Опубликовано 5 комментариев

Автомобильный генератор

Автомобильный генератор представляет собой устройство которое обеспечивает работу всех электроэлементов, которые используются в современном автомобиле. Если смотреть с научной точки зрения, то автомобильный генератор является устройством, который преобразует механическую энергию коленчатого вала в электрическую энергию.

История автомобильного генератора

Майкл Фарадей
Майкл Фарадей

История автомобильного генератора начинается приблизительно 200 лет назад. Истоки этой истории лежат в далеком 1831 году, когда одновременно английский физик Майкл Фарадей и американский физик Джозеф Генри обнаружили явление электромагнитной индукции. Сейчас это явление известно как закон Фарадея, но статья не об этом.  Приблизительно смысл этого закона можно выразить так:  Электродвижущая сила генерируется в электрическом проводнике, который окружает изменяющийся магнитный поток. Открыв закон электромагнитной индукции, Майкл Фарадей решил построить наглядный макет своего закона. Сейчас он известен как Диск Фарадея – первое устройство, которое преобразовывало механическое движение в электрическую энергию. Таким образом можно считать, что это устройство является первым генератором. Сам Диск Фарадея был чрезвычайно неэффективным, но он имел огромное значение для развития науки и промышленности в целом.

Диск Фарадея
Диск Фарадея

Слухи о законе Фарадея начали распространяться и уже в 1832 году французский производитель инструментов Ипполит Пикси построил первый в мире динамо-генератор.  Его модель создавала электрические импульсы, разделенные отсутствием тока. Таким образом, он случайно создал генератор переменного тока. Так как он не знал, что с ним делать(изменяющимся током), Пикси решил избавиться от переменного тока и сосредоточился на постоянном. Конечной задачей такого генератора являлось использование в промышленности, но это не представлялось возможным, так как генератор Пикси было довольно затруднительно использовать. Для получения электроэнергии нужно постоянно вращать вручную тяжелый магнит.

Следующие 30 лет аккумулятор оставался самым мощным источником электрической энергии для промышленности. Только в 1960 году итальянский физик Антонио Пачинотти модернизировал динамо-машину. Теперь она обеспечивала постоянную мощность постоянного тока, что явилось следующим шагом в развитии генераторов. Через пару лет немецкий ученый Эрнст Ве́рнер фон Си́менс и английский физик Чарльз Уитстон создали более мощную и полезную динамо-машину. Новшеством являлось то, что вместо вместо слабого постоянного магнита использовался автономный электромагнит.

В 1971 году произошел переломный момент, когда бельгийский изобретатель

Зеноб Теофил Грамм
Зеноб Теофил Грамм

заполнил магнитное поле железным сердечником. Он гораздо лучше подходил для магнитного потока. Это увеличило мощность динамо-машины на столько, что теперь ее можно было применять в коммерческих промышленных целях. Это событие значительно увеличило стремление развивать такое направление как получение электроэнергии. Самая надежная и эффективная конструкция динамо-машины была приписана американцу Чарльзу Ф. Брашу в 1876 году. Его изобретение было продано через Telegraph Supply Company.

К концу 1870-х годов компания Ganz начала использовать генераторы переменного тока в небольших коммерческих установках в Будапеште, а к 1880 году Чарльз Ф. Браш имел в эксплуатации более 5000 дуговых ламп, что составляло 80 процентов всех ламп в мире. С этим пришла экономическая мощь эпохи электричества. Однако, когда на прибыльном американском рынке господствовали динамо-машины постоянного тока, люди скептически относились к инвестированию в генераторы переменного тока. Системы управления и распределения электроэнергии переменного тока нуждались в значительном улучшении, прежде чем они смогли бы конкурировать с постоянным током на рынке. К концу века в США, Германии, Италии и других странах были разработаны системы переменного тока с лучшим управлением и мощными электродвигателями, которые, наконец, позволили переменному току конкурировать. Это было официально объявлено на Международной электротехнической выставке во Франкфурте в 1891 году, где трехфазное питание переменного тока оказалось лучшей системой для производства и распределения электроэнергии.

