Тема 3 - WordPress.com

Тема 3. Генераторные установки
Системы электроснабжения
Автомобильные системы электроснабжения - это совокупность
оборудования, обеспечивающего производство электрической энергии
необходимого качества, распределение и передачу ее потребителям.
Основное требование к системе электроснабжения - надежное обеспечение
потребителей электрической энергией в различных условиях эксплуатации
автомобиля. Кроме того, элементы системы электроснабжения должны
отвечать
общим
требованиям,
которые
предъявляют
к
электрооборудованию автомобиля.
На автомобилях применяют системы электроснабжения постоянного
тока. В систему электроснабжения входят:
- источники электрической энергии (генератор, аккумуляторная
батарея);
- регулирующие устройства;
- элементы контроля и защиты от возможных аварийных режимов (реле и
контрольная лампа или одна контрольная лампа).
Основным
источником
электрической
энергии
в
системе
электроснабжения является генератор переменного тока с выпрямителем
(вентильный генератор), который приводится во вращение от двигателя
внутреннего сгорания посредством ременной передачи. Специальный узел
генератора - выпрямитель обеспечивает преобразование переменного тока в
постоянный. Переменный ток выпрямляется полупроводниковыми
диодами (вентилями), поэтому такие генераторы называются вентильными.
Таким образом, вентильный генератор - это генератор переменного тока, в
котором переменный ток выпрямляется полупроводниковыми диодами.
Благодаря использованию полупроводникового выпрямителя значительно
повысились надежность и удельная мощность генератора, упростилась его
конструкция по сравнению с генератором постоянного тока с механическим
выпрямителем - коллектором, уменьшилась трудоемкость технического
обслуживания в эксплуатации, расширился диапазон рабочих частот
вращения ротора генератора.
Кроме электроснабжения потребителей, входящих в систему
электрооборудования автомобиля, генератор должен обеспечивать заряд
аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные
параметры генераторной установки выбираются такими, чтобы на любых
режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд
аккумуляторной батареи. Напряжение в бортовой сети автомобиля
должно быть стабильным в широком диапазоне изменения частот
вращения ротора генератора и коленчатого вала двигателя. Последнее
требование связано с тем, что аккумуляторная батарея чувствительна к
уровню и степени стабильности напряжения. Слишком низкое
напряжение приводит к недозаряду батареи и, как следствие, к затруднениям
при осуществлении пуска двигателя. Слишком высокое напряжение
1
вызывает перезаряд батареи и ускоренный выход ее из строя. Весьма
чувствительны к уровню напряжения бортовой сети лампы приборов
освещения и сигнализации.
Генератор с регулятором напряжения образует генераторную
установку. Генераторные установки в процессе развития претерпели
существенные изменения. Коллекторные генераторы постоянного тока,
работавшие совместно с вибрационными реле-регуляторами, вытеснены
вентильными генераторами с транзисторными или тиристорными
регуляторами напряжения. Большинство генераторов в настоящее время
представляют собой устройство, в которое встроены выпрямитель (в ряде
случаев и дополнительный для питания обмоток возбуждения) и
регулятор напряжения. Существенно усложнились схемы генераторных
установок. В них появились элементы защиты от возможных аварийных
режимов.
При наличии встроенного в генератор интегрального регулятора
напряжения упрощается монтаж генераторной установки на автомобиле,
снижается трудоемкость технического обслуживания, уменьшается
расход монтажных проводов, снижается вероятность возникновения
аварийных режимов из-за коротких замыканий в проводах и ошибок при
монтаже.
Генераторная установка способна выдерживать повышенные вибрации
двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной
среды, грязи и других факторов.
Режим работы потребителей электроэнергии на автомобиле
характеризуется широким диапазоном изменения нагрузки и ее
случайным характером. Скоростной режим работы генератора,
приводимого во вращение от двигателя автомобиля, также имеет
случайный характер. При этом даже при частоте вращения коленчатого
вала двигателя в режиме холостого хода генератор должен развивать
мощность, достаточную для электроснабжения системы зажигания,
контрольно-измерительных приборов, габаритных огней и фонарей
освещения номерного знака. Параллельная работа генератора с
аккумуляторной батареей связана со случайным характером распределения
нагрузки между ними. Аккумуляторная батарея на автомобиле выполняет
функции как источника, так и потребителя электрической энергии.
Распределение нагрузки между генератором и аккумуляторной батареей
зависит от многих факторов, основными из которых являются скоростной
режим и зависимость от частоты вращения ротора генератора силы отдаваемого
тока, уровень регулируемого напряжения, состояние аккумуляторной батареи,
температура окружающей среды.
Климатическое исполнение генераторной установки требует определенных
условий эксплуатации. Максимальная температура среды в моторном отделении,
где располагается генераторная установка, должна соответствовать
температурному ряду: 70, 80, 90 и 100 °С. При этом значение той
температуры из этого ряда, на которую рассчитаны элементы генераторной
2
установки, указывается в их технической документации.
Минимальная температура в моторном отделении не должна быть ниже - 40
°С для генераторных установок, предназначенных для эксплуатации в зонах
умеренного или холодного климата, и -20 °С для генераторных установок
тропического исполнения. Кроме того, пребывание элементов генераторной
установки в нерабочем состоянии при температуре - 60 °С (умеренный и
холодный климат) и - 45 °С (тропическое исполнение) не должно выводить
генераторную установку из строя.
Генераторная установка не должна терять работоспособность при
относительной влажности воздуха (95±3) %, температуре (40±2) °С и
снижения атмосферного давления до 56,5 кПа (460 мм рт.ст.). Снижение
атмосферного давления влияет в основном на производительность вентилятора
генератора. Чем ниже атмосферное давление, тем менее интенсивно
прокачивается охлаждающий воздух через генератор и тем выше температура
его узлов.
