Меню

Схемы бесщеточных автомобильных генераторов



Индукторный, бесщеточный генератор

На тракторы ставятся индукторные генераторы, которые лучше приспособлены к тяжелым условиям работы.

Пыль, грязь, плохое охлаждение (малая скорость во время работы)

Практически непрерывная работа в течение рабочего дня

Индукторный генератор отличается тем, что его ротор не имеет обмотки возбуждения и является просто вращающимся магнитопроводом. Ротор, при вращении создает изменяющееся магнитное поле, и в обмотке индуктируется ЭДС.

В генераторе вставлена неподвижная обмотка возбуждения, через нее проходит постоянный ток, от генератора, этот ток создает сильный магнитный поток, который замыкается через вращающийся ротор.

Выводы обмотки возбуждения включаются так, чтобы ток возбуждения проходил в направлении намагничивания ротора, который содержит постоянные магниты. Если перепутать выводы обмотки возбуждения, ток возбуждения будет размагничивать ротор и генератор практически престанет работать.

То, что обмотка возбуждения не вращается вместе с ротором, дает важное преимущество – не нужны щетки, для передачи тока во вращающийся ротор. Щетки изнашиваются, плохой контакт под ними сильно снижает надежность генератора, поэтому индукторный, бесщеточный генератор получается более надежным.

Однополюсная магнитная схема и большие магнитные зазоры в системе возбуждения, снижают КПД индукторного генератора по сравнению с классическим автомобильным генератором, где обмотка возбуждения внутри ротора и ток в нее подается через щетки.

Снижение КПД приводит в ухудшению массогабаритных параметров, но для тракторов и тяжелых автомобилей это менее важное качество, чем надежность и долговечность.

В обмотке индукторного генератора рождается переменная ЭДС, поэтому, на выходе обмотки необходим выпрямитель – диодный мост. В зависимости от схемы генератора может применяться диодный мост трехфазный и пятифазный, с дополнительными диодами и без дополнительных диодов.

Важным требованием к тракторным генераторам является то, что они должны работать как с аккумулятором, так и в отсутствии аккумулятора. Например, если двигатель заводится пускачем, без электростартера, то аккумулятор становится не нужен или необязателен.

Обычный автомобильный генератор всегда возбуждается от аккумулятора, а в тракторном генераторе должно быть предусмотрено возбуждение без аккумулятора. Для надежного возбуждения генератора, ротор имеет остаточный магнетизм, а в регуляторе напряжения предусмотрены соответствующие изменения в схеме, облегчающие самовозбуждение.

Генератор 46.3701 Выполнен по схеме с пятифазной обмоткой,

соответственно с пятифазным диодным мостом с дополнительными диодами.

Пятифазная схема дает возможность получить более качественное выпрямленное напряжение, то есть, с меньшими пульсациями. Это актуально при отсутствии аккумулятора, который как фильтр сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Применение схемы с дополнительными диодами оправдано тем, что не нужна внешняя цепь возбуждения, она замыкается внутри генератора. Кроме того, если есть аккумулятор, питание обмотки возбуждения от дополнительных диодов, исключает случайную разрядку аккумулятора через обмотку возбуждения при включенном питании и неработающем двигателе.

Регулятор напряжения Я112Б (Подробнее о регуляторах Я112)

Регулятор напряжения, как в других генераторах, включает и выключает ток возбуждения. Если напряжение растет он выключает ток возбуждения, напряжение снижается, он включает ток возбуждения и напряжение снова растет, он опять выключат ток возбуждения, так поддерживается стабильный уровень напряжения около 14 Вольт.

Первоначальное возбуждение возможно без аккумулятора.

Регулятор Я 112 Б отличается тем, что гарантированно пропускает ток возбуждения, даже при очень малых значениях напряжения на выходе генератора, что обеспечивает надежное возбуждение генератора без аккумулятора.

В роторе установлены постоянные магниты, которые создают достаточно сильно магнитное поле для возбуждения генератора.

После того как генератор возбудился, часть тока обмотки через дополнительный выпрямитель отводится в обмотку возбуждения, для этого выход дополнительного выпрямителя подключается в точке Д регулятора напряжения. Ток возбуждения идет через точку Д на обмотку возбуждения и дальше через точку Ш и открытый транзистор регулятора на массу.

