Automobilio generatoriaus veikimo principas. Automobilių kintamosios srovės generatoriai ir veikimo principai. Kaip veikia automobilio generatorius?

Nors automobilis varomas benzinu, jame yra daug elektra varomų įrenginių. Pagrindinis elektros energijos šaltinis automobilyje yra automobilio generatorius.. Iš esmės tai yra vidinė jėgainė, kuri konvertuoja variklio sukimąsi vidaus degimasį elektrą. Ši elektra maitina visus automobilio elektros prietaisus, įskaitant akumuliatoriaus įkrovimą, kuris taip pat yra elektros energijos šaltinis, kai variklis neveikia.

pateiktas sekančiame paveikslėlyje.

G – generatorius;
Ph1…Ph3 – trifazės statoriaus apvijos;
VD+ – galios lygintuvas, teigiami diodai;
VD1- – galios lygintuvas, neigiami diodai;
C – kondensatorius, išlyginantis aukšto dažnio įtampos viršįtampius;
B+ – teigiama generatoriaus agregato išėjimo galia;
VD1d+ – žadinimo apvijos elementai;
Pvz. – jaudinanti apvija;
VR – įtampos-įtampos reguliatorius;
Accu – įkraunama baterija;
+ – teigiama įkraunamos baterijos išvestis;
IgnSw – uždegimo jungiklis;
H – įkrovos indikatorius;
D+ – generuojančio bloko išėjimas „D+“;
DF – išėjimas, skirtas jaudinančiai apvijai valdyti;
R – vartojantys įrenginiai.

Sujungimo schema automobilio generatorius o jo veikimo principas panašus bet kuriam automobiliui. Skirtumai susiję tik su gamybos kokybe, galia ir komponentų išdėstymu variklyje. Visi šiuolaikiniai automobiliai aprūpinti generatoriais kintamoji srovė, įskaitant save ir įtampos reguliatorių. Reguliatorius normalizuoja srovės stiprumą lauko apvijoje, dėl to galia skiriasi generatoriaus komplektas esant pastoviai įtampai galios išėjimo gnybtuose.

Šiuolaikiniuose automobiliuose papildomai sumontuotas elektroninis blokas ant įtampos reguliatoriaus, kurio pagalba borto kompiuteris valdo generatoriaus agregato apkrovos dydį.

Automobilio generatoriaus grandinė yra pagrįsta elektromagnetinės indukcijos principu. Jei ritė išėjo Varinė viela suktis magnetiniame lauke, kurį sukuria nuolatiniai magnetai arba žadinimo apvija, maitinama baterija, tada varinėje laidoje susidaro (indukuojama) elektros srovė. Paprastai apvija, kurioje ji generuojama darbinė įtampa elektros srovė esantis statoriuje. Lauko apvija yra ant rotoriaus (sukamojo veleno).

Į bet kurio automobilio elektros įrangą įeina generatorius- įtaisas, kuris mechaninę energiją, gautą iš variklio, paverčia elektros energija. Kartu su įtampos reguliatoriumi jis vadinamas generatoriaus rinkiniu. Įjungta modernių automobilių sumontuoti kintamosios srovės generatoriai. Jie geriausiai atitinka reikalavimus.

Reikalavimai generatoriui:

• generatoriaus išėjimo parametrai turi būti tokie, kad jokiais transporto priemonės važiavimo režimais neįvyktų laipsniškas akumuliatoriaus išsikrovimas;
• įtampa transporto priemonės borto tinkle, maitinamame generatoriaus, turi būti stabili esant įvairiems sukimosi greičiams ir apkrovoms.

Paskutinis reikalavimas yra dėl to, kad baterija yra labai jautri įtampos stabilumo laipsniui. Per daug žema įtampa sukelia per mažą akumuliatoriaus įkrovimą ir dėl to sunkumus užvedant variklį per didelė įtampa lemia akumuliatoriaus perkrovimą ir pagreitintą gedimą.