Насыщенность современных генераторных установок электронными
компонентами выдвигает дополнительные требования по сохранению их
работоспособности в условиях электромагнитных воздействий, в частности
импульсных напряжений бортовой сети, которые возникают как в нормальном,
так и аномальном режимах работы генератора.
При применении электронных устройств особые требования предъявляются
к характеру изменения выходного напряжения генераторной установки.
Импульсное напряжение возникает в системе электроснабжения как при
нормальных режимах работы в результате действия переключающих устройств
(диодов выпрямителя и транзисторов регулятора напряжения), так и в
аварийных режимах, например при внезапном отключении аккумуляторной
батареи. Кратковременные импульсы напряжения в системе электроснабжения не
должны превышать 150 В, которые могут выдерживать полупроводниковые
элементы генераторной установки.
Система генерирования электрической энергии в первую очередь
характеризуется установленной мощностью генератора.
На современных легковых автомобилях среднего класса и грузовых
автомобилях преобладают генераторные установки, рассчитанные на
максимальную силу тока 50-70 А, а на автомобилях высшего класса -до 90100 А, т.е. максимальная мощность, отдаваемая потребителям, достигает 1,41,5 кВт. При таких мощностях становится важным обеспечить высокий КПД
генераторной установки. Мощность, забираемая генераторной установкой от
автомобильного двигателя при максимальной частоте вращения коленчатого
вала, приближается к 4,5 кВт. В этом случае расход топлива на привод
генератора может составлять 6 % общего расхода, причем 75 % этого
расхода топлива теряется на нагрев узлов генераторной установки.
Рост установленной мощности генератора обусловлен как повышением
мощности и числа потребителей электрической энергии, так и увеличением
функций, выполнение которых связано с использованием электрической
энергии.
3
Надежность функционирования системы электроснабжения в значительной
степени предопределяет безопасность движения автомобиля. Система
электроснабжения должна выполнять заданные функции, сохраняя требуемые
эксплуатационные показатели в необходимых пределах при заданных режимах и
условиях работы в течение требуемого периода времени.
Параметрами, характеризующими генераторную установку, являются
также номинальное напряжение генератора, уровень и диапазон изменения
регулируемого напряжения, качество электрической энергии, диапазон частот
вращения ротора генератора и передаточное число привода генератора.
Отдачу электрической энергии генератором даже при минимальной
частоте вращения ротора, соответствующей минимальной частоте
вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода, можно
обеспечить путем увеличения передаточного числа ременной передачи
привода генератора. Однако при передаточном числе, большем 3, снижается
срок службы ремней и увеличиваются механические нагрузки на
вращающиеся узлы и детали генератора и на подшипники.
Отдача электрической энергии генератора зависит от дорожных
условий, грузопотока автомобилей, времени суток и года. Частота
вращения коленчатого вала двигателя и связанного с ним ременной
передачей генератора изменяется в зависимости от режима движения. В
черте города скорость автомобиля ограничена условиями уличного
движения и существенно ниже, чем при движении автомобиля по
загородному шоссе.
Наиболее нагружен генератор при работе ночью в зимний период
эксплуатации, когда включены отопитель, обогреватели стекол; приборы
системы освещения и световой сигнализации. Потребляемая сила тока в
этом случае составляет 55-80 % максимальной силы тока отдачи генератора.
При движении автомобиля днем в теплый период года токовая нагрузка
генератора минимальна и сила тока не превышает 10—20 %
максимальной.
Генераторные установки автомобилей имеют номинальное напряжение
14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем. У
грузовых автомобилей ЗИЛ с дизелями система электроснабжения
обеспечивает два уровня напряжения: 14 В - непосредственно на генераторе
для электроснабжения основных потребителей; 28 В — на выходе
трансформаторно-выпрямительного блока для подзаряда аккумуляторной
батареи, используемой при пуске двигателя.
Генераторы
Принципы работы и конструктивные схемы вентильных генераторов
Преобразование механической энергии, которую генератор получает от
двигателя автомобиля, в электрическую происходит в соответствии с
явлением электромагнитной индукции. Сущность явления заключается в
следующем: если с определенной скоростью менять магнитный поток,
4
пронизывающий контур из токопроводящего материала, то на выводах
контура появляется электродвижущая сила (ЭДС). Если изменяющийся
поток пронизывает катушку с изолированными друг от друга витками
токопроводящего провода, то на выводах катушки возникает ЭДС,
пропорциональная произведению числа витков на скорость изменения
магнитного потока.
Наведение
ЭДС
в
катушках
автомобильных
генераторов
осуществляется при изменении магнитного потока:
- по величине и направлению, что характерно для щеточной конструкции
вентильного генератора;
- только по величине, что характерно для бесщеточного генератора, в
частности индукторного.
Основные узлы генератора, в которых происходит преобразование
механической энергии в электрическую, - магнитная система с обмоткой
возбуждения и стальными участками магнитопровода, по которым
протекает магнитный поток Ф, и обмотка статора, в которой индуктируется
ЭДС при изменении магнитного потока.
В щеточном вентильном генераторе магнитный поток создается
обмоткой возбуждения 4 (рис. 1) при протекании по ней электрического тока
и системой полюсов 3. В автомобильных генераторах их, как правило,
двенадцать.
Полюса с обмоткой возбуждения, кольца, через которые ток от щеток
подводится к обмотке возбуждения, вал и другие конструктивные
элементы образуют вращающийся ротор.
Обмотка, в которой вырабатывается электрический ток, уложена в пазы
неподвижного магнитопровода и вместе с ним представляет собой статор.