На точку Б регулятора подключается плюс от вывода генератора. Этот плюс открывает регулятор напряжения, По напряжению на точке Б регулятор поддерживает заданное значение выходного напряжения генератора.

Читайте также:  Слабый ремень генератора приора

Точка С регулятора используется для подключения конденсатора – фильтра. Этот конденсатор сглаживает пульсации опорного напряжения на входе регулятора, которые в отсутствии аккумулятора достаточно большие, конденсатор сглаживает пульсации и повышает точность работы генератора. В других схемах тракторных генераторов, точка С используется для переключения «Зима – Лето»

Вывод фазы Ф используется для подключения реле блокировки стартера. При работающем двигателе случайное включение стартера должно быть исключено, чтобы не повредить стартер, для этого в схему пуска включено реле блокировки стартера. Когда двигатель работает, переменное напряжение с фазы генератора попадает на это реле и оно знает, что стартер нельзя включать После остановки двигателя, реле снова позволяет включить стартер.

Генератор трактора не работает, что делать?

Если тракторный генератор не работает, то надо сначала заменить регулятор напряжения. Если не помогло, то придется разбирать.

Часто сгорает обмотка, это видно по обгоревшей проволоке.

Если обмотка целая остается диодный мост. Его придется заменить

Если повторно сгорает регулятор напряжения, возможно сгорела обмотка возбуждения и ее сопротивление стало слишком маленьким.

При сборке генератора после ремонта, может быть перепутано подсоединение выводов обмотки возбуждения. В этом случае ток возбуждения идет в другую сторону и размагничивает ротор, в котором вставлены постоянные магниты. Мощность генератора резко падает и он практически престает работать. Попробуйте поменять местами выводы обмотки возбуждения, все должно нормализоваться.

Источник

Бесщеточный генератор. Устройство и принцип работы

Бесщеточные генераторы существенно отличаются от генераторов с клювообразной магнитной системой.

В генераторе, показанном на рисунке использован интегральный регулятор напряжения. Статор 8 генератора имеет пазы, в которых расположены катушки обмотки статора, закрепленные там пазовыми клиньями. Катушки фаз соединены между собой последовательно, а фазы – в треугольник или, при пятифазной конструкции, в пятиугольник. Сердечник статора зажат между двумя крышками — задней 2, выполненной из алюминиевого сплава, и передней 1. Передняя крышка выполнена из стали, поскольку она является магнитопроводом (проводит магнитный поток, образованный неподвижной обмоткой возбуждения расположенной на втулке индуктора генератора). Индуктор 10 фланцем прижат к торцу передней крышки 1.

В бесщеточном вентильном генераторе с неподвижной обмоткой возбуждения (индукторный генератор) ротор представляет собой многолучевую стальную звездочку, насаженную на вал. Обмотка возбуждения соосна с ротором и закреплена в стальной крышке. На вал ротора генератора надеты втулка 9, в которую через дополнительный воздушный зазор проходит магнитный поток из втулки индуктора; звездочка пакета 6 ротора с шестью зубцами, набранная из стальных листов; алюминиевый фланец 7, в выступах которого, расположенных между зубцами пакета ротора, за­литы постоянные магниты. Эти магниты кроме повышения мощности генератора обеспечивают надежное его самовозбуждение, т. е. возможность работы генератора при отключенной аккумуляторной батарее.

Подшипниковый щит 12 генератора выполнен из алюминиевого сплава. Задняя крышка 2 стянута с ним шпильками. Выпрямитель­ный блок 4 расположен во внутренней полости задней крышки 2 и закреплен на ней тремя изолированными болтами. Блок регулятора напряжения 5, содержащий интегральный регулятор напряжения и подстроенный резистор, расположен на наружной поверхности задней крышки и закрыт пластмассовым кожухом.

Рис. Бесщеточный генератор:
1 – передняя крышка; 2 – задняя крышка; 3 – кожух; 4 – выпрямительный блок; 5 – блок регулятора напряжения; 6 – пакет ротора; 7 – фланец с посто­янными магнитами; 8 – статор; 9 – втулка ротора; 10 – индуктор; 11– обмотка возбуждения; 12 – подшипниковый щит

Магнитный поток, проходящий из ротора в статор через зубцы звездочки ротора, велик, а в промежутках между зубцами (по воздуху) мал. При вращении ротора напротив катушек обмоток фаз статора последовательно оказываются то зубцы, то впадины рото­ра. Пронизывающий их магнитный поток изменяется по величине, и в катушках появляется переменное напряжение. Для увеличения степени изменения магнитного потока и, следовательно, повышения мощности генератора во впадинах звездочки ротора закреплены постоянные магниты.

Читайте также:  Никнейм генератор для браво старс

Источник

Щетки – слабое место генератора. Есть бесщеточные варианты, но их мало используют. Почему?

Если автомобильный генератор выходит из строя, то самой распространенной причиной является износ щеточного узла. Однако давным-давно изобретены бесщеточные генераторы – почему же они до сих пор не вытеснили своих якобы менее продвинутых «конкурентов»?

Самая распространенная и массовая на сегодня конструкция автомобильного генератора – с использованием графитовых щеток, подающих напряжение на обмотку ротора (так называемую «катушку возбуждения») через пару вращающихся скользящих контактов в виде медных колец на валу ротора. Подобное решение применяется на большинстве автомобилей за редким исключением, ибо оно отработано и за десятилетия подтвердило свою практичность.

В такой конструкции крайне просто и эффективно реализовано поддержание стабильного напряжения в бортсети автомобиля на любых оборотах двигателя и, соответственно, генератора – электронный блок стабилизации напряжения (который по старинке принято именовать «реле-регулятором») отслеживает уровень напряжения на выходе и уменьшает или увеличивает ток в катушке возбуждения. Как только напряжение проседает, ток увеличивается. Как только оно приближается к верхнему пределу 14,2 вольта – уменьшается. Этот процесс идет быстро и непрерывно, и в результате мы имеем стабильное напряжение и на холостых оборотах, и на высокой скорости.

Щеточный узел – сухой и слабо защищенный от песка и влаги. А все, что открыто и трется без смазки, постепенно изнашивается и отказывает. Именно щеточный узел является наиболее частым источником выходов генератора из строя. Тем более что он обычно еще и неразборно совмещен с электронным блоком стабилизации напряжения («реле-регулятором»).

Однако в последние годы слово «БЕСщеточный» (или его аналог «бесколлекторный») на слуху у «широких народных масс» (с) – оно стало известно даже относительно далеким от техники людям. В самых разных сферах быта активно пропагандируются бесщеточные электромоторы – сегодня на них летают квадрокоптеры, крутятся шуруповерты, косят газоны триммеры и работают прочие механизмы и гаджеты. Даже откровенным гуманитариям уже успешно внушили, что «щетки – это плохо: они изнашиваются, отказывают, греются и вызывают потери тока». Почему же в автомобильном генераторе щеточный узел до сих пор не исчез, тогда как в последнее время от него все чаще отказываются даже в моторчиках дешевых детских игрушек?!

Может быть, потому, что на бесколлекторные (или же бесщеточные – как больше нравится) технологии массово переводятся электромоторы, а мы-то ведем речь про генератор? Нет, дело не в этом. Тут как раз никаких препятствий нет. Электромотор и электрогенератор – чрезвычайно похожие по своей сути электрические машины, вдобавок зачастую обратимые: мотор способен вырабатывать ток, если его вращать принудительно, а генератор может выполнять роль мотора, если на него опять же подать ток извне.

Использовать бесщеточный генератор в автомобиле можно, это давно реализовано и практикуется. Однако выпускаются подобные генераторы весьма ограничено и массовыми почему-то не стали… Почему?

Сделать автомобильный генератор бесщеточным в принципе не так сложно. Для чего, собственно, нужны щетки? Чтобы подать через них питание 12 вольт на катушку возбуждения внутри вращающегося ротора. После чего сегментный ротор с катушкой, на которую подан постоянный ток от аккумулятора, становится многополюсным электромагнитом и порождает возникновение тока в неподвижной обмотке – в статоре.

Убрать скользящий щеточный контакт в автомобильном генераторе возможно за счет особой конструкции ротора. Для этого ротор делают удлиненным, а катушку возбуждения выполняют в виде внешнего кольца и неподвижно закрепляют на статоре. Ведь для работы генератора ротор должен стать магнитом, а как намагничивать ротор – катушкой внутри, или катушкой снаружи – непринципиально…

Читайте также:  Электрический генератор от электричества

Первые бесщеточные генераторы с неподвижной катушкой возбуждения встречались на автомобилях и полвека назад, и даже раньше. Как правило, ставили их на коммерческий транспорт (дальнобойные грузовики) и сельскохозяйственные и строительные машины (комбайны, трактора, бульдозеры и т. п.). Первым была важна увеличенная надежность и уменьшенная вероятность отказов на длинных перегонах пути, а вторым – защита от постоянно сопровождающих их при работе абразивной пыли и влаги, способных быстро убивать щеточный узел, проникая в генератор через вентиляционные щели. В принципе, в ограниченных объемах используются они в подобных машинах и по сей день.

Однако, согласитесь: генератор, не боящийся воды и пыли, с увеличенным сроком службы благодаря отказу от трущихся насухую деталей – это весьма недурственно! Причем  неплохо для любого генератора, а не только для установленного на грузовике или комбайне! Почему же технология не распространилась на массовый легковой сегмент? Причин тут несколько.

  • Технология производства бесщеточных генераторов более многоэтапна, и генераторы в конечном итоге существенно дороже.
  • При сопоставимых технологиях производства (без дорогостоящих инноваций) бесщеточный генератор в итоге получается крупнее и тяжелее щеточного с теми же характеристиками.
  • Большинство грузовых и сельскохозяйственных «бесщеточников» имели относительно узкий диапазон рабочих оборотов, на которых они эффективны, и на холостом ходу и просто на пониженных передачах толком не заряжали аккумулятор.
  • Современные «бесщеточники» существенно усложнились, дабы сохранить компактность, одновременно получив возможность выдавать большие токи с малых оборотов и не бояться оборотов высоких. Вдобавок к неподвижной обмотке возбуждения в конструкцию добавились постоянные магниты, позволяющие увеличить токоотдачу на малых оборотах, специальные размагничивающие обмотки, нейтрализующие действие постоянных магнитов на высоких оборотах, многофазные статоры, усложненные диодные мосты.

Все это и ряд других факторов ограничивали и продолжают ограничивать распространение таких генераторов. А после эволюционной оптимизации генераторов со щетками (ставших мощнее, компактнее, линейнее и т. п.) преимущества «бесщеточников» оказались еще менее выраженными. Несмотря на явно изнашивающиеся пары трения медь-графит, реально щеточные генераторы ходят весьма долго и их не принято считать потенциально проблемным узлом автомобиля, требующим инновационных вмешательств.

Впрочем, в ряде случаев бесщеточные генераторы имеют актуальность не только на фурах и тракторах. К примеру, щеточного узла нет на некоторых генераторах ряда дизельных кроссоверов BMW и Mercedes. В их моторах применяются генераторы повышенной мощности (180-190 ампер) с водяным охлаждением, которые прикручиваются своей задней крышкой к крышке водяной рубашки двигателя с соответствующим отверстием, как бы «затыкая его своим задом», и, таким образом, частично омываются антифризом. В конструкции мощных водоохлаждаемых генераторов щетки сильно затрудняют компоновку и обслуживание, поэтому от них иногда отказываются. Также серийно встречаются такие генераторы в некоторых комплектациях серьезных рамных внедорожников типа Nissan Patrol. А уазисты любят внедрять в свои тюнингованные «котлеты» не боящиеся купания в болоте 110-амперные бесщеточные генераторы от автобусов ПАЗ. Ну а алтайский завод тракторного электрооборудования еще с советских времен (и, кажется, по сей день!) производит небольшими тиражами бесщеточный генератор для моделей ВАЗ классического (01-07) и раннего переднеприводного (08-099) семейств.

Тем не менее в конечном итоге все решает экономика и отчасти инжиниринг. На сегодняшний день в массовом потребительском автопроме надежность простейшего щеточного генератора принята за образец баланса цены, живучести и ремонтопригодности. И отходят от этого канона лишь в относительно редких случаях, когда проектирование технически сложного, продвинутого и достаточно дорогого автомобиля неизбежно требует усложненных и недешевых решений…

Источник