От чего зависит напряжение генератора
Перейти к содержимому

От чего зависит напряжение генератора

  • автор:

Расчет трехфазного генератора на постоянных магнитах

Напряжение и ток от генератора зависит от множества факторов, таких как обороты генератора, мощность магнитов, скорость движения магнитов на роторе, количество витков в обмотках участвующих в выработке электричества за единицу времени и др. Основным показателем в выработке напряжения является линейная скорость движения магнитов, которая зависит от оборотов генератора и длинны окружности по которой эти магниты вращаются.

Напряжение генератора переменного тока прямо пропорционально скорости движения магнитов, и соответственно оборотом генератора. То-есть если обороты увеличились в два раза, то и напряжение соответственно увеличится в два раза.

Чтобы вычислить напряжение генератора на определенных оборотах нужно магнитную индукцию магнитов (Тл) умножить на активную длину проводника (м), и умножить на скорость движения магнитов (м/с). Формула расчета выглядит так.

 формула расчета напряжения генератора

E=B·V·L где: Е-напряжение генератора (V). B-магнитная индукция (Тл). V-скорость движения магнитов (м/с). L-активная длина проводника (м).

Формула очень простая, скорость магнитов вычислить легко, достаточно вычислить длину окружности и умножить на количество оборотов генератора. Активная длинна проводника это та часть которую перекрывают магниты. А вот индукцию магнитов можно только измерить или вычислить путем прокрутки готового генератора. Если индукция магнитов не известна то ее можно брать равной 0,8Тл. Это значение справедливо для аксиальных генераторов где расстояние между магнитами равно толщине самих магнитов. У генераторов с железными статорами не все так однозначно, но тоже при использовании разумной толщины магнитов (3-5мм) индукция в зазоре будет примерно 0,8Тл.

Пример расчета генератора

Например у нас планируется изготовление трехфазного аксиального генератора на постоянных магнитах. Магниты 40*20*5мм., количество магнитов по 12 на диске. Катушек у нас 18, в каждой катушке по 70 витков, намотанных проводом 1мм. Диаметр ротора 27см.

Так-как высота магнитов 40мм, то значит и активная длинна в катушках 40мм или 0,04м. За один оборот генератора магниты продавливают расстояние (L=2πr) 27/2*3,14=84,78см. Получается за один оборот магниты преодолеют 0,84м. Возьмем формулу выше E=B·V·L и подставим значения.

0,8*0,84*0,04=0,02V, это означает что при скорости вращения 1об/с или 60об/м напряжение одного витка катушки составит 0,02 вольта.

Чтобы узнать напряжение фазы генератора нужно посчитать количество витков. Из информации выше известно что в генераторе 18 катушек по 70 витков, значит в фазе 6 катушек. 6*70=420витков. теперь 420*0,02=8,4вольта. Таким образом мы знаем что напряжение фазы при 60об/м равно 8,4вольта. Если фазы генератора соединить в звезду то напряжение поднимется в 1,7раза, это значит 8,4*1,7=12,28вольта. Вот так вычисляется напряжение генератора. Так-как напряжение генератора пропорционально скорости движения магнитов, то при 60об/м=12,2вольта, при 120об/м=24,4вольта, при 180об/м=36,6вольта, и так далее.

Еще момент: Но если на бумаге начертить схему расположения магнитов и катушек в этом генераторе, то будет видно что магниты перекрывают лишь половину катушек фазы, это значит что не все сразу витки катушек фаз участвуют в выработке энергии. И это надо учитывать, выше написано что в фазе 420 витков, но только половина из них перекрывается магнитами значит всего 210витков будет вырабатывать напряжение. А это получается 420/2=210*0,02=4,2вольта при 60об/м с фазы, если фазы соединить в звезду, то 4,2*1,7=7,14 вольта. Площадь магнитов тоже не маловажный фактор.

Как вычислить силу тока генератора.

Зная напряжение генератора и сопротивление его катушек можно легко вычислить силу тока. Но сопротивление нам не известно, его можно вычислить исходя из длинны проводника и толщины провода. Чтобы вычислить силу тока на аккумулятор 12 вольт нужно от напряжения генератора отнять напряжение аккумулятора и полученную сумму разделить на общее сопротивление генератора+аккумулятора.

формула расчета тока генератора

Формула расчета силы тока выглядит так, Ug-Ua=U/(R+r)=I, где Ug-напряжение генератора без нагрузки, Ua-напряжение аккумулятора, U-разность напряжений, (R+r)-общее сопротивление всех элементов в цепи, I -сила тока.

Можно посчитать какой ток выдаст генератор на аккумулятор, но не известно сопротивление фазы. Тогда можно сопротивление вычислить. Если в генераторе катушки намотаны проводом 1мм, а средняя длинна витка в катушке 0,08м, а витков в катушках по 70. Получается 420*0,08=33,6метра. Сопротивление 1м провода толщиной 1мм равно 0,0224Ом значит 33,6*0,0224=0,75Ом. Сопротивление фазы равно 0,75Ом, чтобы узнать сопротивление всего генератора при соединении звезду нужно сопротивление умножить на 1,7 получится 0,75*1,7=1,27Ом. Теперь когда известно сопротивление можно посчитать ток генератора.