2 3
Рис. 1. Вентильный синхронный генератор: 1 - магнитопровод; 2 - обмотка якоря; 3 полюс ротора; 4 — обмотка возбуждения; 5 — щетки; 6 — выпрямитель
Обмотка статора состоит из трех независимых обмоток фаз. В каждой фазе
имеется по шесть катушек, включенных последовательно. Если обмотка фазы
образована из двух параллельных ветвей, то в каждой ветви находится по шесть
катушек. Обмотки фаз могут быть соединены между собой в звезду или
треугольник (пятиугольник).
Выводы фаз обмотки статора соединяются с выпрямителем 6 (см. рис. 1).
При вращении ротора напротив зубцов статора с расположенными на них
обмотками фаз оказываются то северный N, то южный S полюсы ротора.
5
Магнитный поток Ф, пронизывающий обмотки статора, изменяется по величине
и направлению, что по закону Фарадея достаточно для появления на их
выводах переменного электрического напряжения.
В отечественных автомобильных вентильных генераторах частота
переменного тока в 10 раз меньше частоты вращения ротора.
В обмотках фаз вырабатывается трехфазный ток, т.е. напряжение и ток в них
смещены относительно друг друга на 1/3 периода (120°).
Чем выше частота вращения ротора и больше величина магнитного потока,
тем быстрее происходит его изменение внутри катушек фаз статора и тем выше
значения наводимого в них напряжения.
Ротор автомобильного генератора состоит из двух полюсных половин (рис. 2),
выступы (клювы) которых образуют у одной половины северную, а у другой
- южную систему полюсов. Клювообразная система полюсов характерна для
автомобильных генераторов, выпускаемых во всем мире. При сборке южные
полюса располагаются между северными, а обмотка возбуждения, надетая на
стальную втулку, оказывается зажатой между полюсными половинами.
Клювообразное исполнение ротора позволяет с помощью одной катушки
образовать многополюсную систему.
Рис. 2. Полюсная система ротора вентильного генератора
Рис. 3. Вентильный генератор с клювообразным ротором:
1 - втулка; 2 - обмотка возбуждения; 3 - клювообразные полюса; 4 - статор; 5 - обмотка
статора; 6 - щетка; 7 - контактные кольца
Вентильные генераторы с клювообразным ротором (рис. 3) представляют
собой синхронную электрическую машину со встроенным полупроводниковым
выпрямителем. Основные узлы и детали генератора - статор 4, ротор с
клювообразными полюсами, втулкой 1 и сосредоточенной вращающейся
обмоткой 2 возбуждения, крышки со стороны привода и контактных колец 7,
щетки 6, шкив, вентилятор и выпрямительный блок. Пакет статора набран из
пластин электротехнической стали. В пазах статора размещены катушки
трехфазной (или с большим числом фаз) обмотки.
Иногда в вентильных генераторах используют две самостоятельные обмотки.
Обмотка с большим числом витков обеспечивает необходимую отдачу по
мощности при низкой частоте вращения ротора, обмотка с меньшим числом
витков – при большей частоте вращения ротора генератора. Ток к
вращающейся обмотке возбуждения подводится через щетки и контактные
6
кольца. Вал ротора вращается в двух подшипниках, установленных в крышках.
Крышки расположены по торцам статора и стянуты винтами. Применение
клювообразных полюсов определенной формы обеспечивает близкое по форме
к синусоиде изменение ЭДС. Существенным недостатком генераторов,
выполненных по схеме на рис. 1, является наличие контактного узла,
состоящего из электрощеток и колец.
Пыль, грязь, топливо, масло и вода, попадая на контактный узел, быстро
выводят его из строя. Специальная защита от загрязнения кардинально не
решает проблему и существенно усложняет конструкцию генератора. Поэтому
более долговечными являются бесщеточные вентильные генераторы
индукторного типа.
Индукторные генераторы
Рис. 4. Генератор индукторного типа:
1 — обмотка возбуждения; 2 — магнитная система индуктора (втулка с фланцем); 3 —
вал; 4 - ротор; 5 - магнитопровод статора; 6 - крышки; 7 - обмотка статора; 8 - подшипник;
а, b, с, АВС- соответственно начало и концы фаз
Индукторный генератор представляет собой бесконтактную, одноименнополюсную электрическую машину переменного тока с односторонним
электромагнитным возбуждением. Стальная звездочка ротора 4 (рис. 4)
вращается вместе с валом 3, который проходит внутри подвижной втулки 2.
На втулке закреплена обмотка 1 возбуждения, а на зубцах статора - обмотка
7 статора. При прохождении постоянного тока через обмотку возбуждения в
магнитной цепи генератора возникает магнитный поток, силовые линии
которого на рис. 4 показаны штриховой линией. Магнитный поток замыкается
через воздушный зазор между втулкой и валом 3, звездочку ротора, рабочий
зазор между ротором и статором, пакет статора, крышку 6 со стороны
катушки возбуждения и толстостенную шайбу или фланец втулки.
Все зубцы звездочки имеют одну полярность. Изменение магнитного потока
связано с изменением магнитной проводимости воздушного зазора под зубцами
статора. Следовательно, магнитный поток в зубцах статора является
пульсирующим, т.е. изменяется только по величине без изменения
направления.
Для большей степени изменения магнитного потока и, следовательно,
повышения мощности генератора во впадинах звездочки ротора закрепляют
7
постоянные магниты. В трехфазных индукторных генераторах статора имеется
9 зубцов с обмотками, а в пятифазных - 10.
Рис. 5. Изменение магнитного потока в зубце статора по времени
Магнитный поток индукторного генератора имеет постоянную и
переменную составляющие. Постоянная составляющая в наведении ЭДС в
катушках статора не участвует и ухудшает использование материалов генератора.
ЭДС в катушках наводит только переменная составляющая магнитного потока.