Чарльз Кеттеринг
Чарльз Кеттеринг. На столе первый в мире стартер-генератор

Что же касается истории автомобильного генератора, то в последующем, она очень тесно пересекается с историей автомобильного стартера и человеком по имени Чарльз Кеттеринг. В 1900-х годах не было такой острой потребности в генераторе как сейчас, так как не было такого количества электрических элементов. Автомобили того времени имели из электрических систем только катушку зажигания, которая питалась исключительно от аккумулятора. Байрон Картер, основатель компании Cartercar, погиб в результате отскока рукоятки стартера и Генри Лиланд, как глава Cadillac, решил разработать электрическое самозапускающее устройство. Когда инженерам Cadillac не удалось создать такое устройство, Генри Лиланд обратился за помощью к Чарльзу Кеттерингу и он взялся за эту работу. Ключевой задачей Кеттеринга заключалась разработка электрической системы, выполняющей три функции:

  1. стартер;
  2. производитель искры зажигания;
  3. источник тока для освещения.

Эта работа была выполнена в феврале 1911 года. Глава Cadillac заказал 12 000 таких устройств для своих моделей 1912 года. Таким образом Чарльз Кеттеринг создал первый в мире автомобильный динамо-генератор. Генераторы переменного тока, которые мы привыкли сейчас видеть в составе современных авто, появились во времена Второй Мировой Войны на военной технике. Это объясняется тем, что во время войны понадобилось дополнительное электропитание для военной техники. К примеру, для питания радиостанций и имеются подтверждения, что на один автомобиль могли устанавливать даже несколько генераторов. Конечно, со времен его изобретения проводились различные модернизации, но по своему конструктивному составу, он почти ничем не отличался от разработанного Чарльзом Кеттерингом. После Второй Мировой Войны, развитие автомобильных генераторов также не остановилось. Это устройство постоянно совершенствуется за счет внедрения новых технологий и по сей день, но принцип его работы, по сей день, основывается на законе Фарадея.

Состав автомобильного генератора  

Состав автомобильного генератора
Состав автомобильного генератора

Автомобильные генераторы, как и другие разновидности генераторов, выполняют одну и ту же функцию и имеют один и тот же состав. Различаться могут лишь размеры и конструктивные особенности отдельных элементов. Типичный генератор состоит из 7 элементов:

  1. Корпус;
  2. Шкив;
  3. Статор(обмотка);
  4. Ротор;
  5. Щеточный узел;
  6. Регулятор напряжения;
  7. Диодный мост.

Все эти элементы объединены в один узел, которые в совместном своем исполнении обеспечивают питанием электрические элементы современного автомобиля.

Принцип работы автомобильного генератора

Принцип работы автомобильного генератора лучше начать с отдельных элементов его конструкции. С корпусом все понятно: он удерживает все компоненты на своих местах и отводит тепло. Следующим в очереди шкив. Он предназначен для передачи крутящего момента от коленчатого вала к самому генератору посредством ременного привода.  Статор, в свою очередь, является одной из основных частей, медная обмотка которой создает переменный ток в генераторе под воздействием ротора. Ротор с обмоткой возбуждения представляет собой вращающуюся деталь, которая создает магнитное поле и взаимодействуя с статором производят переменный электрический ток. Щеточный узел предназначен для передачи напряжения на вал ротора. В большинстве современных автомобилей уже нет такого понятия как щеточный узел, потому что он идет в сборе с регулятором напряжения. Вероятно многие слышали такую фразу: “Нужно щетки поменять!”. У большинства современных производимых генераторов производится замена исключительно регулятора напряжения. Регулятор напряжения представляет собой полупроводниковое устройство, которое отвечает за поддержание напряжения в нужных пределах. Заключительным элементом является диодный мост. Диодный мост принимает произведенный переменный ток от статора, преобразует(выпрямляет) его в постоянный и передает на выходной контакт.