сопротивление медного провода таблица

Например нам надо узнать какой ток генератор выдаст на аккумулятор 14 вольт при 300об/м. Тогда от напряжения генератора 44,4вольта (7,4*6) нужно отнять напряжение аккумулятора 14 вольт и разделить на сопротивление генератора 44,4-14=30.4/1,27=23А. Получается что ток на аккумулятор составит 23А.

Но в реальности ток будет меньше потому что не учтено сопротивление аккумулятора, оно хоть и небольшое, но присутствует. Так-же сопротивление соединяющих проводов, например если провода 20 метров и он тонкий то это существенное сопротивление. Так-же есть еще активное и реактивное сопротивление генератора, которое может быть достаточно большим и значимым.

Из-за активного и реактивного генератора падает общий КПД самого генератора, так-как на внутреннем сопротивлении теряется мощность ( нагрев катушек и т.п.). Поэтому в реальности сила тока будет меньше. На малых оборотах и при небольшом токе можно КПД генератора брать около 0,8мм, тогда 23*0,8=18,4Ампер.В среднем из-за разных других потерь рекомендуют брать средний КПД около 0,5, тогда в реальности будет 23*0,5=11,5Ампер, но все же основной показатель это сопротивление генератора.

В общем для примерного расчета генератора нужны всего две основные формулы, это формула расчета напряжения генератора, и формула расчета силы тока генератора.

Расчет генератора

Конечно, как я уже упоминал здесь учитывается не все моменты от которых зависит напряжение и ток генератора, но основные моменты, от которых координатно зависят характеристики генератора здесь учтены. Если вооружиться этими двумя формулами и проверить готовые генераторы, все параметры которых известны, то результаты будут очень близки к реальным генераторам. Перед написанием статьи я проверил так-же и свои генераторы, если брать КПД 50% то данные практически совпадают, разброс на разных оборотах 10-20%.

Если возникли вопросы, или вы заметили неточности, то оставляйте комментарии под этой статьей.

  • Аккумуляторы MNB-battery (AGM, GEL)
  • Инверторы CyberPower (ИБП)
  • Солнечные батареи SOLMEA
  • tdvolt.ru — источники бесперебойного питания
  • ИБП CyberPower

От чего зависит ток и напряжение генератора

Генератор — необходимое устройство, которое применяется как в быту, так и на предприятиях для обеспечения энергией зданий и сооружений в случаях отключения основной электроэнергии. Генераторы бывают дизельные, бензиновые, газовые. Основное их отличие в топливе, которое они используют для своей работы. Давайте рассмотрим систему работы генератора на примере дизельного устройства и поймем, от чего зависит ток и напряжение в нем.

Принцип работы дизельного генератора

Фото дизельного генератора в открытом исполнении

Генератор превращает механическую энергию в электрическую. Для того, чтобы электроэнергия появилась, необходимо вращать устройство двигателем. Обмотки вращаются вокруг магнита или самих себя, образуя электрическую силу, которая дает ток на выходе генератора. Любой генератор работает по принципу магнитной индукции, который предполагает появление электроэнергии в проводнике, который движется в магнитном поле. В процессе движения на концах провода возникает разность потенциалов, которая заставляет двигаться заряженные частички, создавая течение тока.

Устройство генератора

Фото дизельного генератора в открытом исполнении

Для работы генератора необходимы:

  • двигатель, который приводит его в действие;
  • регулятор напряжения для стабильности напряжения, вырабатываемого устройством;
  • система охлаждения;
  • система смазки;
  • зарядное устройство для аккумулятора и панель управления;
  • глушитель шума.

Устройство двигателя

Чертеж устройства двигателя

Двигатель — производит механическую энергию, которую преобразовывает, генератор. От мощности двигателя зависит мощность всей установки.

Если мощность двигателя небольшая, для его работы выгодно использовать бензин. Если же от генератора необходима высокая мощность, то для его запуска используют дизель или газ.

Любой генератор способен работать без заправки — 7 часов.

Напоминаем, на нашем сайте можно купить дизельные, бензиновые и газовые генераторы различного типа, мощности и назначения.