Величина индуктируемой ЭДС зависит от амплитуды магнитного потока, числа
витков обмотки статора и частоты n вращения ротора. Чем больше число витков,
тем при меньшей частоте вращения ротора можно получить требуемое
напряжение. Как правило, звездочка ротора имеет шесть зубцов.
Обмотка каждой фазы может иметь несколько катушек, соединенных
последовательно, параллельно и смешанно. Фазы обмотки статора соединяют в
многолучевую звезду или многоугольник.
В трехфазном генераторе имеются три группы катушек, начала и концы
которых условно обозначены буквами А, В, С и а, b, с, расположенные на
соседних зубцах статора таким образом, что
наводимые в них ЭДС смещены на 120° (рис. 6).
Рис. 6. Изменения трехфазного напряжения по времени
При соединении фаз в звезду концы всех фаз
соединяют в общей нулевой точке, которую
изолируют в генераторе или выводят отдельным нулевым проводом. Начала
фаз соединяют с выпрямителем.
При построении фаз в треугольник конец А первой фазы соединяют с
началом В второй фазы, конец В второй фазы — с началом С третьей фазы,
а конец С третьей фазы - с началом А первой фазы. К точкам соединения фаз
подключены линейные провода, подводящие напряжение к выпрямителю.
Выпрямитель выпрямляет тот переменный ток, который к нему подводится.
При соединении в треугольник фазные токи в √3 раза меньше линейных, в то
время как у звезды линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же
отдаваемом генератором токе токи в обмотках фаз при соединении в
8
треугольник значительно меньше, чем при соединении звездой. Поэтому в
генераторах большой мощности часто применяют соединение в треугольник,
так как при меньших значениях тока обмотки можно наматывать более тонким
проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения при соединении
звездой в \/3 раз больше фазного, в то время как при соединении в
треугольник они равны и для получения такого же выходного напряжения при
тех же частотах вращения ротора требуется соответствующее увеличение числа
витков его фаз по сравнению с соединением звездой.
Более тонкий провод можно применять и при соединении в звезду. В этом
случае обмотку статора выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из
которых соединена в звезду, т.е. получается "двойная" звезда.
Бесщеточные вентильные генераторы с укороченными полюсами
Рис. 7. Схема бесщеточного вентильного генератора с
укороченными полюсами:
1 - крепежный элемент обмотки возбуждения; 2 - обмотка
возбуждения; 3 - втулка; 4 — полюсные половины с укороченными
клювами; 5 — обмотка статора; 6 - статор
Известны бесщеточные генераторы, являющиеся
промежуточной конструкцией между генератором с
клювообразным исполнением ротора и индукторным
генератором. Это генератор с укороченными клювами
(рис. 7), который можно получить конструктивно,
если раздвинуть клювообразные половины полюса так, чтобы они не
перекрывали друг друга и в образовавшуюся щель пропустить крепежный
элемент 1 (немагнитную обойму) и электрические провода обмотки
возбуждения 2. Обмотка находится в подвешенном состоянии над стальной
втулкой между двумя полюсными половинами.
Магнитный поток в данном генераторе также имеет постоянное
направление у каждой полюсной половины, как это характерно для
индукторного генератора, но в целом магнитный поток, пронизывающий катушки
фаз статора, изменяется по направлению.
Устройство генераторов
Большинство автомобильных генераторов имеют щеточную конструкцию.
На конструкцию генератора влияет наличие или отсутствие у него
встроенного регулятора напряжения. В остальном, все конструкции
генераторов имеют много общего: клювообразная магнитная система ротора
с 12 полюсами, сосредоточенная обмотка возбуждения, статор с 18 пазами и
36 пазами, медные кольца, подшипники закрытой конструкции, не
требующие смазывания в течение всего срока службы и т.д.
На рис. 8 представлен генератор 37.3701 автомобиля ВАЗ-2108 с
электромагнитным возбуждением, полным выпрямлением напряжения,
дополнительным
выпрямителем
для
электроснабжения
обмотки
9
возбуждения и встроенным интегральным регулятором напряжения.
Генератор состоит из якоря (статора), индуктора (ротора), крышки со
стороны контактных колец, выпрямительного блока, щеткодержателя с
интегральным регулятором напряжения, крышки со стороны привода, шкивавентилятора.
Пакет (сердечник) 1 якоря набран из стальных листов толщиной 1 мм для
уменьшения нагрева от вихревых токов. Листы сварены между собой по
наружной поверхности в четырех местах в монолитную конструкцию. На
внутренней поверхности пакета якоря равномерно по окружности
расположено 36 пазов трапецеидальной формы. Пазы заполнены обмоткой
статора.
Катушки
обмотки
изолированы
от
стенок
паза
полиэтилентерефталатной пленкой или пленкокартоном.
Каждая фаза трехфазной обмотки статора состоит из трех последовательно
намотанных катушек. Витки катушки охватывают три зубца. Фазы
соединены в двойную звезду с выведенной нулевой точкой, т.е. фаза имеет
две параллельные ветви. Каждая звезда расположена на половине расточки
статора. Катушки выполнены из теплостойкого обмоточного провода ПЭТ200. В пазах катушки закреплены шнуром, забитым по особой схеме (в
основном через два паза в третий). Статор в сборе пропитан
электроизоляционным лаком.
Индуктор включает магнитную систему и обмотку 4 возбуждения. Втулка
5 и примыкающие к ней два клювообразных полюсных наконечника,
посаженные на вал 6, образуют 12-полюсную магнитную систему.
Полюсные наконечники изготовлены методом холодной штамповки из
полосовой стали толщиной 12 мм с последующей обработкой по наружному
диаметру. Для снижения уровня магнитного шума часть наружной
поверхности ротора имеет скосы.
