В 1827 году венгерский физик Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с устройствами, которые он называл электромагнитными самовращающимися роторами. В результате этой работы ученый сформулировал концепцию динамо-машины. Случилось это по меньшей мере за шесть лет до обнародования результатов параллельных поисков в том же направлении немецкого физика Вернера фон Сименса и англичанина Чарльза Уинстона. Однако Йедлик не запатентовал изобретение.
В 1831 году Майкл Фарадей открыл принцип индукции, который лег в основу построения электромагнитных генераторов. Энергия возникала ввиду разницы потенциалов между концами проводника, двигавшегося перпендикулярно магнитному полю. Фарадей построил первый электромагнитный генератор, названный диском Фарадея. Это был униполярный генератор с медным диском, вращающимся между полюсов подковообразного магнита. Такой генератор вырабатывал большое постоянное напряжение и сильный ток. По сути, динамо-машина стала первым электрогенератором, способным создавать мощности в промышленном объеме.
Итак, в основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода пронизывает магнитный поток, то при изменении полярности магнита на выводах катушки появляется электрическое напряжение, пропорциональное скорости изменения магнитного потока. И наоборот: для образования магнитного поля достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются источник переменного магнитного поля и катушка, с которой будет сниматься напряжение.
В транспортном средстве основной функцией генератора переменного тока является зарядка батареи и питание потребителей электроэнергией. В связи с этим к устройству предъявляются такие требования, как высокая устойчивость к воздействию вибраций, температур, влажности и загрязнений. Современный генератор должен обладать высокой удельной мощностью и эффективностью, иметь номинальное напряжение 14 V, 28 V или для специальных приложений – 48 V и 56 V. Номинальный ток автомобильных генераторов колеблется в пределах 45–300 А. Конструкция устройства должна отвечать требованию электромагнитной совместимости и некоторым другим стандартам.
Основные компоненты генератора: корпус; защитный кожух; передний и задний подшипники; ременной шкив; дистанционная шайба; вал; крыльчатка; выпрямитель, диоды питания, обмотка возбуждения; регулятор напряжения, щетки; ротор и статор.
Трехфазная обмотка статора (соединение может быль в форме звезды или треугольника) подключена к трехфазному мостовому выпрямителю с силовыми диодами. В генераторах с меньшим диаметром статора возбуждение переменного тока происходит быстрее и начинается примерно с 1200 об/мин при меньшей выходной мощности. В генераторах с большим диаметром статора возбуждение генератора переменного тока начинается приблизительно с 1500 об/мин с более высокой выходной мощностью.
В связи с электромагнитными потерями и электрическим сопротивлением помимо электроэнергии в генераторе образуется тепловая энергия, поэтому в зависимости от конструктивного исполнения на валу ротора монтируется один или два вентилятора, отводящих тепло. Крыльчатка может находиться как внутри корпуса, так и снаружи. Генераторы могут иметь также водяное охлаждение.
Конструкционно генераторы делятся на классические и более современные компактные. Компактный генератор с двумя внутренними крыльчатками издает меньше шума и имеет большую частоту вращения. Вместе с тем классическое устройство с внешним вентилятором может работать в жестких условиях окружающей среды. Регулятор напряжения может быть монофункциональным, мультифункциональным и работающим по LIN-протоколу.
К неисправности генератора иногда приводит замыкание плюсовой клеммы аккумулятора на массу кузова. Представляет угрозу и ускоренная зарядка аккумулятора большими токами или скачки напряжения, вызванные, например, сварочными работами на автомобиле с неотключенным аккумулятором.
Выход генератора из строя может спровоцировать грязь, снижающая эффективность охлаждения устройства, или влага, вызывающая коррозию. Если масло, топливо или охлаждающая жидкость попадает в генератор, это может привести к повышенному износу щеток, статора и коллектора. Не терпит генератор и сильных ударов или падений, при которых может выйти из строя регулятор напряжения. Поломку генератора также вызывает продолжительная работа в условиях избыточной механической или температурной нагрузки.
При подборе генератора на замену мастеру необходимо ориентироваться на номера по каталогу, принимая во внимание направление вращения, номинальное напряжение, номинальный производимый ток. Также следует изучить устройство крепежа, тип ременного шкива, электрические разъемы и прочие особенности. При выборе генератора нужно обращать внимание на защиту от высоких температур, на возможность заряда батареи при низких оборотах двигателя, на гарантийное обеспечение, на техническую и информационную поддержку, которую обычно обеспечивает надежный производитель.
Перед заменой генератора необходимо проверить состояние и уровень заряда АКБ, подключение клемм аккумулятора, надежность крепления электрических разъемов и отсутствие на них коррозии, целостность проводки электросистемы, надежность болтовых соединений, степень натяжения приводного ремня и его состояние. В местах электрических контактов не должно быть следов окисления, а на приводном ремне, шкивах и роликах не должно быть механических повреждений, следов воздействия топлива или смазочных материалов. Нелишне будет проверить все агрегаты, приводимые ремнем генератора, на отсутствие заеданий во вращении или на предмет повреждения подшипников. Мастер также должен иметь в виду, что в системе зарядки, известной как Smart Charge, которой оснащены такие автомобили, как Ford Mondeo, Transit и Focus, генератор установлен вместе с блоком управления, рассчитывающим требуемую выходную мощность генератора. Кроме того, блок управления контролирует энергопотребление.
Некоторые модели генераторов имеют специальную клемму или разъем S для подключения датчика температуры АКБ. Благодаря такому датчику регулируется зарядное напряжение и не допускается перегрев батареи. При этом если датчик будет подключен неправильно, генератор не будет заряжать аккумулятор. Иногда такая ситуация приводит мастеров к ошибочному выводу о том, что установленный новый генератор не работает. Поэтому при демонтаже генератора специалисты советуют воспользоваться памяткой, промаркировать места подключения и кабели, чтобы избежать путаницы и не забыть о каком-либо из подключений.
Монтируя новый генератор, необходимо пользоваться динамометрическим инструментом, чтобы не затянуть гайку ременного шкива с чрезмерным усилием или не оставить ее недотянутой. В монтаже недопустимо использование ударного гайковерта.
Наиболее частые ошибки в монтаже генератора таковы: неотключение аккумулятора, приводящее к короткому замыканию; обратное подключение, ведущее к повреждению диодов обмотки возбуждения и регулятора напряжения при эксплуатации автомобиля; отсоединение аккумулятора при запущенном двигателе, приводящее к избыточному току на диодах обмотки возбуждения с их повреждением или разрушением.
Если мастер соблюдает обозначенные выше правила подбора и монтажа, он сможет избежать проблем в работе с генераторами, тем более что современные устройства, производимые именитыми компаниями, достаточно надежны и долговечны.
Фотоматериал сгенерирован ИИ