Generatoriaus veikimo principas ir jo pagrindas konstrukcinis įtaisas yra vienodi visiems automobiliams, skiriasi tik pagaminimo kokybe, išmatavimais ir jungiamųjų mazgų vieta.

Pagrindinės generatoriaus dalys:

1. Skriemulys - skirtas mechaninei energijai perduoti iš variklio į generatoriaus veleną per diržą;
2. Generatoriaus korpusas susideda iš dviejų dangčių: priekinio (iš skriemulio pusės) ir galinio (iš slydimo žiedo pusės), skirtų statoriaus tvirtinimui, generatoriaus montavimui ant variklio ir rotoriaus guolių (atramų) uždėjimui. Galiniame dangtelyje yra lygintuvas, šepečio mazgas, įtampos reguliatorius (jei įmontuotas) ir išoriniai gnybtai, skirti prijungti prie elektros įrangos sistemos;
3. Rotorius yra plieninis velenas, ant kurio yra dvi rankenėlės formos plieninės įvorės. Tarp jų yra sužadinimo apvija, kurios gnybtai sujungti su slydimo žiedais. Generatoriuose daugiausia sumontuoti cilindriniai variniai slydimo žiedai;
4. Statorius yra iš plieno lakštų pagamintas vamzdžio formos paketas. Jo lizduose yra trifazė apvija, kurioje generuojama generatoriaus galia;
5. Surinkimas su lygintuvais diodais - sujungia šešis galingus diodus, trys įspausti į teigiamą ir neigiamą šilumos šalintuvą;
6. Įtampos reguliatorius yra įtaisas, kuris palaiko transporto priemonės įtampą nustatytose ribose, kai keičiasi elektros apkrova, generatoriaus rotoriaus greitis ir temperatūra. aplinką;
7. Šepečio mazgas yra nuimama plastikinė konstrukcija. Jame yra spyruokliniai šepečiai, kurie liečiasi su rotoriaus žiedais;
8. Apsauginis dangtelis diodo moduliui.

Panagrinėkime generatoriaus elementų prijungimo elektros grandinę.

Fundamentalus elektros schema generatoriaus komplektas:

1. Uždegimo jungiklis;
2. Triukšmo slopinimo kondensatorius;
3. Akumuliatoriaus baterija;
4. Generatoriaus aptarnavimo indikatoriaus lemputė;
5. Galios lygintuvo teigiamieji diodai;
6. Galios lygintuvo neigiami diodai;
7. Sužadinimo apvijų diodai;
8. Trijų statoriaus fazių apvijos;
9. Sužadinimo apvija (rotorius);
10. Šepečių blokas;
11. Įtampos reguliatorius

B+ Generatoriaus išėjimas "+";
B- generatoriaus „įžeminimas“;
D+ žadinimo apvijos maitinimo šaltinis, įtampos reguliatoriaus atskaitos įtampa.

Generatoriaus veikimas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos poveikiu. Jei į ritę, pavyzdžiui, pagamintą iš varinės vielos, prasiskverbia magnetinis srautas, tai jam pasikeitus ritės gnybtuose atsiranda elektros įtampa, proporcinga magnetinio srauto kitimo greičiui. Ir atvirkščiai, norint sukurti magnetinį srautą, pakanka elektros srovę praleisti per ritę. Taigi, norint gauti kintamą elektros srovę, reikalingas kintamo magnetinio lauko šaltinis ir ritė, iš kurios bus tiesiogiai pašalinta kintamoji įtampa. Susidaro lauko apvija su polių sistema, velenu ir slydimo žiedais rotorius, jo svarbiausia besisukanti dalis, kuri yra kintamo magnetinio lauko šaltinis.

Generatoriaus rotorius

1. rotoriaus velenas;
2. rotoriaus poliai;
3. sužadinimo apvija;
4. slydimo žiedai.