Обмотка 4 возбуждения намотана на каркас и надета на втулку 5. Втулка
зафиксирована между полюсными половинами. Сверху катушку обмотки
возбуждения оклеивают специальной бумагой, которая образует внешнюю
изоляцию. Выводы обмотки возбуждения припаяны к двум изолированным
друг от друга и от вала медным контактным кольцам 10. Для снижения
вибрации генератора осуществляют статическую и динамическую
балансировку ротора.
Пакет якоря закреплен в генераторе между двумя крышками 7 и 22 из
алюминиевого сплава, стянутыми болтами 18. В крышке со стороны привода
между двумя стальными фланцами зажата наружная обойма подшипника 25.
На наружном фланце над втулкой шкива имеется выступ, благодаря
которому образуется своеобразный лабиринт, препятствующий попаданию
пыли и грязи в подшипник.
10
Рис. 8. Генератор 37.3701 автомобиля ВАЗ-2108:
1 - пакет якоря; 2 - фазные обмотки якоря; 3 - полюс с клювообразными наконечниками; 4
- обмотка возбуждения; 5 - втулка; 6 - вал; 7, 22 - соответственно задняя и передняя
крышки; 8, 9 - теплоотводы выпрямительного блока с диодами соответственно
положительной и отрицательной полярности; 10 - контактные кольца; 11, 25 соответственно задний и передний подшипники; 12 - изоляционная втулка контактных
колец; 13 - щеткодержатель; 14 - щетки; 15 - конденсатор; 16 - вывод "30" генератора; 17 положительный вывод "61" дополнительного выпрямителя; 15- стяжной болт генератора;
19 - вывод "В" регулятора напряжения; 20 - интегральный регулятор напряжения; 21 шпилька крепления генератора к натяжной планке; 23 - шкив; 24 - опорное кольцо; 26 коническая шайба; 27 - гайка
В крышках установлены закрытые подшипники 11 и 25 с двухсторонним
резиновым уплотнением и одноразовым кремнийорганическим смазочным
материалом. Крышки имеют вентиляционные отверстия. В передней крышке
22 имеются два резьбовых отверстия для съема крышки с вала, ушко для
крепления генератора на двигателе и стальная шпилька 21. Шпилька
предназначена для крепления планки натяжения приводного ремня. Посадка
подшипника в крышке и на валу скользящая, в осевом направлении
внутренняя и наружная обоймы подшипника строго зафиксированы.
Генератор также крепится к двигателю посредством ушка на задней
крышке 7. Посадка заднего подшипника 11 на вал 6 плотная, а в гнездо
крышки - скользящая. Посадочное место в крышке не армировано, но имеет
канавку, в которой размещено резиновое кольцо, препятствующее
проворачиванию наружной обоймы подшипника, перегреву подшипника,
выработке гнезда и выходу подшипникового узла из строя. Подшипник
вместе с валом в гнезде крышки может перемещаться в осевом направлении.
11
Со стороны контактных колец 10 на крышке установлены интегральный
регулятор напряжения 20, объединенный в одну конструкцию с
щеткодержателем 13, выпрямительный блок с теплоотводами 8 и 9,
помехоподавительный конденсатор 15 и все выводы генератора.
Генератор имеет три вывода: "30" - силовой положительный вывод 16
генератора в виде винта, закрепленного на положительном теплоотводе
выпрямителя; "61" -вывод 17дополнительного выпрямителя обмотки
возбуждения; вывод "В" (поз. 19) регулятора напряжения. Последние два
вывода выполнены в виде штекеров.
Выпрямительный блок крепится к крышке тремя изолированными от нее
болтами. К этим болтам подключены выводы трех обмоток фаз генератора.
Блок содержит силовой и дополнительный выпрямители, диоды которого
размещены в пластмассовой подковке.
Щеткодержатель 13 состоит из пластмассового корпуса, в котором
находятся две прямоугольные щетки 14. Интегральный регулятор
напряжения является одновременно крышкой щеткодержателя.
Для охлаждения обмотки якоря и катушки возбуждения, а также
кремниевых диодов выпрямителя в генераторе предусмотрена протяжная
вентиляция, осуществляемая с помощью крыльчатки-вентилятора,
связанного с приводным шкивом 23 генератора. Шкив 23 привода генератора
закреплен на валу 6 ротора гайкой 27. Детали шкива и вентилятора,
штампованные из стального листа, сварены между собой и со втулкой шкива.
12
РЕМОНТ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
ГЕНЕРАТОРА И РЕЛЕ-РЕГУЛЯТОРА
Неисправности генератора имеют следующие основные признаки:
отсутствует зарядный ток при работе двигателя, понижена сила зарядного
тока, не обеспечивающая необходимого заряда аккумуляторной батареи, либо
повышена сила зарядного тока.
Отсутствие зарядного тока генератора при работе двигателя
определяется по контрольным приборам (контрольной лампе, амперметру,
вольтметру) и может быть вызвано выходом из строя ремня привода
генератора, неисправностью самого генератора (выходом из строя его
щеточного узла, загрязнением контактных колец, замыканием или обрывом
электрических цепей элементов генератора), а также неисправностью цепи
заряда аккумуляторной батареи.
Определение причины отсутствия зарядного тока генератора
целесообразно производить в следующем порядке. Сначала необходимо
проверить состояние и натяжение ремня привода генератора. Затем следует
проверить вольтметром или пробником с отключенными дополнительными
сопротивлениями регулируемое напряжение генератора. Для этого вольтметр
подключается к клемме «30» (или «+») генератора и к «массе» с соблюдением
полярности, устанавливается средняя частота вращения коленчатого вала
двигателя (примерно 2000 мин"1) и включаются основные потребители
электроэнергии (дальний свет фар, отопитель, габаритные огни). При этом
величина напряжения должна быть в пределах 13,7...14,5 В.
