Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумуляторной батареи во время работы двигателя. В остальных случаях всю нагрузку потребителей электроэнергии принимает на себя аккумуляторная батарея.
Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы при любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессирующий разряд аккумуляторной батареи. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемое генераторной установкой, должно быть стабильно, в широком диапазоне частоты вращения ротора и меняющейся мощности нагрузки.
Генератор современного автомобиля (рис. 2.3), как правило, переменного тока, трехфазный, со встроенными выпрямительным блоком и электронным регулятором напряжения, который обычно совмещен со щеточным узлом.
Рис. 2.3. Внешний вид генератора
(Оригинал найдёте на ресурсе peugeotbook)
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Курс школьной физики гласит: если катушку пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. Такие катушки, помещенные в пазы статора (рис. 2.4), представляют собой его обмотки — важнейшей элемент неподвижной части генератора, именно в них генерируется переменный электрический ток.
Рис. 2.4. Статор генератора: 1 - магнитопровод; 2 - обмотка; 3 - пазовый клин; 4 - паз; 5 - выводы обмоток
Магнитный поток в генераторе создается ротором. Он представляет собой катушку из медного провода, намотанную на цилиндрический каркас, который располагается в полости, образованной двумя магнитопроводами различной полярности (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Ротор генератора и его элементы: 1 и 3 - магнитопровод, состоящий из двух половин; 2 - обмотка возбуждения; 4 - контактные кольца; 5 - стальной вал
В состав ротора — основной подвижной части генератора — входят также вал и медные контактные кольца. При его вращении напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный» и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего обмотки статора, постоянно меняется, что и вызывает появление в них переменного напряжения.
Частота вращения ротора основной массы генераторов обычно превышает частоту вращения коленчатого вала примерно в два (иногда и более) раза, это достигается уменьшением диаметра приводного шкива генератора относительно шкива коленчатого вала.
Для преобразования переменного напряжения в постоянное используется выпрямительный блок (см. схему генератора на рис. 2.6), расположенный на внутренней части задней крышки генератора.
Рис. 2.6. Принципиальная схема генераторной установки: 1 - диоды обмотки возбуждения; 2 - силовые диоды; 3 - обмотка возбуждения; 4 - реле-регулятор; 5 - аккумуляторная батарея; 6 - нагрузка; 7 - «нулевая» точка обмоток статора; 8 - обмотки статора
Блок состоит из двух алюминиевых радиаторов и запрессованных в них шести силовых диодов.
Питание обмотки возбуждения осуществляется от самого генератора, оно подводится к ней через контактные кольца ротора посредством двух графитовых щеток.
Но для того чтобы «запустить» возбуждение, в момент запуска двигателя на обмотку ротора необходимо подать напряжение с аккумуляторной батареи.
После пуска двигателя обмотка возбуждения питается через встроенный интегральный регулятор, с общего вывода трех дополнительных диодов, установленных на выпрямительном блоке.
В более ранних генераторах питание обмотки возбуждения осуществлялось только через замок зажигания, который подавал энергию на внешний или встроенный реле-регулятор.
Работоспособность генераторной установки автомобиля контролируется аварийной лампой или светодиодом в комбинации приборов.
При исправно работающем генераторе после включения зажигания светодиод или лампа должны светиться, а после пуска двигателя — сразу гаснуть.
В некоторых зарубежных генераторах (например, фирмы «BOSCH») подача первоначального тока возбуждения происходит через контрольную лампу комбинации приборов, мощность потребления которой должна строго соблюдаться (обычно 2—3 W), так как от этого зависит начальная частота вращения, при которой генератор начинает работать.
При обрыве нити накала контрольной лампы предусмотрен резистор, подсоединенный параллельно ее контактам, который позволяет доехать до места ремонта. Частота вращения ротора генератора при включении его в работу будет, естественно, несколько выше.
Контроль работоспособности генератора на заднеприводных моделях ВАЗа осуществляется с помощью дополнительного реле, а целостность нити накала или качества контактных соединений контрольной лампы никак не отражается на работе генераторной установки.
Принцип работы ВАЗовской системы контроля генератора следующий.
В статическом режиме генератора контакты сигнального реле нормально замкнуты. Контрольная лампа соединяется через них с клеммой замка зажигания и при повороте ключа в положение «Зажигание включено» начинает светиться при обесточенной обмотке реле.
Реле одним концом своей обмотки подсоединяется к той же клемме замка зажигания, что и контрольная лампа (или к плюсу АКБ), а вторым — к общей точке соединения статорных обмоток (см. рис. 2.6 (7) — «нулевая точка»), в которой при запуске генератора появляется отрицательный потенциал, проще говоря, «минус», равнозначный клемме «минус» на АКБ. Реле в этом случае срабатывает и, разомкнув контакты, гасит контрольную лампу.
Для того чтобы напряжение бортовой сети автомобиля было стабильно и не зависело от нагрузки и оборотов генератора, существует реле-регулятор.
Без регулятора напряжение, развиваемое генератором, будет сильно зависеть от частоты вращения его ротора — чем больше будет частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше будет напряжение, развиваемое генератором, соответственно, чем больше сила тока его нагрузки, тем меньше будет напряжение на его выходе. Таким образом, эти факторы не позволят генератору выдавать стабильное напряжение в бортовую сеть автомобиля, не имея устройства, которое отслеживало бы и корректировало его значение.
Регулятор несет на себе функцию стабилизатора напряжения, управляя током возбуждения.
Практически все регуляторы изменяют ток возбуждения ротора путем включения и отключения его обмотки от питающего напряжения. С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается, и, когда оно начинает превышать установленный уровень (14,2-14,5 В), выходной транзистор в регуляторе напряжения закрывается, прерывая ток через обмотку возбуждения, напряжение на выходе генератора быстро падает, транзистор в регуляторе открывается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения. Так происходит многократно и с довольно высокой частотой.
По этой причине колебания напряжения на выходе генератора практически незаметны, и его можно считать постоянным, поддерживаемым на уровне 13,9-14,5 В.
На некоторых генераторных установках для подавления помех применяется конденсатор емкостью 2,2 микрофарады, включаемый параллельно плюсовому выходному выводу генератора.
Когда-то генераторные установки были коллекторные, постоянного тока, а реле-регулятор представлял собой громоздкую конструкцию, состоящую из массивного корпуса, двух-трех электромагнитных реле и множества проволочных резисторов.
Со временем стали применять генераторы переменного тока, реле осталось только одно, габариты уменьшились втрое, надежность повысилась, но стабильность напряжения оставалась неприемлемой. Точнее, неприемлемой она была для разного рода электроники, которая неумолимо, год за годом, завоевывала позиции как под капотом, так и в салоне автомобиля.
Настал момент, когда появились сначала отдельные, а затем и встроенные интегральные регуляторы напряжения, которые по стабильности основных параметров выходного напряжения полностью удовлетворяют потребности электронных устройств.
Их последние модификации представляют собой небольшую «таблетку», совмещенную со щеточным узлом, обладающую высокой надежностью, малыми габаритами, вполне стабильными параметрами и не требующую никакого обслуживания в процессе всего срока эксплуатации.