Rotoriaus polių sistema turi liekamąjį magnetinį srautą, kuris yra net tada, kai lauko apvijoje nėra srovės. Tačiau jo vertė yra maža ir gali užtikrinti savaiminį generatoriaus sužadinimą tik esant per dideliam sukimosi greičiui. Todėl norint iš pradžių įmagnetinti rotorių, per jo apviją, dažniausiai per generatoriaus veikimo lemputę, praleidžiama nedidelė akumuliatoriaus srovė. Šios srovės stipris neturėtų būti per didelis, kad neišsikrautų akumuliatorius, bet ir ne per mažas, kad generatorius galėtų sužadinti jau esant tuščiosios eigos greitis variklis. Remiantis šiais samprotavimais, valdymo lempos galia paprastai yra 2...3 W. Kai įtampa ant statoriaus apvijų pasiekia darbinę vertę, lemputė užgęsta, o sužadinimo apvija maitinama iš paties generatoriaus. Tokiu atveju generatorius veikia savaiminiu sužadinimu.

Išėjimo įtampa pašalinama iš statoriaus apvijos. Kai rotorius sukasi priešais statoriaus apvijos rites, pakaitomis pasirodo rotoriaus „šiaurinis“ ir „pietinis“ poliai, ty keičiasi magnetinio srauto, einančio per statoriaus ritę, kryptis, dėl ko jame atsiranda kintamoji įtampa . Šios įtampos dažnis priklauso nuo generatoriaus rotoriaus sukimosi greičio ir jo polių porų skaičiaus.

Generatoriaus statorius

1. statoriaus apvija;
2. apvijų gnybtai;
3. magnetinė grandinė

Statoriaus apvija yra trifazė. Jį sudaro trys atskiros apvijos, vadinamos fazinėmis apvijomis arba tiesiog fazėmis, apvyniotos naudojant tam tikrą technologiją magnetinėje grandinėje. Įtampa ir srovės apvijose viena kitos atžvilgiu pasislenka trečdaliu periodo, t.y. 120 elektros laipsnių kampu, kaip parodyta paveikslėlyje.

Apvijų U1, U2, U3 fazinių įtampų oscilogramos - apvijų įtampos;
T - signalo periodas (360 laipsnių);
F - poslinkio fazė (120 laipsnių).
Fazinės apvijos gali būti jungiamos žvaigždute arba trikampiu.

Apvijų jungčių tipai

1. "žvaigždė"
2. "trikampis".

Sujungus „trikampiu“, kiekvienoje iš apvijų srovė yra 1,7 karto mažesnė už generatoriaus tiekiamą srovę. Tai reiškia, kad esant tokiai pačiai generatoriaus tiekiamai srovei, apvijų srovė, prijungta „trikampiu“, yra žymiai mažesnė nei „žvaigždė“. Todėl didelės galios generatoriuose dažnai naudojamas trikampio jungtis, nes esant mažesnėms srovėms, apvijos gali būti apvyniotos plonesne viela, kuri yra technologiškai pažangesnė. Žvaigždės jungčiai galima naudoti ir plonesnį laidą. Šiuo atveju apvija yra pagaminta iš dviejų lygiagrečių apvijų, kurių kiekviena yra sujungta „žvaigžde“, t.y. gaunama „dviguba žvaigždė“.

Reikia prisijungti prie transporto priemonės tinklo DC įtampa. Todėl statoriaus apvija maitina transporto priemonės tinklą per generatoriuje įmontuotą lygintuvą. Trifazės sistemos lygintuvą sudaro šeši galios puslaidininkiniai diodai, iš kurių trys yra prijungti prie generatoriaus „+“ gnybto, o kiti trys – prie „-“ gnybto (žemės). Puslaidininkiniai diodai yra atviros būsenos ir nesuteikia didelio pasipriešinimo srovės pratekėjimui, kai įtampa į juos patenka į priekį, ir praktiškai nepraleidžia srovės, kai įtampa yra atvirkštinė. Pažymėtina, kad terminas „lygintuvo diodas“ ne visada slepia įprastą dizainą, turintį korpusą, laidus ir pan., kartais tai yra tik puslaidininkinė silicio jungtis, užsandarinta ant šilumos kriauklės.

