это вызывает снижение элек­трической прочности, старение изоляции и коррозию металличе­ских поверхностей элементов электрооборудования, что касается защиты от коррозии, то она обеспечивается лакокрасочными, химическими, галь­ваническими покрытиями.

Именно по этим причинам к ГУ предъявляются весьма жесткие требования.

Требования, предъявляемые к ГУ:

• обеспечение положительного баланса электроэнергии в бортовой сети;

• масса и размеры генераторной установки должны быть минимальными;

• напряжение питания потребителей должно быть постоянным во всём диапазоне рабочих режимов частоты вращения и нагрузки и не отклоняться более чем на 3-5%;

• ресурс работы должен быть равен или превышать ресурс работы двигателя (на генераторы переменного тока и транзисторные регуляторы напряжения уста­новлен срок службы не менее 300 тыс. км пробега автомобиля);

• уровень радиопомех от эле­ментов генераторной установки не должен превышать величины, предусмотренной общесоюзными нормами допустимых индустриальных радиопомех.

Состоит:

• ротор;

• статор;

• выпрямительный блок (ВБ);

• щеточно-коллекторный узел;

• передняя крышка;

• задняя крышка;

• вентилятор;

• шкив привода.

Ротор

Предназначен: для создания магнитного потокa Ф (за счет энергии АКБ)

Состоит: вал, обмотка концами припаянная к кольцам, магнитопровод.

Работа: ток АКБ, поступающий на контактные кольца, проходит через обмотку возбуждения и намагничивает разной полярностью полюсные половины.

Неисправности: обрыв обмотки возбуждения (наиболее часто в местах пайки к контактным кольцам), замыкание ОВ на массу и межвитковое замыкание.

Статор

Является: источником ЭДС (в статоре образуется трехфазный переменный ток).

Состоит: сердечник, обмотки.

Сердечник набран из пластин электротехнической стали, изолированных одна от другой лаком и соединенных сваркой в шести местах. Внутри сердечника имеются 18 пазов, в которых размещена трехфазная обмотка статора, соединенная звездой (треугольником в Г КамАЗ).

Работа: при вращении ротора, разнополярные "клювы" полюсных половин проносятся перед обмотками статора. В результате в каждой фазе по закону ЭМИ, возникает переменный ток.

Выпрямительный блок

Предназначен для преобразования трехфазного переменного тока в постоянный.

Состоит: шесть кремниевых диодов, соединенных по схеме Ларионова.

Работа: переменный ток с трехфазной обмотки статора поступает в выпрямительный блок. Выпрямительный блок ток положительной полуволны отправляет к плюсу, отрицательной полуволны - к минусу.

Неисправности: обрыв или пробои кремниевых диодов.

Щеточно-коллекторный узел

Передняя крышка

Задняя крышка

Крыльчатка (вентилятор)

Шкив привда.

Итак, подытожим сказанное о работе генератора:

1. ротор за счет энергии АКБ создает магнитный поток;

2. с началом вращения ротора в статоре образуется трехфазный переменный ток;

3. трехфазный переменный ток в выпрямительном блоке преобразовывается в постоянный.

Реле-регулятор (регулятор напряжения).

Назначение: автоматически управляет работой генератора, поддерживая его напряжение постоянным (U=14,0+/-0,2; 28+/-0,4В) независимо от частоты вращения коленчатого вала.

Состоит:

• силовой транзистор (VТ1);

• чувствительный элемент: стабилитрон (VD2);

• управляющий транзистор (VТ2);

• цепь защиты от ЭДС самоиндукции.

Работа:

1. При U_г<U₁ (14.0В): в обмотке возбуждения течет ток, поскольку транзистор VТ1 открыт (т.к. имеет ток базы), а транзистор VТ2 закрыт поскольку стабилитрон VD2 закрыт и VТ2 не имеет тока базы.

2. При U_г> U₂ (14.2В): в обмотке возбуждения ток прекращается, т.к. транзистор VТ1 закрывается, потому что стабилитрон VD2 пробивается, транзистор VТ2 открывается и "съедает" ток базы VТ1.

Неисправности: транзистор VТ1 постоянно открыт (пробит VТ1, либо VD2 в обрыве), транзистор VТ1 в обрыве, либо VD2 пробит.

Работа РР-132 аналогична (принципиальной схеме), но для того чтобы сохранить VТ1 от пробоя ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения поставлен диод VD1.

Чтобы не было ложных срабатываний от импульсов в цепи, стоит дроссель L.

R3, R6 делители, создающие определенный потенциал базы VТ1.

R1, R4 делители, создающие определенный потенциал базы VТ2.

Диоды VD3, VD4 обеспечивают четкость закрытия транзистора.

R2 образует положительную обратную связь, которая обеспечивает быстрое открытие транзистора VТ2, а соответственно и закрытие VТ1.

Принцип регулирования напряжения и тока в ГУ.

Величина напряжения генераторной установки автомобиля связана прежде всего с потребностью заряда аккумуляторной батареи, что вызывает необходимость ограниче-ния напряжения на установленном уровне. Установлено, что при превышении напряжения генератора выше расчетного на 10...12% срок службы АКБ и автомобильных ламп сокращается в 2...2,5 раза. Для пояснения принципа действия генератора используется параметрическая зависимость, в которой можно выделить независимые и регулируемый параметры.

Независимыми параметрами в данном случае являются ток нагрузки, естественно, и частота вращения, т.к. ротор генератора, как правило, кинематически жестко связан с коленчатым валом двигателя.

Организовать варьирование частоты вращения ротора технически довольно сложно. Отсюда ограничение напряжения на установленном уровне во всех режимах осуществляется за счет изменения магнитного потока, точнее, тока возбуждения. Выполняет роль регулятора тока возбуждения - реле-регулятор. До настоящего времени регуляторы напряжения, независимо от их конструкции, работают по закону дискретного регулирования, иными словами аргумент функции изменяет свое значение за счет периодического включения и выключения тока возбуждения при изменении нагрузки генератора или частоты вращения ротора.

Сейчас в автомобилях применяются контактно-транзисторные и бесконтактно-транзисторные регуляторы напряжения, работающие с генераторами переменного тока.

При напряжении генератора меньше U₁–U₂ ток обмотки возбуждения генератора не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора.

С увеличением частоты вращения ротора генератора, когда напряжение генератора достигает U_2,В ток в обмотку возбуждения генератора поступает только через добавочный резистор и в связи с этим уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения поступает через открытый транзистор. Напряжение генератора начнёт возрастать до следующего открытия стабилитрона.

Т.о., напряжение генератора поддерживается стабильным независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя (ротора генератора).

В последнее время получили широкое распространение генераторы с встроенными транзисторными регуляторами напряжения Я112А, 11.3702 на интегральных схемах, которые монтируют на задней крышке генератора.

Принцип работы этих регуляторов аналогичны рассмотренным. При напряжениях на клеммах генератора меньше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора открыт и пропускает ток возбуждения.

Если напряжение превышает предельное значение, то транзистор запирается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения генератора. Этот процесс обычно происходит с большой частотой и практичес5ки напряжение генератора остается постоянным.

Интегральный регулятор напряжения изделие неразборное и неремонтируемое. Напряжение регулятора корректируют на заводе изготовителе.