инфа по генераторам и регуляторам напряжения

Электросеть автомобиля содержит два на первый взгляд независимых источника энергии – аккумулятор и генератор. Независимыми они только кажутся. В реальности, друг без друга они будут чувствовать себя весьма одинокими и брошенными, что может загнать обоих в глубокую депрессию. Так уж повелось, что на большинстве легковых автомобилей применяются генераторы, которые не могут начать работать без первоначального толчка со стороны аккумулятора. Потом, в процессе работы они самостоятельны, но в самом начале им нужна помощь. Ну, а без генератора аккумулятору придется несладко, ведь разнообразные потребители в автомобиле высосут его максимум за пару часов. Если второе утверждение не вызывает сомнений и ясно более менее всем, то первое (про то, что генератор не может жить без аккумулятора) достаточно многие не помнят либо не знают.
Правда, утверждение касается только современных генераторов переменного тока. Родной для 21-й Волги генератор постоянного тока способен запуститься (и запускается) самостоятельно. Но только тогда, когда он относительно недавно (ну, хотя бы пару лет назад) работал. Запускается он за счет остаточного магнетизма, оставшегося в нем с момента последней работы. Если генератор не работал лет десять, то магнетизма может и не остаться, тогда придется танцевать с бубном, чтобы заставить его работать. Так что не мучайте автомобиль толканием по гаражному кооперативу без аккумулятора, если у вас стоит генератор переменного тока – все равно не запустится. А вот с родным постоянником может и запуститься. Если удастся растолкать машину до такой скорости…Так вот, что же собой представляет такая электрическая машина, как генератор. (Сейчас речь пойдет именно об автомобильных генераторах, и именно о генераторах переменного и постоянного тока. Я не буду рассказывать о генераторах с постоянными магнитами.) А представляет она две группы обмоток – статорная и роторная. Статорная намотана на корпусе генератора, а роторная – на якоре (центральном валу, на которой насажен шкив). Когда-то давно, в школе нам всем рассказывали про проводники, движущиеся в магнитном поле. Если кратко, то при этом процессе в проводнике будет возникать напряжение. Вернее, ЭДС, но не будем вдаваться в подробности. Причем, двигаться может как сам проводник относительно магнитного поля, так и магнитное поле относительно проводника. Важен только сам факт взаимного перемещения. Напряжение, которое образовывается в проводнике, зависит от двух факторов – силы магнитного поля и скорости движения.
Все просто… Казалось бы. Но где в нашем генераторе магнитное поле? Проводник – вот он, а магниты где? Ведь мы условились, что у нас генератор без магнитов. А вот один из проводников и является магнитом! Только электромагнитом, но это абсолютно не важно. В зависимости от типа генератора электромагнитом является либо статор (генераторы постоянного тока), либо ротор (генераторы переменно тока). При этом, энергия, необходимая для формирования магнитного поля, в разы меньшая, чем энергия, которую способен отдать генератор потребителям (обычно их соотношение приблизительно 1 к 20). На этом принципе и построены все автомобильные генераторы – мы ценой малой мощности создаем магнитное поле, а в результате получаем большую мощность, которую можем расходовать по своему усмотрению. Именно поэтому в самом начале необходимо подать на генератор напряжение извне (либо не надо, если у вас генератор постоянного тока и не иссяк остаточный магнетизм), после чего он будет поддерживать себя самостоятельно. Напряжение на выходе генератора зависит (упрощенно) от двух факторов – частоты вращения и магнитной силы, создаваемой электромагнитом. В генераторной терминологии этот электромагнит называют обмоткой возбуждения.
С точки зрения физики, как бы, и не важно где у нас электромагнит, а с точки зрения практической реализации… А сточки зрения практики – не совсем. Дело в том, «рабочий» ток у нас снимается с обмотки, «противоположной» обмотке возбуждения. Т.е. в генераторах постоянного тока «рабочий» ток снимается с ротора, а в переменниках – со статора. Все бы ничего, но на ротор что-то подать либо снять с него возможно только с помощью щеток (по крайней мере, мы пока так будем думать). Большие токи с помощью щеток снять весьма проблематично – они начинают подгорать, искрить, изнашиваются. Именно поэтому давно отказались от генераторов постоянного тока и перешли на переменники – им на ротор через щетки необходимо подать лишь ток для возбуждения, который исчисляется единицами ампер, а не десятками или сотнями, которые снимаются с генератора в результате.
В чем еще разница в генераторах постоянного и переменного тока? В названии. Исходя из него, один генерирует переменный ток, а второй постоянный. Запомните, это НЕ ЗНАЧИТ, что ток первого можно изменять, а ток второго нельзя. Разница в ФОРМЕ генерируемого тока. На пальцах:
У генераторов постоянного тока обмотка возбуждения стоит на месте, точно так же, как и щетки. Их взаимное положение всегда одинаковое, а значит с одной стороны всегда плюс, а с другой всегда минус.
У генератора переменного тока все хуже. У него обмотка возбуждения все время вращается (напомню, она на роторе), в результате плюс и минус на выходе генератора все время меняются местами. Т.е., там вообще нет понятия плюс и минус – плюс то там, то здесь. Как Фигаро…
Отсюда и основное ограничение, которое долгое время не позволяло использовать генераторы переменного тока в автомобилях – поверьте, аккумулятор не сильно обрадуется, если к нему подключат генератор, плюс и минус которого постоянно будет меняться местами. Чтобы успокоить генератор, дабы он не нервировал аккумулятор и других потребителей, применяют диоды. Диод – это клапан для электричества. Он «пропускает» плюс, а минус блокирует. В итоге на выходе генератора получается не «+ — + -», а «+ 0 + 0». Для того чтобы убрать этот самый ноль в промежутках между плюсами используют хитрое включение нескольких диодов – диодный мостик, а так же несколько выходных (статорных) обмоток, смещенных друг относительно друга. В итоге имеем череду плюсов, которые еще и накладываются друг на друга, а такое положение дел аккумулятор абсолютно не нервирует. Этот процесс называется выпрямлением переменного тока (а диодный мостик называют выпрямителем). Так вот пока полупроводниковая техника не развилась до достаточного уровня, выпрямлять было некому (механические выпрямители не в счет, они еще хуже подгорающих щеток). Потому и мучались с генераторами постоянного тока.
Теперь вернемся к управлению этими электрическими машинами. Управляются они одинаково – током в обмотке возбуждения. Почему ими вообще нужно управлять? Я выше писал, что выходное напряжение генератора зависит от частоты вращения ротора и тока через обмотку возбуждения. Так как частота вращения все время меняется (двигатель-то работает), приходится подстраивать ток в обмотке возбуждения. Этим и занимается регулятор напряжения. Если подключить обмотку возбуждения непосредственно к выходу генератора (без регулятора напряжения), то генератор войдет в состояние самовозбуждения. Тогда выходное напряжение будет зависеть только от частоты вращения генератора. Чем выше обороты, тем выше выходное напряжение. Генератор переменного тока в таком режиме способен выдавать более 20 вольт в бортовую сеть при максимальных оборотах двигателя. Естественно, ни к чему хорошему это не приведет. Но, когда обороты двигателя близки к холостым, то выходное напряжение не будет сильно выходить за пределы допустимого. Поэтому таким способом иногда проверяют работоспособность генератора, но делать это надо с умом. Но об этом позже.
Если говорить о генераторах переменного тока, то регуляторы напряжения бывают выносными (отдельная коробочка), и встроенными в генератор. Выносные делятся на те, которые стоят в разрыв плюсового отвода обмотки возбуждения, и те, которые стоят в разрыв минусового отвода обмотки возбуждения. Обращаю внимание еще раз – регулятор напряжения работает только с обмоткой возбуждения, а не с основной обмоткой. Если копать глубже, то регуляторы, встроенные в генератор тоже управляют либо плюсом, либо минусом но так глубоко копать не обязательно. Достаточно знать, что они адаптированы под конкретный генератор, и по-другому их поставить просто не получится. Имейте в виду, что типы регуляторов («плюсовой» и «минусовый», а не внешний/встроенный) без доработок не взаимозаменяемые, но внутри типов можно попробовать поменять. Не гарантировано, что регулятор будет работать наилучшим образом, так как, все-таки, пара генератор-регулятор рассчитывается, но как-то работать будет. Если регулятор правильного типа, то степень совместимости с генератором определяется экспериментальным путем. В основном, все работает нормально.
Чем отличается управление по плюсу от управления по минусу?
Кардинально – ничем. А так схемотехникой регулятора и тем, куда подключены щетки генератора. Если регулятор стоит в разрыв плюсового провода, то одна щетка генератора подключается к нему, а вторая на «массу». По такому принципу работают очень многие генераторы, в том числе и жигулевские. Менее распространенным (для выносных регуляторов) является регулирование в разрыв минуса. В этом случае одна щетка подключается к плюсу, а вторая к регулятору. По такому принципу работают генераторы ГАЗ-24, некоторых Газелей и, может быть, еще чего-то. Принцип менее удобен тем, что к генератору приходится тянуть на один провод больше. Так как регуляторы это активные устройства, то к каждому типу регуляторов должен быть подведено собственное питание и масса. В случае регуляторов, которые ставятся в разрыв плюса, плюс к ним уже подведен. В случае регуляторов, стоящих в разрыв минуса, плюс необходимо подвести отдельно. В обоих случаях, точно так же, как и в случае встроенного регулятора, плюс подводится после замка зажигания, потому что возбуждаться генератор должен только тогда, когда работает двигатель. Массой для регулятора обычно служит собственный металлический корпус. ВАЖНО обеспечить надежный электрический контакт корпуса регулятора с массой автомобиля. В противном случае качественного регулирования нечего и ждать – у вас в бортовой сети может получиться и 15 вольт, и 18, и все 20… Хотя, все исправно, просто, контакт плохой.
«Минусовой» регулятор можно заменить на «плюсовой» достаточно легко. Для этого щетку, которая шла на плюс, подключить к массе. Ну, и заменить сам регулятор. Все… Этого достаточно. Наоборот перейти сложнее, так как, в основном, у генераторов, которые управлялись плюсом, вторая щетка жестко связана с массой, и придется полностью менять щеточный узел на подходящий.
Если же вспомнить о родном генераторе постоянного тока, то тут не все так просто. Им управляет гордая коробка под названием «реле регулятор».
Физически, она выполняет три функции: регулирует напряжение на выходе генератора, ограничивает ток, снимаемый с генератора, и не пускает ток из аккумулятора в генератор при выключенном двигателе. Для генераторов переменного тока ограничивать максимальный ток и не допускать обратного тока не надо – это функция заложена в саму конструкцию генератора. А вот для постоянников надо.
Регулятор напряжения работает тоже немного по иному принципу. Вернее, принцип тот же – регулирование тока в обмотке возбуждения, но ток берется с другого места. Он берется не с аккумулятора, а генератор сам для себя его вырабатывает. Вырабатывает с помощью остаточного магнетизма. Остаточный магнетизм – это та магнитная сила, которая остается в железе генератора даже после снятия возбуждения. Если просто, то можно сравнить с железкой, магнитом и скрепками. Если железка долго лежала на магните, то она некоторое время сама может магнитить скрепки. Потом перестает… Так же и с генераторами. Пока генератор еще магнитит, то он в состоянии запустить сам себя. Если вы завели двигатель, после лет эдак 10 простоя и зарядка не появилась – не переживайте. При запущенном и набравшем среднее обороты двигателе, попробуйте проводком объединить клеммы «Б» и «Ш» регулятора (Объединить это не значит закрутить под винт. Это значит просто коснуться). На обмотке возбуждения появится напряжение с аккумулятора, генератор намагнитится и процесс пойдет лавинообразно. За пару мгновений генератор выйдет на нормальный режим работы. Проводок после этого, естественно, следует убрать. Более того, убирать проводок следует до того, как вы заглушите двигатель.
