Генератор в грузовом автомобиле: устройство и принцип работы

Генератор грузового автомобиля — элемент электрической системы, предназначенный для зарядки АКБ и питания потребителей / систем транспортного средства. Работает на принципе преобразования энергии из механической, создаваемой путем передачи вращения от коленвала, в электрическую с последующим выпрямлением напряжения. Ниже рассмотрим назначение и требования к генератору. Выделим особенности его устройства, назначение, признаки повреждений и основные неисправности.

Назначение электрического генератора

Грузовой автомобиль — сложный механизм, состоящий из двигателя, кузовной части и шасси. В состав последнего входит ходовая, тормозная и рулевая системы, трансмиссия и другие элементы. Предусмотрено множество систем безопасности, источников освещения и иных потребителей. Именно для их питания предусмотрены генератор и АКБ. 

Принцип работы автомобильного генератора прост и состоит из нескольких этапов:

• Поворот ключа в замке зажигания.
• Подача тока от АКБ к обмотке через щетки.
• Вращение коленвала двигателя и, соответственно, ротора.
• Создание магнитного поля в статоре и появление на выводах переменного тока.
• Выпрямление напряжения в постоянное.
• Заряд АКБ и питание потребителей.
• Регулирование и поддержание напряжения на одном уровне в течение всей работы.
• Подключение к работе аккумулятора при большой нагрузке на генератор.

Иными словами, в момент пуска мотора главным потребителем является стартер. Для его вращения требуется ток, исчисляемый сотнями Ампер. Это влечет за собой просадку напряжения на АКБ, а при неудачном запуске быстрый разряд. Как только двигатель заведен, питающую функцию берет на себя генератор, который параллельно поддерживает уровень заряда аккумулятора.

Важно

В грузовых автомобилях генераторы, как правило, вырабатывают напряжение 24 В. Это связано с большей нагрузкой на аккумулятор.

Питание всех потребителей осуществляется одним или несколькими «плюсовыми» проводами, а в качестве второго контакта выступает «земля». 

С учетом сказанного можно выделить две главные функции генератора:

1. Подача напряжения к потребителям: фары, стоп-сигналы, магнитола, лампочки в салоне и т. д.
2. Заряд АКБ после пуска двигателя и во время движения.

К категории потребителей можно отнести лампы, зажигание, диагностические системы и т. д. Мощность генератора зависит от типа грузового автомобиля и количества потребителей. Как правило, она составляет от 1 кВт и более. 

Выделяется также ряд дополнительных задач, которые выполняет генератор. Сюда входит:

• Преобразование 3-фазного тока в постоянный.
• Поддержка номинального напряжения без учета оборотов.

Как видно, автомобильный генератор работает только после пуска двигателя. До этого вся нагрузка ложится на аккумулятор. Также АКБ принимает нагрузку в случае поломки основного источника питания.

Требования к автомобильному генератору

Возможность эксплуатации автомобиля напрямую зависит от исправности и правильности работы устройства. Во избежание ошибок и повреждений к генератору предъявляется ряд требований:

• Бесперебойность в процессе эксплуатации вне зависимости от условий.
• Одновременное снабжение электрической энергией потребителей и заряд аккумулятора.
• Сохранение напряжения бортовой сети в определенных границах вне зависимости от нагрузки и движений роторного механизма.
• Защита АКБ от сильного разряда при максимальной нагрузке.
• Большой срок службы, позволяющий избежать непредвиденных повреждений и ремонта.
• Небольшая масса и размеры.
• Минимальный уровень шума в процессе работы.
• Небольшие радиопомехи.

Не менее важный момент — соответствие напряжения автомобильного генератора требованиям завода-изготовителя. В зависимости от типа грузовика оно может составлять не меньше 12 или 24 В даже под нагрузкой.

Конструкция генератора

Одна из особенностей, можно сказать,  достоинств генераторной установки грузовика — отработанная десятилетиями продуманная конструкция и надежное взаимодействие всех элементов. Рассмотрим каждый узел подробнее.

Корпус

Применяется для размещения основных элементов и их защиты от внешних воздействий. Конструктивно состоит из 2-х частей кожуха: шкивная часть и контактная группа с электрическими элементами. На поверхности предусмотрены кронштейны, обеспечивающие фиксацию к мотору. Внутри установлено два подшипника.

Последние используются в качестве основания для вращения роторного вала. В задней части корпуса имеется щетка, диодная группа, регулятор напряжения и разъемы. На некоторых грузовиках в состав входит вакуумный насос, обеспечивающий функционирование вакуумного усилителя.

Статор

Необходим для создания переменного тока. Состоит из сердечника и обмотки. Последняя находится в специальных углублениях (пазах), количество которых в большинстве устройств 36. Для изоляции используется пленка или специальные напыления.

Отпайки статора выходят в виде двух проводов для подключения к выпрямительному мосту. Конструктивно статор набирается из группы листов, изготовленных из стали и имеющих толщину в пределах 0,8-1 мм.