Surinkimas su lygintuvais diodais

1. maitinimo diodai;
2. papildomi diodai;
3. šilumos kriauklė

Daugelis gamintojų, norėdami apsaugoti transporto priemonių elektroninius komponentus nuo įtampos šuolių, maitinimo tilto diodus pakeičia zenerio diodais. Skirtumas tarp zenerio diodo ir lygintuvo diodo yra tas, kad įjungus įtampą priešinga kryptimi, jis nepraleidžia srovės tik iki tam tikros šios įtampos vertės, vadinamos stabilizavimo įtampa. Paprastai galios zenerio dioduose stabilizavimo įtampa yra 25... 30 V. Pasiekus šią įtampą, zenerio diodai "pramuša", tai yra, jie pradeda leisti srovę priešinga kryptimi ir tam tikrose kitimo ribose. Esant šios srovės stiprumui, zenerio diodo įtampa, taigi ir generatoriaus „+“ išėjime, išlieka nepakitusi, nepasiekdama elektroniniams komponentams pavojingų verčių. „Zener“ diodo savybė palaikyti pastovią įtampą gnybtuose po „gedimo“ taip pat naudojama įtampos reguliatoriuose.

Kaip minėta aukščiau, įtampa ant apvijų kinta išilgai sinusoidės kreivių ir kartais yra teigiamos, o kartais neigiamos. Jei teigiama įtampos kryptis fazėje imama išilgai rodyklės, nukreiptos į statoriaus apvijos nulinį tašką, ir neigiama kryptis nuo jo, tai, pavyzdžiui, momentui t, kai antrosios fazės įtampa yra nėra, pirmoji fazė yra teigiama, o trečioji – neigiama. Fazių įtampų kryptis atitinka paveikslėlyje parodytas rodykles.

Srovių kryptis generatoriaus apvijose ir lygintuve

Srovė per apvijas, diodus ir apkrovą tekės šių rodyklių kryptimi. Įvertinus kitus laiko momentus, nesunku tuo įsitikinti trifazė sistemaįtampa, atsirandanti generatoriaus fazių apvijose, galios lygintuvo diodai juda iš atviro į uždarytą ir atgal taip, kad srovė apkrovoje turėtų tik vieną kryptį - nuo generatoriaus rinkinio „+“ gnybto iki jo. „-“ („žemės“) gnybtas, ty apkrova teka pastovi (ištaisyta) srovė.

Daugeliui generatorių tipų sužadinimo apvija yra prijungta prie savo lygintuvo, surinkto ant trijų diodų. Ši lauko apvijos jungtis neleidžia per ją tekėti akumuliatoriaus iškrovimo srovei, kai neveikia automobilio variklis. Panašiai veikia lauko apvijų lygintuvų diodai, tiekdami išlygintą srovę į šią apviją. Be to, lauko apvijų lygintuvą sudaro 6 diodai, trys iš jų yra bendri su galios lygintuvu (neigiami diodai). Sužadinimo srovė yra žymiai mažesnė už srovę, kurią generatorius tiekia į apkrovą. Todėl kaip žadinimo apvijų diodai naudojami mažo dydžio silpnos srovės diodai, kurių srovė ne didesnė kaip 2 A (palyginimui, galios lygintuvai leidžia tekėti iki 25... 35 A sroves).

Jei reikia padidinti generatoriaus galią, naudojama papildoma lygintuvo svirtis.

Generatoriaus komplekto schema su papildomais diodais

Tokia lygintuvo grandinė gali vykti tik tada, kai statoriaus apvijos yra prijungtos „žvaigžde“, nes papildoma svirtis maitinama iš „žvaigždės“ „nulinio“ taško. Jei fazių įtampa svyruotų tik sinusoidiniu būdu, šie diodai visiškai nedalyvautų kintamosios srovės pavertimo nuolatine srove procese. Tačiau tikruose generatoriuose fazinės įtampos forma skiriasi nuo sinusoidės. Tai sinusoidų, vadinamų harmoniniais komponentais arba harmonikomis, suma - pirmoji, kurios dažnis sutampa su fazės įtampos dažniu, ir aukštesnės, daugiausia trečiosios, kurių dažnis yra tris kartus didesnis nei Pirmas.