К сожалению, современной замены для реле-регулятора нет.
Как работают регуляторы напряжения?
Все они работают приблизительно по одному принципу. Как регуляторы для переменников, так и регуляторы для постоянников. Все они смотрят напряжение, которое выдает генератор, и сравнивают его с эталонным. И, согласно результатам сравнения, изменяют ток в обмотке возбуждения генератора.
При этом все регуляторы, которые я видел, регулируют ток дискретно. Что такое дискретно? Импульсно, если хотите… Вибрационно, в конце концов. Смысл в том, что они не могут «включить половину тока». Они либо включают обмотку возбуждения в сеть, либо выключают ее из сети. Точно так же, как мы не можем включить, к примеру, фары наполовину. Либо включены, либо выключены. Так как же они могут работать?
Дело в том, что генератор реагирует на включение и включение регулятора не моментально. Ему надо, как бы, раскачаться, понять, что им начали управлять. Этим и пользуется регулятор. Он не поддерживает точное значение напряжения, он имеет некоторый «коридор» напряжения, в котором он работает. Регулятор включает обмотку возбуждения, и напряжение на выходе генератора начинает возрастать. Когда оно достигнет верхней границы коридора, регулятор выключит обмотку. Напряжение начнет спадать. Когда оно упадет до нижней границы коридора, то регулятор снова включит обмотку возбуждения. И так происходит на протяжении всего времени работы генератора… Чем больше нагрузка на генератор, тем большее время обмотка возбуждения включена. И наоборот, чем больше обороты якоря генератора, тем меньшее время будет включена обмотка. На картинке n2 (число оборотов якоря) больше n1.
Коридор достаточно небольшой – обычно в пределах десятых вольта, так что бортовое оборудование такого колебания напряжения попросту не замечает. Тем более, такие включения/выключения происходят с очень большой частотой – от десятков включений в секунду до тысяч.
В современных регуляторах таким действием занимается транзисторная схема. В родном для 21-й Волге реле-регуляторе – специально обученное реле. Но принцип един для всех. Единственное, чем отличается реле-регулятор – из-за того, что реле не в состоянии очень часто переключать контакты, то обмотка возбуждения отключается не полностью, а в цепь ее питания вводится дополнительное сопротивление. Из-за этого пила на картинке получается более растянутая во времени.
Важное замечание – ВСЕ регуляторы напряжения меряют напряжение не где-то там, а в месте их подключения. В случае выносных регуляторов напряжения, он будет поддерживаться напряжение в той точке электросети, к которой вы подключили питающий провод. Если вы его подключили к клемме катушки зажигания, то гарантированно только в этой точке будет нужное напряжение. Про остальные точки бортовой сети регулятор просто не знает. Это же утверждение справедливо для «шоколадок» Я112 (о них буде рассказано ниже). А вот импортные регуляторы, встроенные в генератор, а так же родной для 21-й Волги РР-24 контролируют напряжение именно на выходе генератора.
Впрочем, если у вас сильно различаются напряжение на выходе генератора и напряжение, к примеру, на аккумуляторе или фарах, то считается, что проводка автомобиля неисправна. И генератор с регулятором напряжения тут, как бы, и не при чем.
Некоторые регуляторы напряжения имеют переключатель «Зима-Лето» (либо два входных разъема с аналогичными надписями). Это, всего лишь, две настройки поддерживаемого в бортовой сети напряжения. Из-за того, что зимой холодный аккумулятор заряжается намного хуже, то напряжение настройки регулятора поднимают до 15 вольт. Летом же, такое напряжение не нужно и даже вредно, поэтому и создан данный переключатель.
Следует отметить, что данный переключатель присутствует, в основном, на относительно старых регуляторах. Новые регуляторы достаточно часто обладают встроенной термокомпенсацией, и автоматически поднимают поддерживаемое напряжение при низкой температуре.
Как подключать генератор переменного тока в бортовую сеть?
Сначала надо обеспечить надежный контакт корпуса генератора с массой автомобиля. Для этого проверить наличие и состояние «косички» от двигателя к кузову автомобиля.
Потом толстым проводом (4 и более мм2) соедините выходную плюсовую клемму генератора с проводом, который шел на клемму «Б» оригинального реле-регулятора. Можете и само реле-регулятор не снимать, а просто использовать его клемму «Б» для коммутации проводов, чтобы скруток не плодить. Только отключите оставшиеся две клеммы… Если, все же, решили делать скрутку, то обязательно пропаяйте ее, иначе через пару лет скрутка окислится, и будет греться. А вы будете гадать, почему плохо светят фары. Далее, заводской провод от клеммы «Б» идет на клемму амперметра (этого уже сделано с завода, я просто объясняю куда дальше идет провод). Если вы установили генератор на 60 и более ампер, то желательно взамен заводского протянуть новый провод сечением 6 и более мм2. Вторая клемма амперметра с завода должна быть подключена к аккумулятору через болт на стартере. Генератор и аккумулятор в автомобиле, по сути, тяни-толкаи. Как только один из них оказывается «слабее» второго, то второй начинает пихать ток в сторону первого. Так вот амперметр, как раз, и показывает кто кого толкает в данный момент. Весьма полезный прибор, кстати… Не рекомендую его выбрасывать.
В принципе, все… Силовые цепи подключены. Как подключить обмотку возбуждения смотрим ниже.
Как подключить выносной регулятор напряжения?
Для ответа на этот вопрос надо знать, куда должен ставиться этот регулятор – в разрыв минуса или плюса. Для приблизительной оценки можно составить следующий список:
Регулятор напряжения «от старой газели». Он же от 2410, некоторых 3110, ГАЗ-53, ГАЗ-54 и РАФиков. Номер 13.3702-01. Бывает как в металлическом корпусе, так и пластиковом. Бывает с двумя разъемами зима-лето (131.3702-01)
Обратите внимание – у щеточного узла ДВА контакта. Две щетки, и два контакта. Со щеточным узлом с одним контактом НЕ СОВМЕСТИМ.