Если регулируемое напряжение генератора находится в указанных
пределах, то генератор исправен, и нужно проверять цепь заряда
аккумуляторной батареи. В противном случае необходимо снять щеточный
узел с регулятором напряжения, проверить состояние щеток (их износ,
отсутствие заеданий в щеткодержателе) и отсутствие загрязнения контактных
колец якоря генератора, а также надежность контактов регулятора
напряжения, и снова замерить напряжение. Если это не даст результатов, то
заменить регулятор напряжения на заведомо исправный. Если после замены
регулятора напряжение не восстановится, то следует снять генератор с
автомобиля для более детальной проверки и замены вышедших из строя
элементов.
Пониженная сила зарядного тока проявляется в недозаряде
аккумуляторной батареи на автомобиле, при этом снижается накал ламп
приборов освещения и изменяется тембр звукового сигнала. Причинами
пониженного зарядного тока могут быть пробуксовка ремня привода
генератора, нарушение работы щеточно-коллекторного узла (загрязнение
коллектора, износ или заедание щеток), обрыв и междувитковое замыкание или
обрыв в одной из фаз обмотки статора, повреждение одного из диодов
выпрямительного блока.
Для определения и устранения неисправности нужно проверить натяжение
ремня привода генератора, надежность контактов проводов, снять щеточный
13
узел и проверить загрязненность контактных колец, износ и отсутствие
заедания щеток. Если после принятых мер регулируемое напряжение
генератора не восстановится, то генератор необходимо снять с автомобиля для
проверки и замены вышедших из строя элементов.
Повышенная сила зарядного тока вызывает перезаряд аккумуляторной
батареи, при этом стрелки контрольных приборов (амперметра, вольтметра)
зашкаливают при больших оборотах двигателя, а электролит «кипит» и
выплескивается из аккумуляторов. Причиной может быть неисправность
регулятора напряжения либо аккумуляторной батареи. В этом случае следует
проверить регулируемое напряжение генератора, как описано выше, и
заменить неисправный регулятор напряжения, либо вышедшую из строя
аккумуляторную батарею.
Ремонт генератора состоит в проверке его технического состояния,
разборке, проверке состояния его деталей и сборке.
Проверка технического состояния генератора, снятого с автомобиля,
производится
на
специальном
контрольно-испытательном
стенде,
оборудованном электроприводом, обеспечивающим плавное изменение
частоты вращения ротора генератора в пределах от 0 до 5000 мин-1,
вольтметром со шкалой 0...30 В, амперметром со шкалой 0...60 А,
тахометром и нагрузочным реостатом, рассчитанным на ток до 60 А. Схема
для проверки генератора на стенде приведена на рис. 9. Проверка на стенде
заключается в определении минимальной частоты вращения ротора
генератора, при которой достигается напряжение 12,5 В без нагрузки и с
нагрузкой, а также в проверке величин тока нагрузки и регулируемого
напряжения.
Рис. 9. Электрическая схема для проверки генератора: 1 — электродвигатель стенда;
2 ,10 — вольтметры; 3,5, б и 8 — выключатели; 4 и 9 — реостаты; 7 — аккумуляторная
батарея; 11 — амперметр; 12 — генератор; 13 — тахометр
3 4
5
6 7
Проверка минимальной частоты вращения ротора производятся при
замкнутом выключателе (5) и разомкнутых выключателях (3) и (6). Питание
обмоток возбуждения генератора осуществляется от источника постоянного
тока (батареи) напряжением 12,5 В, устанавливаемым реостатом (4), и
фиксируется по вольтметру (2). При проверке с нагрузкой, устанавливаемой
реостатом (9), замыкается также выключатель (8). При испытании
постепенно повышают частоту вращения ротора, пока напряжение,
фиксируемое по вольтметру (10), не достигнет 12,5 В. При испытании с
14
нагрузкой реостатом (9) устанавливается нагрузка 32 А, фиксируемая
амперметром. Частота вращения ротора, при которой достигается напряжение
12,5 В, не должна превышать (в зависимости от модели генератора) 1000...
1100 мин-1 при работе генератора без нагрузки и 1900...2200 мин-1 при
нагрузке 32 А. В случае большей величины минимальной частоты вращения
следует разобрать генератор и проверить обмотки ротора, статора и диоды
выпрямительного блока на обрыв или замыкание, как описано ниже.
Сила тока нагрузки определяется при разомкнутых контактах (5) и (3)
и замкнутых контактах (6) и (8). При частоте вращения ротора генератора
5000 мин"1 и напряжении 13 В сила тока нагрузки должна составлять не
менее 40...55 А (в зависимости от модели генератора). В противном случае
следует разобрать генератор и проверить его обмотки и диоды.
Проверка регулируемого напряжения генератора производится при
разомкнутом выключателе (5) и замкнутых выключателях (3), (6) и (8).
Напряжение источника постоянного тока (батареи) должно быть в пределах
12,2... 12,6 В. Измерение регулируемого напряжения производится по
вольтметру (2) при частоте вращения ротора 3500 мин-1 и токе нагрузки,
устанавливаемом реостатом (9), 16 А. Величина регулируемого напряжения
при этом должна быть в пределах 13,7... 14,5 В. В противном случае следует
заменить регулятор напряжения на заведомо исправный и продолжить
проверку. Если и в этом случае регулируемое напряжение окажется меньше
13,7 В, то следует разобрать генератор и проверить его обмотки и диоды.