Tikroji fazinės įtampos forma kaip dviejų harmonikų suma:

1. apvijos fazinė įtampa;
2. pirmoji harmonika;
3. trečioji harmonika;

Iš elektrotechnikos žinoma, kad linijinėje įtampoje, tai yra įtampoje, kuri tiekiama į lygintuvą ir išlyginama, nėra trečiosios harmonikos. Tai paaiškinama tuo, kad visų fazių įtampų trečiosios harmonikos yra fazinės, ty vienu metu pasiekia identiškos vertės ir tuo pat metu tarpusavyje balansuoja ir panaikina vienas kitą tiesine įtampa. Taigi, trečioji harmonika yra fazinėje įtampoje, bet ne tiesinėje įtampoje. Todėl vartotojai negali naudoti galios, kurią sukuria fazinės įtampos trečioji harmonika. Norint naudoti šią galią, pridedami diodai, prijungti prie fazių apvijų nulinio taško, ty iki taško, kuriame jaučiamas fazinės įtampos veikimas. Taigi šie diodai ištaiso tik trečiąją fazinės įtampos harmoninę įtampą. Naudojant šiuos diodus generatoriaus galia padidėja 5...15%, kai sukimosi greitis didesnis nei 3000 min-1.

Generatoriaus be reguliatoriaus įtampa labai priklauso nuo jo rotoriaus sukimosi greičio, žadinimo apvijos sukuriamo magnetinio srauto, taigi ir nuo srovės stiprumo šioje apvijoje bei generatoriaus vartotojams tiekiamos srovės kiekio. Kuo didesnis sukimosi greitis ir žadinimo srovė, tuo didesnė generatoriaus įtampa, kuo didesnė jo apkrovos srovė, tuo ši įtampa mažesnė. Įtampos reguliatoriaus funkcija yra stabilizuoti įtampą, kai keičiasi sukimosi greitis ir apkrova, įtakojant žadinimo srovę. Anksčiau buvo naudojami vibracijos reguliatoriai, o vėliau - kontaktiniai-tranzistoriniai. Šiuos dviejų tipų reguliatorius dabar visiškai pakeitė elektroniniai.

Elektroninių įtampos reguliatorių išvaizda

Elektroninių puslaidininkinių reguliatorių konstrukcija gali būti skirtinga, tačiau visų reguliatorių veikimo principas yra vienodas. Žinoma, galite pakeisti srovę žadinimo grandinėje, į šią grandinę įvesdami papildomą rezistorių, kaip buvo daroma ankstesniuose vibracijos įtampos reguliatoriuose, tačiau šis metodas yra susijęs su šio rezistoriaus galios praradimu ir nenaudojamas elektroniniuose reguliatoriuose. . Elektroniniai reguliatoriai keičia žadinimo srovę įjungdami ir išjungdami žadinimo apviją iš maitinimo tinklo, kartu keisdami santykinę žadinimo apvijos įjungimo trukmę. Jei įtampai stabilizuoti reikia sumažinti žadinimo srovę, žadinimo apvijos perjungimo laikas sumažinamas, jei reikia ją padidinti, jis padidinamas.

Šios reguliatoriaus prijungimo galimybės trūkumas yra tas, kad reguliatorius palaiko įtampą generatoriaus „D+“ gnybte, o vartotojai, įskaitant akumuliatorių, yra prijungiami prie „B+“ gnybto. Be to, tokiu būdu įjungus, reguliatorius nejaučia įtampos kritimų jungiamuose laiduose tarp generatoriaus ir baterija ir nereguliuoja generatoriaus įtampos, kad kompensuotų šį kritimą. Šie trūkumai pašalinami sekančioje grandinėje, kur įtampa į reguliatoriaus įvesties grandinę tiekiama iš mazgo, kuriame ji turėtų būti stabilizuota, dažniausiai tai yra generatoriaus „B+“ gnybtas.

Kai kurie įtampos reguliatoriai turi savybę