Этот регулятор ставится в разрыв МИНУСА. У него две клеммы – «Ш» и «+». Клеммы почти всегда подписаны, но обычно «+» ближе к креплению, а «Ш» ближе к передней кромке регулятора. Подключение на картинке.Выключатель 5 это замок зажигания. Проще всего и ближе всего плюс забрать с катушки зажигания, с клеммы Б-ВК. Отсюда тянем проводок на клемму «+» регулятора, и отсюда же тянем провод к одной из клемм щеточного узла. К любой – в этом случае не надо. Оставшуюся свободную клемму щеточного узла подключаем к клемме «Ш» регулятора. Регулятор привинчиваем к массе автомобиля, обеспечив надежный электрический контакт оной металлической подложкой регулятора.
Все, генератор готов к работе.
Регулятор напряжения «жигулевский». Номер 121.3702. Бывают черные, бывают белые с дополнительной лампочкой наличия зарядки, бывают двойные (два регулятора в одном корпусе, если сгорел один, можно переключиться на другой).Обратите внимание, что щеточный узел по креплению точно такой же, как и двухконтактный, но одна из щеток жестко привязана к корпусу генератора через болт крепления. Но если у вас двухконтактный щеточный узел, то, регулятор будет работать и с ним, если одну из щеток подключить к массе. Так что, в этом плане, данный регулятор всеяден.
Регулятор ставится в разрыв ПЛЮСА. Имеет клеммы «15», «67», а подложка иногда подписана «31», так как тоже является клеммой. Клемма «15» это плюс. Его забираем, как и в предыдущем случае, с клеммы «Б-ВК» катушки зажигания. Клемму «67» соединяем с клеммой щеточного узла (единственной, либо не подключенной к массе). Так же, как и в предыдущем случае обеспечиваем надежный контакт подложки регулятора с массой автомобиля.Как подключить встроенный регулятор напряжения?
Пример встроенного регулятора напряжения – так называемые «шоколадки». Применяются на генераторах от Газелей, УАЗов и Волг… Москвичи еще с такими ездили… Шоколадка выглядит вот так:
Это Я112А1, но бывают Я112 с индексом «Б» вместо «А». Они условно совместимы между собой – у Я112Б задействованы все контакты и придется немного переделать щеткодержатель. Так что лучше покупать тот регулятор, который стоял в держателе до замены – меньше лишней работы.
Шоколадка устанавливается в специализированный щеткодержатель. Его характерной чертой является крестик сверху:
Для замены регулятора надо открутить два винта крепления самого щеткодержателя, перевернуть его, открутить два стягивающих его винта, и снять верхнюю крышку. Тогда представится возможным заменить саму шоколадку.
Как видим, щеткодержатель имеет одну клемму. Эту клемму необходимо соединить с клеммой «ВК-Б» катушки зажигания, и тогда генератор заработает.
Пожалуйста, не пытаетесь к этому щеточному узлу подключить внешний регулятор напряжения – ничего хорошего из этого не выйдет. Помните – увидели крестик, значит регулятор внутри.
Второй пример встроенного регулятора – регуляторы от современных ВАЗов. Например, Я212А11.
Он является одним целым с щеточным узлом, в отличии от рассмотренного выше Я112. Но, точно так же имеет одну клемму, которая подключается к плюсу после замка зажигания. По такому же принципу построены и импортные регуляторы – они все одно целое с щетками, и подключается после замка зажигания.
После того, как генератор и регулятор напряжение подключен, ОБЯЗАТЕЛЬНО ЗАВЕДИТЕ ДВИГАТЕЛЬ И ПРОВЕРЬТЕ НАПРЯЖЕНИЕ, поддерживаемое генератором в бортовой сети, НА РАЗНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ. Вольтметром. Исправным вольтметром! Обязательно на разных режимах. Не игнорируйте это требование. Еще раз – на разных режимах (на холостых, при средних оборотах, и при больших оборотах двигателя). Я акцентирую на этом внимание потому, что при неисправном регуляторе напряжения (либо при неверном его подключении) на холостых оборотах двигателя генератор может выдавать вполне вменяемые напряжения, но на высоких оборотах напряжение улетит в 15-18 вольт, и более.
Пару слов о генераторах переменного тока с самовозбуждением.
Может случиться такая ситуация, что вам захочется поставить генератор от какого-то Форда, Опеля или, к примеру, от современных ВАЗов. Я не буду рассматривать вопрос о том, как его прикрутить к двигателю – это уже ваши проблемы. Но как его подключить я расскажу.
Силовой вывод у импортных генераторов обозначается «B+». Либо просто «B». Это аналог плюсовой клеммы на наших генераторах, и ее подключаем в бортовую сеть (к амперметру).
Я не видел импортных генераторов с выносным регулятором напряжения. В основном, регулятор совмещен со щеточным узлом и прикручен к задней крышке генератора. Из регулятора выходит только один провод, и он обозначается как «D+». Либо просто «D». Этот вывод, как и в случае нашей «шоколадки», подключаем после замка зажигания. К примеру, к все той же катушке зажигания, на клемму «Б-ВК».
Так же, у некоторых генераторов может присутствовать вывод W. Это выход для тахометра у дизельных автомобилей. Игнорируйте его.
Вроде бы все… Можете заводить автомобиль. Завели, порадовались прекрасной работе генератора, поворачиваем ключ зажигания с целью заглушить автомобиль, и… И ничего. Автомобиль нагло игнорирует ваше желание, и продолжает работать дальше. Как вы ключ не крутили – все равно работает.
Не пугайтесь, все нормально! Так и должно быть. Способов заглушить такой автомобиль два – задавить его, включив передачу, нажав на тормоз и плавно отпустив сцепление, либо снять проводок возбуждения с генератора. Как только вы снимете проводок (при выключенном замке), автомобиль тут же заглохнет. Так что же случилось?
Дело в том, что современным генераторам для работы требуется только изначальный толчок, совсем чуть-чуть тока от аккумулятора. Как только генератор наберет необходимые обороты, он становится абсолютно автономным, и ему проводок возбуждения становится ненужным. Более того, он становится настолько самостоятельным, что через этот проводок начинает питать систему зажигания автомобиля. Сам. Без нашего замка зажигания. Именно поэтому, автомобиль не глохнет – генератор поддерживает его работу.
Как объяснить генератору кто, в конце концов, главный? Очень просто. В разрыв провода возбуждения включаете лампочку от приборки. Все! Теперь вы имеете индикатор наличия зарядки. Пока генератор не запустился, лампочка горит. Как только запустился – лампочка гаснет. А ток, который пролезет сквозь лампочку не в состоянии обеспечить работу системы зажигания. Не хотите лампу? Ставьте диод, катодом (белой полоской) в сторону генератора. Либо сопротивление Ом на 50.