Таким образом общий принцип работы генератора будет следующий:

При повороте ключа зажигания в рабочее положение происходит запитка обмотки возбуждения ротора электрическим током. От аккумуляторной батареи, через определенную секцию диодного моста(выпрямителя) подается ток на регулятор напряжения, который, выбрав необходимое значение тока, передает его через щетки(щеточный узел) на обмотку возбуждения ротора. В это время начинает работать двигатель, который посредством ременного привода и шкива генератора начинают вращать ротор. Создаваемое обмоткой возбуждения ротора электромагнитное поле индуцирует переменный электрический ток в фазовых обмотках статора. От статора переменный ток поступает на так называемый диодный мост(выпрямитель), который в свою очередь преобразует переменный ток в постоянный и передает его на выходную клемму генератора(на корпусе). После этого автомобильный генератор передает постоянный электрический ток на автомобильный аккумулятор.

Техническое обслуживание генератора

Автомобильный генератор является таким автомобильным узлом, который не требует какого-то сверхъестественного обслуживания. Все техническое обслуживание генератора заключается в периодической чистке контактов,  проверке и подтяжке болтов крепления, проверке натяжения ремня генератора и замене щеточного узла или регулятора напряжения.

Каждые 15 тысяч км пробега:

  1. Поверка крепления генератора к двигателю;
  2. Проверка надежности крепления крышки генератора;
  3. Проверка натяжения ремня генератора.
  4. Чистка контактов проводов в местах подсоединения к АКБ, генератору и регулятору напряжения.

Каждые 50 – 60 тысяч км пробега:

  1. Продувка генератора сжатым воздухом;
  2. Проверка крепления шкива генератора и стяжных болтов;
  3. Проверка натяжения ремня генератора и его подтяжка;
  4. Проверка щеточного узла и регулятора напряжения.

В общем случае, обслуживание генератора следует проводить при каждом техническом обслуживании автомобиля. Лучше доверить эти процедуры специалистам.

Типичные неисправности генератора

Неисправности автомобильных генераторов бывают самые разные. Типичные неисправности заключаются в выходе из строя одного, а может быть и нескольких сразу элементов самого генератора.

К типичным неисправностям генератора относят:

  1. Износ ремня генератора и его разрыв;
  2. Повреждение шкива генератора;
  3. Износ подшипников генератора;
  4. Обрыв проводов или закисание контактов генератора;
  5. Износ щеток полный или частичный;
  6. Короткое замыкание витков статора;
  7. Разрушения обмотки ротора;
  8. Разрушение компонентов диодного моста;
  9. Повреждение корпуса генератора.

При возникновении неисправности очень важно разобраться в причине ее возникновения, потому что иначе устранить ее не получится. В пример можно смело привести такую причину как повреждение шкива генератора. Установка нового ремня генератора при поврежденном шкиве(например он зазубрен или искривлен) приведет к тому, что ремень через несколько тысяч пробега опять придет в негодность.

Если Вы владеете информацией которая может дополнить статью, пишите в комментариях!

5 комментариев к “Автомобильный генератор

  1. Очень интересная и подробная история автмобильного генератора. Спасибо очень информативно.

  2. Состав и принцип работы генератора по большому счету достойный, но почему история обрывается на Второй мировой? После войны начались серьезные модернизации, такие как кремниевый диодный мост и т.д.

    1. Спасибо за комментарий. В будующем будет либо дополнена текущая статья, либо написана новая касающаяся исключительно этого вопроса.

  3. Принцип работы генератора достаточно подробный. Между замком зажигания и аккумулятором нет никакого реле?

    1. Все зависит от типа транспортного средства и электрической схемы, которую применяет производитель. На авто до 2000 года выпуска может реле никакого и не быть, а на более «молодых» авто может быть как реле, так и регулироваться одним из блоков управления(например блоком управления двигателя).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *