Принцип работы генератора автомобиля

Как работает генератор автомобиля

Детальное рассмотрение функций отдельных составных элементов  в устройстве генератора позволяет получить представление о принципах работы всего устройства. Водитель осуществляет поворот ключа в замке зажигания, после чего электричество от аккумулятора проходит через щетки генератора и контактные кольца, попадая на обмотку возбуждения. В результате на обмотке создается магнитное поле.

Стартер автомобиля начинает вращать коленчатый вал двигателя. От коленвала через ременной привод начинает вращаться и ротор генератора. Магнитное поле в области ротора усиливается на обмотках статора. В результате на выводах указанных обмоток отмечается возникновение переменного напряжения. Когда ротор генератора раскрутится до определенной частоты, генератор начнет работать в режиме самостоятельного возбуждения. Другими словами, после запуска двигателя, что вызывает необходимое раскручивание ротора генератора, обмотка возбуждения начинает питаться уже от генератора, а не от АКБ.

Создаваемое генератором переменное напряжение превращается в постоянное благодаря работе выпрямительного блока.  Электрический ток от генератора питает бортовую сеть автомобиля, обеспечивает работу системы зажигания и других энергопотребителей.  Также от генератора поступает ток для зарядки аккумулятора. В случае изменения частоты вращения коленвала и нагрузки подключается регулятор напряжения, определяя то время, на которое необходимо включить обмотки возбуждения с учетом тех или иных условий. Если частота вращения генератора растет и нагрузка падает, тогда временной промежуток активации обмотки возбуждения сокращается. При увеличении нагрузки и уменьшении оборотов регулятор увеличивает время включения обмоток.

Необходимо добавить, что если потребители используют больше электричества, чем способен выработать автомобильный генератор, тогда автоматически задействуется аккумулятор. Следить за состоянием генератора можно при помощи лампы контроля заряда на приборной панели. Указанная лампа чаще всего представляет собой пиктограмму в виде АКБ. Загорание лампы указывает на то, что батарея от генератора не заряжается. Возможными причинами может быть обрыв поликлинового ремня, выход из строя реле-регулятора генератора и т.д.

• Как проверить реле регулятор генератора

  Проверка работоспособности реле регулятора генератора своими руками. Признаки неисправности реле. Диагностика устройства на автомобиле со снятием и без. Читать далее

• Схема подключения тахометра на дизельном двигателе

  Подключение тахометра для дизеля. Особенности выбора устройства, куда подключать тахометр. Способ коммутации и основные нюансы при установке. Читать далее

• Как заряжать аккумулятор автомобиля зарядным…

  Правильная зарядка автомобильного аккумулятора зарядным устройством. Проверка перед зарядкой, каким током заряжать аккумулятор. Как зарядить АКБ без ЗУ. Читать далее

• Вибрация двигателя на холостых передается на кузов

  Почему двигатель может вибрировать на холостых оборотах. Причины неисправности, диагностика. Советы и рекомендации по снижению уровня вибраций мотора. Читать далее

• Какой аккумулятор лучше купить для дизеля

  Особенности подбора аккумуляторной батареи для дизельного двигателя сравнительно с АКБ для бензиновых агрегатов. Мощность аккумулятора и основные параметры. Читать далее

• Что такое АКБ? Устройство автомобильного аккумулятора

  Назначение, конструкция и принцип действия автомобильного свинцово-кислотного аккумулятора. Читать далее

Как устроен электромобиль, созданный Илоном Маском

Нашумевший предприниматель миллиардер из США, родом из ЮАР, по имени Элон Маск произвел настоящую революцию в мире электромобилей. Он один из первых в новейшее время решил поставить процесс производства этого транспорта на поток и сделать их частью повседневной реальности. Такие начинания не остались без внимания, поэтому имя этого человека стало известно на весь мир.

Как работает электромобиль Tesla? Все так же, как и любые другие подобные продукты. Устройство электромобиля следующее: кузов здесь практически целиком повторяет таковой в Мерседесах бизнес класса. Батарея и двигатель разработан для максимально эффективной, экономичной и длительной работы. Минусом ТС от Tesla сегодня считается слишком слабо развитая сервисная система, которая часто бросает владельца такой дорогой машины на произвол судьбы с его проблемами.

Устройство электромобиля и принцип его работы

Устройство электромобиля основывается на общеизвестных физических и технических принципах. Главное отличие состоит именно в моторе, который работает не на жидком дизельном топливе или бензине, а на генерируемом электрическом токе.

В моторе существуют два основных компонента: ротор и статор. Статор остается постоянно неподвижным, и по нему пропускается электрический ток определенной частоты. Генерируемое в статоре магнитное поле действует на ротор и тот начинает вращаться. Получаемая механическая энергия используется для движения транспортного средства. Скорость движка прямо пропорциональна частоте тока и количеству установленных магнитных полюсов.

Ток для питания статора генерируется установленными на борту батареями. В зависимости от модели машины батареи могут иметь разную емкость, конструкцию, особенности используемых механизмов работы.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:

• Заряда аккумулятора.
• Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
• Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.

Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.

Устройство и особенности гибридных систем

Применение гибридных автомобилей не только имеет свои преимущества, например, экологические, но и преследует определенные цели действующих игроков автомобильного рынка. Компании намерены сохранить налаженное конвейерное производство двигателей внутреннего сгорания. А постоянное ужесточение норм выброса вредных веществ – лишнее тому подтверждение.

По сути, гибридные системы подразумевают использование электродвигателя как дополнительного элемента, который способствует повышению мощности и экономии топлива. Ведь все подобные машины начинают движение именно благодаря ДВС.

Гибридные системы условно можно разделить на подвиды:

• Интегрированное содействие мотору.
• Интегрированный генератор стартера. Система, как и предыдущая, позволяет начинать движение машине, только в этом случае используется меньший электродвигатель.
• Система остановки/старта двигателя. Происходит отключение мотора, когда его мощность не используется, а затем он запускается моментально, как только это необходимо.

Различают также три вида «гибридов»:

• Параллельный. В этом случае батареи передают энергию электродвигателю, а бак – топливо для ДВС. Оба агрегата способны создать условия для перемещения транспортного средства.
• Последовательный. ДВС поворачивает генератор, который может или завести электродвигатель, или зарядить аккумуляторы.
• Последовательно-параллельная. ДВС, электродвигатель и генератор соединены с колёсами через планетарный редуктор.

Большинство существующих сейчас гибридных автомобилей относятся к параллельным. Хорошим решением является транспортное средство с подзарядкой. Оно открывает новые эксплуатационные возможности, нивелируя недостаток ограниченности пробега. При исчерпании заряда аккумулятора в работу вступает ДВС малой мощности.

Гибридная система существенно снижает уровень выводимых газов и увеличивает продуктивность расхода топлива, что особо актуально в условиях крупного населенного пункта. А рекуперативная система аккумулирует энергию.

Управление гибридным транспортным средством похоже на управление обычным автомобилем с автоматической коробкой передач. Только в этом случае обеспечивается низкий уровень шума, лучшая управляемость и повышенная мощность. При этом не нужно специально подзаряжать аккумуляторную батарею, это происходит при работе автомобиля.

Устройство автомобильного генератора

Автогенератор включает в себя несколько составляющих:

• Ротор.
• Статор.
• Блок щеток.
• Регулятор напряжения.
• Выпрямительный блок (диодный мост).

1 — задний подшипник; 2 — выпрямительный блок; 3 — контактные кольца; 4 — щетка; 5 — щеткодержатель; 6 — кожух; 7 — диод; 8 — втулка подшипника; 9 — винт; 10 — задняя крышка; 11 — крыльчатка; 12 — винт; 13 — ротор; 14 — обмотка ротора; 15 — передняя крышка; 16 — вал ротора; 17 — шайба; 18 — гайка; 19 — шкив; 20 — передний подшипник; 21 — обмотка ротора; 22 — статор.