Запчасти

Регулятор напряжения Газ

Принцип действия генератора автомобиля

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.

Требования, предъявляемые к генератору:
— выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи;
— напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи и, ускоренному выходу ее из строя.

Принцип работы генератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы для всех автомобилей, отличаются только качеством изготовления, габаритами и расположением присоединительных узлов.

Основные части генератора

Основные части генератора:
1. Шкив – служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора посредством ремня;
2. Корпус генератора состоит из двух крышек: передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования;
3. Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками кпювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными кольцами;
4. Статор — пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора;
5. Сборка с выпрямительными диодами — объединяет шесть мощных диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы;
6. Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды;
7. Щеточный узел – съемная пластмассовая конструкция. В ней установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора;
8. Защитная крышка диодного модуля.

Рассмотрим электрическую схему соединения элементов генератора.

Электрическая схема генератора

Принципиальная электрическая схема генераторной установки:
1. Включатель зажигания;
2. Помехоподавляющий конденсатор;
3. Аккумуляторная батарея;
4. Лампа-индикатор исправности генератора;
5. Положительные диоды силового выпрямителя;
6. Отрицательные диоды силового выпрямителя;
7. Диоды обмотки возбуждения;
8. Обмотки трех фаз статора;
9. Обмотка возбуждения(ротор);
10. Щеточный узел;
11. Регулятор напряжения;
B+ Выход генератора «+»;
B- «Масса» генератора;
D+ Питание обмотки возбуждения, опорное напряжение для регулятора напряжения.