Разборка генератора производится в определенной последовательности:
— отвернуть крепления и снять щеткодержатель вместе с регулятором
напряжения;
— вынуть стяжные болты и снять крышку генератора вместе со
статором;
— отсоединить фазные обмотки статора от выводов на выпрямительном
блоке и извлечь его крышки;
— отвернуть гайку крепления шкива вентилятора и съемником снять шкив с
вала ротора;
— снять при помощи съемника переднюю крышку генератора (со стороны
шкива);
— при необходимости замены переднего подшипника отвернуть винты его
держателя и выпрессовать подшипник из крышки при помощи съемника.
Сборка генератора производится в обратной последовательности.
Проверка состояния деталей генератора включает в себя проверку
обмотки возбуждения ротора, проверку обмоток статора, проверку диодов
выпрямительного блока.
Проверка обмотки возбуждения ротора производится при помощи
омметра. Для этого, подсоединив его щупы к контактным кольцам якоря,
нужно проверить отсутствие обрыва или замыканий в обмотке возбуждения
по величине сопротивления.
Обрыв в обмотке возбуждения можно определить также при помощи
индикатора (контрольной лампы), подключив через него к контактным
15
кольцам аккумуляторную батарею. Данная проверка может быть выполнена
и без снятия генератора с автомобиля, после снятия с генератора щеточного
узла.
Проверка обмоток статора на обрыв и короткое замыкание производится
с помощью индикатора и источника питания (аккумуляторной батареи), как
показано на рис. 10. Проверка обмоток статора на межвитковое замыкание
производится омметром.
-
Рис. 10. Схемы проверки статора генератора:
а — на обрыв; б — на короткое замыкание; 1,2, 3 — выводы фазных обмоток; 4—
сердечник статора; 5— обмотки; б— контрольная лампа; 7— щуп; 8 — аккумуляторная
батарея
При исправных обмотках сопротивление всех фазных обмоток статора
должно быть одинаковым (разница не более 10%).
Проверка диодов выпрямительного блока производится при помощи
индикатора (лампы мощностью 1...5 Вт) и аккумуляторной батареи.
Исправный диод пропускает ток только в одном направлении. Неисправный
может либо вообще не пропускать ток (обрыв цепи), либо пропускать ток в
обоих направлениях (короткое замыкание). В случае повреждения одного из
диодов
выпрямительного
блока
необходимо
заменять
целиком
выпрямительный блок в сборе.
Короткое замыкание диодов выпрямительного блока можно проверить, не
снимая генератора с автомобиля, предварительно отсоединив провода от
аккумуляторной батареи и генератора и вывод регулятора напряжения от
клеммы «30» (клеммы «+») и генератора. Проверить можно омметром или с
помощью индикатора и аккумуляторной батареи, как показано на рис. 11.
Если при проверке по этой схеме контрольная лампа горит, то в одном или
нескольких диодах имеется замыкание. Если лампа горит при проверке по
схемам, показанным на рис. 11, то замыкание имеется соответственно в
одном или нескольких «отрицательных» или «положительных» диодах. В
любом случае дефектный выпрямительный блок подлежит замене.
16
Рис. 11. Проверка диодов выпрямителя генератора: а — проверка
одновременно «положительных» и «отрицательных» диодов; б — проверка
«отрицательных» диодов; в — проверка «положительных» диодов; G1 — генератор; G2
— аккумуляторная батарея; HL — контрольная лампа
Элементы селенового выпрямителя (5) проверяют (см. рис. 12),
измеряя силу обратного тока. Перед проверкой замыкают выключатели SA,
вводят полностью реостат R1 и плотно прижимают щупы (1) и (2) к
дистанционным шайбам проверяемого элемента выпрямителя. Щуп (1) со
стороны латунной контактной шайбы должен быть соединен с «+» источника
постоянного тока. Плавно повышают реостатом R1 напряжение на щупах (1)
и (2) до 14 В. Если сила обратного тока превышает 2 А, то селеновый
элемент имеет короткое замыкание. Если сила обратного тока меньше 200
мА, то элемент исправен. Для более точного определения силы тока до 0,5 А
следует разомкнуть включатель SA.
Рис. 12. Схема проверки исправности элементов селенового выпрямителя
Рис. 13. Схема проверки выпрямительного блока: а— определение обратного тока
в плечах схемы; б— определение падения напряжения в плечах схемы.
17
Если при напряжении 12 и сила тока превышает 200 мА, то такой
элемент имеет уменьшенное обратное сопротивление. В селеновых
выпрямителях все дефектные пластины, не удовлетворяющие техническим
условиям, следует заменить. Проверка исправности выпрямительного блока
может быть проведена по схеме, представленной на рис. 13. Силу обратного
тока определяют в каждом плече по амперметру РА (рис. 13 а), исправность
отдельных вентелей выпрямительного блока проверяют измерением падения
напряжения на зажимах каждого плеча выпрямителя по вольтметру PV (рис.
13 б). В этом случае поочередно в каждом плече реостатом R устанавливают
силу тока согласно техническим условиям для данного типа выпрямителя и
измеряют падение напряжения.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА
При обслуживании генератора следует обратить внимание на его чистоту.
Не допускается работа генератора с отсоединенной от зажима «+»
аккумуляторной батареей, так как при этом возникают кратковременные
перенапряжения на зажиме «+» генератора, которые могут вызвать
повреждение регулятора напряжения и электронных устройств и бортовой
сети автомобиля.
Ежедневно следует контролировать работу генератора по приборам.
Через 10 000... 15 000 км пробега подтягивают крепления генератора на
двигателе. Проверяют и при необходимости регулируют натяжение
приводного ремня.
Через 60 000 км пробега нужно снять генератор, разобрать, очистить и
протереть все детали, продуть сжатым воздухом внутренность корпуса и
крышек, проверить состояние контактных колец и щеток. При необходимости
кольца надо зачистить мелкозернистой шкуркой или проточить, а щетки
заменить вместе со щеткодержателем, если они выступают из
щеткодержателя менее чем на 5...8 мм.