Стальные планки соединяются с помощью заклепок или сварочного аппарата.В ярме статора имеются выступы, обеспечивающие отвод тепла за счет увеличения площади соприкосновения с воздухом и, соответственно, более быстрое охлаждение.

Ротор

Ключевую функцию в работе автомобильного генератора несет ротор, состоящий из полюсных частей, обмотки, вала и контактных колец. Предназначен для создания магнитного поля. Конструктивно устройство состоит из 2-х полюсных частей с выступами или без них.

Если выступы не предусмотрены, между составляющими ротора ставится втулка. На кожух последней наматывается обмотка возбуждения. При изготовлении роторных валов применяется сталь, которая в зависимости от конструкции может быть автоматной или легированной.

Второй вариант актуален при использовании роликовых подшипников. На упомянутом валу находятся треугольные втулки, между которыми нашлось место для обмоток возбуждения из медной проволоки (устанавливается между полюсами).

Выпрямительный блок или диодный мост

Конструктивно состоит из 2-х элементов и работает по схеме Ларионова. Необходим для выпрямления переменного тока и создания на выходе генератора грузовика постоянного (несинусоидального) напряжения. Конструктивно состоит из пластин, изготовленных из алюминия и предназначенных для лучшего охлаждения. На этой конструкции установлено шесть диодов, установленных на подковах из алюминия и объединенных друг с другом.

В простых версиях генераторов обмотка для создания возбуждения соединяется с основной частью через дополнительные диоды. Это защищает от разряда АКБ при заглушенном моторе грузовика. Параллельно повышается мощность генераторной установки в среднем на 10-15%. 

Регулятор напряжения

При работе двигателя коленвал может вращаться с разной частотой, что может привести к изменениям напряжения в большую или меньшую сторону. Это, в свою очередь, негативно сказывается на работе электрических устройств в грузовике. Для защиты от таких колебаний предусмотрен регулятор напряжения, созданный на базе микросхем или дискретных компонентов. Он гарантирует поддержание 12 или 24 В с учетом особенностей бортовой сети.

Конструктивно современные устройства могут быть двух типов: гибридные и интегральные. Вне зависимости от типа регулятор работает автоматически и поддерживает оптимальный уровень напряжения. При этом потенциал может меняться в сторону увеличения или снижения с учетом температуры в подкапотном пространстве.

В случае уменьшения температуры напряжение увеличивается и наоборот. В среднем при изменении на 1 градус Цельсия происходит корректировка на 0,1 Вольта. Для более старых моделей характерно регулирование вручную.

Щетки

Устройство автомобильного генератора, состоящее из пары графитных щеток и их держателя. Для последних используются пружины для более плотного прижатия и передачи потенциала к роторной обмотке. Как правило, щеточный узел размещается в задней части генератора.

Щетки бывают медно- или электрографитными. Первые считаются лучшим решением с позиции качества передачи возбуждения. В устройствах второго типа имеет место падение напряжения в месте контакта, что негативно влияет на параметры генераторной установки грузовика.

Основные неисправности и их признаки

Несмотря на простоту конструкции, автомобильный генератор имеет свойство ломаться. Повреждения могут быть связаны с внутренними неисправностями или проблемами в электрической части.

Поломку легко определить по следующим признакам:

• Мигание лампочки заряда АКБ.
• Уменьшение яркости фар или источников света в салоне.
• Тихий звук сигнала.
• Посторонние звуки при работе.
• Отсутствие заряда на АКБ.
• Нестабильное напряжение на выходе и т. д.

Рассмотренные выше признаки могут появиться при следующих поломках:

• Повышенный износ щеток.
• Накопление грязи на контактной группе колец.
• Повреждение (разрыв, растяжение) ремня генератора.
• Неисправность выпрямительного блока.
• Клин или износ щеток.
• Ослабление крепления шкива.
• Нарушение питающей цепи.
• Разрушение лопасти вентиляторы.
• Поломка регулятора напряжения.
• КЗ в обмотке.
• Неисправность подшипника роликового механизма.

Прочие неисправности.

Для устранения повреждений может потребоваться проведение профилактики, замена генератора / щеток, корректировка натяжения ремня. В некоторых случаях необходима установка нового моста, новая прессовка подшипника и другие шаги.

Во избежание повреждений генератора грузовика запрещается проверка работы путем искусственного создания КЗ и включение генератора при отсоединении от аккумулятора.

При этом допускается применение вольтметра и амперметра для проверки, отключение контактов от аккумулятора / генератора и замена проводки в цепи с учетом сечения и требований завода-изготовителя.

Заключение

Генератор грузовика является важным элементом, обеспечивающим работу всех электрических приемников и заряд АКБ.

Его неисправность в дороге приводит к перекладыванию нагрузки на аккумулятор, который на это не рассчитан. Как результат, через несколько часов машина обездвиживается и не может больше эксплуатироваться в обычном режиме.