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется электрическое напряжение, пропорциональное скорости изменения магнитного потока. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются источник переменного магнитного поля и катушка, с которой непосредственно будет сниматься переменное напряжение.

Обмотка возбуждения с полюсной системой, валом и контактными кольцами образуют ротор, его важнейшую вращающуюся часть, которая и является источником переменного магнитного поля.

Ротор генератора авто

Ротор генератора
1. вал ротора;
2. полюса ротора;
3. обмотка возбуждения;
4. контактные кольца.

Полюсная система ротора имеет остаточный магнитный поток, который присутствует даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Однако его значение невелико и способно обеспечить самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому, для первоначального намагничивания ротора через его обмотку пропускают небольшой ток от аккумуляторной батареи, обычно через лампу контроля работоспособности генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, чтобы генератор мог возбудиться уже на холостых оборотах двигателя. Исходя из этих соображений, мощность контрольной лампы обычно составляет 2…3 Вт. После того, как напряжение на обмотках статора достигает рабочей величины, лампа тухнет, и питание обмотки возбуждения осуществляется от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении.

Статор генератора

Выходное напряжение снимается с обмоток статора. При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный» и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку статора, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения зависит от частоты вращения ротора генератора и числа его пар полюсов.

Статор генератора
1. обмотка статора;
2. выводы обмоток;
3. магнитопровод.

Обмотка статора трехфазная. Она состоит из трех отдельных обмоток, называемых обмотками фаз или просто фазами, намотанных по определенной технологии на магнитопровод. Напряжение и токи в обмотках смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов, как это показано на рисунке.

Осциллограмма фазовых напряжений генератора

Осциллограммы фазовых напряжений обмоток
U1, U2, U3 – напряжения обмоток;
Т – период сигнала (360 градусов);
F – фаза смещения (120 градусов).

Фазовые обмотки могут соединяться в «звезду» или «треугольник».

При соединении в «треугольник» ток в каждой из обмоток в 1,7 раза меньше тока, отдаваемого генератором. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда».

Для того, чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился непосредственно к обмотке статора и не рассеивался в пространстве, катушки помещены в пазы стальной конструкции — магнитопровода. Так как переменное магнитное поле наводится не только в катушках, но и в магнитопроводе статора, то это приводит к возникновению паразитных вихревых токов, которые ведут к потере мощности и нагревают статор. Для уменьшения проявления этого эффекта магнитопровод изготавливают из набора стальных пластин (пакета железа).

Бортовая сеть автомобиля требует подведения к ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор. Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «—» («массой»). Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод» не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.

Диодный мост

Сборка с выпрямительными диодами
1. силовые диоды;
2. дополнительные диоды;
3. теплоотвод.

Многие производители в целях защиты электронных узлов автомобиля от всплесков напряжения заменяют диоды силового моста стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25. 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.

Как было отмечено выше, напряжения на обмотках изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы — положительно, а третьей — отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам показанным на рисунке.

Направление токов в обмотках и выпрямителе генератора

Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. Рассмотрев любые другие моменты времени, легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление — от вывода «+» генераторной установки к ее выводу «—» («массе»), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток.

У значительного количества типов генераторов обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на трех диодах. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, три из них общие с силовым выпрямителем (отрицательные диоды). Ток возбуждения значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов обмотки возбуждения применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25. 35 А).

При необходимости увеличения мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя.

Схема генераторной установки с дополнительными диодами

Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды». Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками — первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, главным образом, третьей, частота которой в три раза выше, чем первой.

Реальная форма фазного напряжения в виде суммы двух гармоник

Реальная форма фазного напряжения в виде суммы двух гармоник:
1. фазное напряжение обмотки;
2. первая гармоника;
3. третья гармоника;

Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т. е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е. одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном — нет. Следовательно, мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность, добавлены диоды, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5. 15% при частоте вращения более 3000 мин-1.

Напряжение генератора без регулятора сильно зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки — тем меньше это напряжение. Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Ранее применялись вибрационные регуляторы, а затем контактно-транзисторные. Эти два типа регуляторов в настоящее время полностью вытеснены электронными.

Оформление электронных полупроводниковых регуляторов может быть различным, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.

Недостатком приведенного варианта подключения регулятора является то, что регулятор поддерживает напряжение на выводе «D+» генератора, а потребители, в том числе, аккумуляторная батарея, включены на вывод «В+». Кроме того, при таком включении регулятор не воспринимает падения напряжения в соединительных проводах между генератором и аккумуляторной батареей и не вносит корректировок в напряжение генератора, чтобы компенсировать это падение. Эти недостатки устранены в схеме, где напряжение на входную цепь регулятора подается от того узла, где его следует стабилизировать, обычно, это вывод «В+» генератора.

Некоторые регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С.

Автор: Евгений Куришко MLab.org.ua

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *