Загальні відомості про автомобільні генератори

Транспортні засоби оснащені генератором для вироблення струму та енергозабезпечення електричних споживачів, таких як ЕБУ, система запалювання та впорскування тощо. Якщо генератор виробляє більше струму, ніж потрібно для споживачів, він заряджає батарею. Потужність генератора, ємність батареї та споживана потужність електричних споживачів повинні узгоджуватись між собою для забезпечення того, щоб у всіх робочих умовах поставлялася достатня кількість струму в бортову мережу та батарея була заряджена достатньою мірою.

Довгий час основним джерелом електричної енергії на автомобілях були генератори постійного струму, які забезпечували вимоги експлуатації автомобілів випуску до 60-х років за максимальною потужністю, характеристиками та терміном служби. Початок 60-х років в автомобілебудуванні характеризувався значним збільшенням терміну служби автомобілів, зниженням експлуатаційних витрат на обслуговування та ремонт, підвищенням вимог щодо безпеки дорожнього руху та комфорту пасажирів. У зв'язку з цим виявилася необхідність значного збільшення потужності генератора, терміну його служби, покращення характеристик та зниження експлуатаційних витрат. Одночасно суттєво підвищилися вимоги до максимальної частоти обертання та габаритних розмірів генератора, виходячи з умов його компонування в обмеженому підкапотному просторі автомобіля.

Задоволення зазначених вимог шляхом удосконалення конструкції та технології виробництва генераторів постійного струму, враховуючи низьку надійність роботи щітково-колекторного вузла і малий термін його служби, а також великі габарити та масу генератора, практично виявилося нездійсненним. За допомогою наукового пошуку та досліджень було визначено новий напрямок у розвитку автомобільних генераторів – генератори змінного струму.

Назва «генератор змінного струму» дещо умовна і стосується в основному особливостей його внутрішньої конструкції, так як цей генератор має вбудований напівпровідниковий випрямляч і живить споживачів постійним (випрямленим) струмом.

У генераторах постійного струму таким випрямлячем є щітково-колекторний вузол, що випрямляє змінний струм, отриманий в обмотках якоря. Розвиток напівпровідникової техніки дозволив застосувати в генераторах змінного струму досконаліший випрямляч на напівпровідникових вентилях (діодах). При цьому генератор отримав якості, які забезпечили йому широке поширення в автомобілебудуванні.

Основними техніко-економічними перевагами генераторів змінного струму перед генераторами постійного струму є:

• зменшення в 1,8...2,5 рази маси генератора за тієї ж потужності та зниження приблизно в 3 рази витрати міді;

• велика максимальна потужність при рівних габаритах;

• менше значення початкових частот обертання та забезпечення більш високого ступеня зарядженості акумуляторних батарей;

• значне спрощення схеми та конструкції регулюючого пристрою внаслідок виключення з нього елемента обмеження струму та реле зворотного струму;

• зменшення вартості експлуатаційних витрат у зв'язку з більшою надійністю роботи та підвищеним терміном служби.

Для автомобільних генераторів надійність та термін служби визначаються в основному трьома факторами:

• якістю електричної ізоляції;

• якістю підшипникових вузлів;

• надійністю щітково-контактних пристроїв.

Перші два чинники залежать від рівня розвитку суміжних виробництв. Третій фактор може бути виключений за допомогою розробки безконтактних генераторів, що мають вищу надійність і, отже, більший ресурс, ніж контактні. Ця обставина стимулювала створення автомобільних безконтактних генераторів змінного струму з електромагнітним збудженням - індукторних генераторів і генераторів з укороченими полюсами.

Індукторні генератори знайшли широке застосування на тракторах та сільгоспмашинах завдяки простоті конструкції, надійності при роботі у важких умовах експлуатації (пил, бруд, волога, вібрації) та невисокій вартості.

Автомобільні генератори класифікуються за принципом дії, конструктивним відмінностям, електричній схемі, способу охолодження, типу приводу та ряду інших ознак.

Нижче представлено класифікацію автомобільних генераторів.

Основна маса генераторів сучасних автомобілів – це генератори з контактними кільцями, що дозволяють змінювати силу струму в обмотці збудження.

Компактна конструкція має збільшену частоту обертання ротора та змінену систему охолодження. Безщіткові генератори, що приходять на зміну генераторам з контактними кільцями, мають підвищену надійність, проте поступаються за масогабаритними показниками. Крім того, такі генератори складніші у виготовленні. Стартергенератори забезпечують значно більшу потужність (4...7 кВт) у порівнянні зі звичайними генераторами, тому в перспективі витіснятимуть останні.

Електрична схема генераторів змінного струму може бути трифазною і багатофазною, причому остання використовується в індукторних генераторах і новітніх розробках компанії Bosch для наближення форми напруги до синусоїдальної. Оскільки потужність сучасних генераторів перевищує 1 кВт, фази обмоток статора з'єднуються трикутником для зменшення товщини обмотувального дроту.

Випрямні діоди більшості генераторів з'єднані за схемою Ларіонова, що являє собою мостову трифазну схему. Діоди підвищення потужності використовувалися тільки на генераторах з обмотками, з'єднаними за схемою "зірка" для випрямлення третьої гармоніки. Додатковий випрямляч також не використовується в нових технологіях, оскільки його функції покладені на багатофункціональні регулятори напруги. Використання для комутації струму польових транзисторів дозволяє знизити величину падіння напруги і загальні втрати енергії у випрямному блоці.

Регулятори напруги сучасних генераторів, як правило, конструктивно поєднані зі щіткотримачем. Звичайні регулятори напруги, що масово застосовувалися раніше на автомобілях, витісняються багатофункціональними, у тому числі керованими електронним блоком управління двигуном за допомогою шин передачі даних (наприклад, LIN).

За способом охолодження генератори діляться на генератори повітряного та рідинного охолодження. Останнє використовується на генераторах великої потужності, які працюють у складних умовах експлуатації. Повітряне охолодження класичних генераторів забезпечується одним вентилятором (крильчаткою), а компактних – двома вентиляторами.

Для приводу генератора в обертання використовується ременна передача, причому на генераторах класичної конструкції найчастіше використовуються одно-і двоклинові шківи, ​​а компактні генератори обладнають полікліновими шківами.

До важливих вимог до генератора транспортного засобу відносяться наступні:

• забезпечення всіх приєднаних споживачів постійною напругою;

• резерв потужності для швидкого заряджання або підзарядки батареї, навіть при підключених постійно включених споживачах;

• утримування напруги генератора постійною у межах всього діапазону частоти обертання двигуна транспортного засобу, незалежно від рівня навантаження генератора;

• забезпечення заряду акумуляторної батареї за будь-яких умов експлуатації;

• міцна конструкція, здатна витримати всі зовнішні навантаження, наприклад, коливання, високі температури навколишнього середовища, зміни температури, забруднення, вологість;

• високий термін служби, який можна порівняти з терміном служби транспортного засобу;

• ефективні масогабаритні показники;

• незначний робочий шум;

• високий коефіцієнт корисної дії.