Обслуживание современных генераторных установок сведено к минимуму.
Однако их эксплуатация требует соблюдения некоторых правил, связанных
наличием у них полупроводниковых элементов.
1. Не допускается работа генераторной установки с отключенной
аккумуляторной
батареей.
Даже
кратковременное
отключение
аккумуляторной батареи при работающем двигателе автомобиля может
привести к выходу регулятора напряжения из строя.
2. Не допускается подсоединение к бортовой сети автомобиля источников
электроэнергии обратной полярности («плюс» на «массе»), что может,
например, произойти при попытке запуска двигателя от посторонней
аккумуляторной батареи.
3. Не допускаются любые проверки в схеме генераторной установки с
подключением источников повышенного напряжения.
4. При проведении на автомобиле сварочных работ клемма «масса»
сварочного аппарата должна быть соединена со свариваемой деталью.
18
Провода, идущие к генератору и регулятору напряжения, следует отключить.
Периодичность технического обслуживания генераторных установок
обусловлена периодичностью технического обслуживания автомобиля.
Различают ежедневное техническое обслуживание (ЕО), первое и второе
техническое обслуживание (ТО-1, ТО-2) и сезонное техническое
обслуживание (СТО). Срок проведения каждого технического обслуживания
зависит от условий эксплуатации автомобиля, которые подразделяются на
пять категорий. Наиболее комфортные условия эксплуатации соответствуют
1 категории эксплуатации (в основном, эксплуатация по дорогам с
асфальтобетонным и цементобетонным покрытием вне города); наиболее
тяжелые - 5 категории (эксплуатация на ecтественных грунтовых дорогах,
отвальных дорогах и т.п.). Периодичность ТО-1 и ТО-2 применительно к 1
категории эксплуатации составляет в среднем у легковых автомобилей
соответственно 4000 км и 16000 км, грузовых автомобилей 3000 и 12000 км.
Сезонное техническое обслуживание проводится два раза в год при
подготовке автомобилей к эксплуатации в зимнее и летнее время. При
ежедневном обслуживании перед выездом следует проверять, обеспечивает
ли генераторная установка заряд аккумуляторной батареи при работающем
двигателе.
При нормальной работе генераторной установки при повышении частоты
вращения коленчатого вала двигателя амперметр на щитке приборов должен
показывать заряд аккумуляторной батареи, вольтметр — напряжение 13-15 В
(стрелка вольтметра находится в зеленой зоне), лампа контроля заряда аккумуляторной батареи должна погаснуть. Такую проверку, а также проверку
усилия натяжного приводного ремня генератора следует проводить при
каждом ТО-1. Прогиб нормально натянутого ремня при нажатии на середину
наибольшей ветви динамометром должен составлять при усилии 4 кгс (40 Н)
у автомобилей КамАЗ - 15-22 мм, ЗИЛ - 8-14 мм, ГАЗ-31029, ГАЗ-33021 - 810 мм. Москвич - 7-9 мм, ГАЗ-66-001 - 10-15 мм, при 10 кгс (100 Н) у
моделей ВАЗ - 10-15 мм. Слабо натянутый ремень проскальзывает при
передаче вращающего момента от двигателя к генератору, при этом
наблюдается усиленный износ ремня и приводных шкивов, генератор не
берет на себя нагрузку. Чрезмерное натяжение ремня сокращает срок
службы подшипников генератора. Помимо всех этих операций, при ТО-2
следует очистить наружные поверхности генераторов и регуляторов
напряжения от пыли и грязи и проверить крепление приводов на их выводах,
подтянуть при необходимости гайку крепления шкива стяжные шпильки, а
также проверить надежность крепления генератора на двигателе. При
установке зазор между кронштейном двигателя и посадочными плоскостями
лап генератора не допускается. Болты крепления должны быть надежно
затянуты и предохранены от самоотворачивания. После первых 50-60 тыс. км
пробега автомобиля, а в дальнейшем через одно ТО-2, проверяется высота
щеток, а также состояние контактных колец и подшипников. Для этого
генератор снимают с двигателя, отворачивают винты крепления
щеткодержателя, вынимают щеткодержатель из генератора, проверяют
19
легкость перемещения щеток в щеткодержателе. Затем щетки извлекают из
щеткодержателя и замеряют их высоту. Там, где доступ к генератору это
позволяет,
например,
на
автомобиле
«Москвич»-2140,
снятие
щеткодержателя можно производить без снятия генератора с двигателя.
Щетки первоначального размера 6,5x6x13 мм, износившиеся до высоты 8
мм, и размера 5x8x18 мм, в свободном состоянии выступающие из
щеткодержателя менее чем на 5 мм, подлежат замене. В случае заедания
щетки в щеткодержателе при ее перемещении отверстие щеткодержателя
следует протереть ветошью, смоченной и неэтилированном бензине. Если
поверхность контактных колец содержит следы масла и грязи, их также
следует протереть аналогичным образом. При окислении контактных колец
из-за длительного хранения или перерыва в работе их зачищают мелкой
шкуркой. Кольца, износ которых превышает 0,5 мм, протачивают. Состояние
подшипников проверяют, вращая вал генератора от руки при снятых щетках.
При нормальном состоянии подшипников вращение вала должно
происходить плавно, без заеданий, шумов и щелчков.
Сезонное техническое обслуживание сводится в основном к переводу
переключателя посезонной регулировки напряжения там, где он есть,
например, на генераторе Г273В автомобилей КамАЗ весной - в летнее
положение (положение «Л»), осенью - в зимнее (положение «3»). Этот
перевод генератора Г273 производят отверткой, вставляемой в шлиц
переключателя.
20