Ротор

Ротором (от англ. rotation — вращение) называется подвижная часть автогенератора. Она представляет собой вал с расположенной на ней обмоткой возбуждения, находящейся между двумя полюсными половинками. Последние изготавливаются штамповкой, на каждой из них имеется шесть выступов в форме клюва, расположенных сверху обмотки. Эти половинки образуют систему полюсов и контактные кольца. Задача колец заключается в подаче электротока на обмотку через ее выводы.

Обмотка возбуждения предназначена для создания магнитного поля. Для решения этой задачи на нее должен быть подан слабый электроток. До запуска силового агрегата подачу тока для образования магнитного поля осуществляет АКБ. Когда ДВС заработает, и число оборотов достигнет нужной величины, подача тока на обмотку возбуждения будет производиться генератором

На роторе, кроме того, размещены:

• Приводной шкив.
• Подшипники качения.
• Охлаждающее устройство (вентилятор).

Ротор располагается внутри статора, зажатого между крышками корпусной части. Крышки снабжены посадочными местами, в которых помещаются роторные подшипники. Кроме того, в крышке, расположенной со стороны приводного шкива, имеются отверстия для вентиляции.

Схема вентиляции генераторов

Статор

Этот элемент, в отличие от вышеописанного, неподвижен (статичен), из-за чего и получил свое название. Его задача заключается в получении электротока переменной величины, возникающего под влиянием магнитного поля ротора. Статор состоит из обмоток и сердечника. Последний изготавливается из листовой стали и имеет пазы для укладки трех обмоток (по количеству фаз). Обмотки могут укладываться одним из двух способов: петлевым или волновым. Схема их соединения также может быть разной – в форме звезды или треугольника.

1 — сердечник; 2 — обмотка; 3 — пазовый клин; 4 — паз; 5 — вывод для соединения с выпрямителем.

При подключении по схеме «звезда» все обмотки соединяются вместе одним из концов в общей точке. Их вторые концы выполняют роль выводов. Схема «треугольник» предусматривает соединение обмоток по другому принципу: 1-я со 2-й, 2-я – с 3-ей, а 3-я, в свою очередь – с 1-й. В этом случае функцию выводов выполняют точки соединения. Наглядно обе схемы показаны на рисунке.

Схема «звезда» и «треугольник»

Блок щеток

Задача этой составляющей генератора заключается в передаче электричества на обмотку возбуждения. Конструктивно блок представляет собой корпус с расположенной в нем парой подпружиненных графитных щеток. Последние прижимаются с помощью пружин к контактным кольцам, но жестко с ними не скреплены.

Регулятор напряжения

Регулятор нужен для того, чтобы поддерживать величину напряжения на выходе в установленных пределах. Это необходимо, поскольку количество тока, как и его параметры, зависит от числа оборотов двигателя, а долговечность аккумулятора напрямую связана с подаваемой разностью потенциалов. Недостаточное напряжение приведет к «хроническому» недозаряду АКБ, а избыточное – к перезаряду. Как в первом, так и во втором случае срок службы батареи заметно снизится. Современные автомобили комплектуются электронными полупроводниковыми регуляторами.

Регулятор напряжения

Рекомендуем: Бензиновый двигатель против дизельного: отличия, особенности, преимущества и недостатки

Диодный мост (выпрямительный блок)

Задача этого элемента заключается в том, чтобы преобразовывать переменный ток, поступающий на него, в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Конструктивно он состоит из теплоотводящих пластин, в которые вмонтированы диоды в количестве 6 штук – по 2 на каждую статорную обмотку (на «+» и на «-») .

Минусы электромобилей

Первый минус электромобилей вытекает из их плюсов. Так как топливо не сжигается, а ”рогов”, как у троллейбуса, на крыше нет, надо как-то возить с собой запас энергии. Для этого в нижней части автомобиля устанавливаются огромные батареи. Побочным эффектом такого решения является более низкий центр тяжести и более жесткая конструкция кузова, что исключительно положительно сказывается на управляемости и безопасности.

Но, не стоит забывать, что батарея ”это не только ценный мех”, но и вредное химическое производство. Кроме того, что при производстве в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ, надо еще добыть компоненты для производства, включая редкоземельные металлы. Это тоже очень негативно влияет на экологию. Напомню, добыча редкоземельных металлов является одной из самых грязных добывающих отраслей.

Думаете электроника не влияет на здоровье человека? Еще как влиет! Вот доказательство.

А теперь представьте, сколько у вас устройств с аккумулятором. Смартфон, планшет, ноутбук, часы, пара ”батареек” дома и все. Для упрощения скажем, что это около килограмма батарей, возможно, полтора, но не больше. Столько аккумуляторов сейчас использует человек. А теперь накинем еще минимум по 300 килограмм батарей на каждого человека, у которого есть машина. Получится увеличение потребления в сотни раз. При этом, не стоит говорить о том, что не у всех есть машина. Они возьмут на себя батареи, которые будут устанавливаться в автобусы, такси, каршеринговые автомобили и другие транспортные средства. В итоге, получим примерно равное распределение.

Уже сейчас многие серьезно задумываются об утилизации батарей, ведь даже батарея смартфона несет непоправимый вред окружающей среде, а одна пальчиковая батарейка загрязняет до 20 квадратных метров земли. Что уж говорить о батарее автомобиля или автобуса, которая будет весить сотни килограмм. Для примера, батарея Tesla Model S весит 540 кг и имеет габариты 210х150х15 см.

Как таковой эффективной процедуры переработки батарей, если это не свинцовые образцы, нет. При переработке свинцовых батарей эффективность процесса очень высокая и теряется не более 10 процентов исходного продукта. В ход идет все, включая пластик, свинец и кислоты, но сама переработка не очень экономична, так как требует большого количества воды и энергии на поддержание работы целого предприятия с плавильными печами и прочим требовательным оборудованием.

Переработка батарей не выглядит очень экологично. Птички не поют, цветочки не цветут.

Элементы батарей электромобилей и портативной техники поддаются переработке существенно хуже и полезный выход не такой высокий. Кроме этого, также используется большое количество воды, которая пусть и после фильтрации, но сливается в канализацию, и энергии на поддержание работы предприятия.

Выходит, электромобиль экологичен только на этапе эксплуатации? Получается так. Конечно, при производстве автомобиля с двигателем внутреннего сгорания тоже есть вредные производства, но химии в этом процессе существенно меньше. Да и переплавить его потом намного проще.

Кроме этого, не стоит забывать, что электричество в розетках тоже не размножается почкованием. Его надо добыть и доставить до потребителя. При увеличении потребления до уровня ”электромобиль в каждый дом” придется строить не одну новую линию электропередач, которая загрязняет природу электромагнитным излучением. Есть еще минусы в нагрузке на сети городов, когда десятки тысяч автомобилей будут в 19:00 вставать на зарядку. В этом, правда, могут помочь технологии накопления, вроде супермаховиков или тех же батарей, которые надо перерабатывать.

Устройство и принцип работы

Любое электрическое оборудование автомобиля работает от генератора. Вместе с регулятором напряжения он образует цельный узел – генераторную установку. В машинах последних лет выпуска используются устройства переменного тока, которые в точности соответствуют заявленным требованиям индустрии.

Выходные параметры генератора выбираются таким образом, чтобы независимо от режима движения в машине не разряжался аккумулятор.

Принцип действия устройства и его конструктивное исполнение остается идентичным для всех транспортных средств. Предложенные на рынке модели различаются только качеством сборки, стоимостью и габаритами.

Основными составляющими узла являются следующие элементы:

• шкив – предназначается для передачи механической энергии от мотора к генераторному валу с помощью приводного ремня;
• корпус устройства – включает 2 крышки: переднюю (со стороны шкива) и заднюю, установленную со стороны контактных колец. Такие устройства необходимы для фиксации статора, монтажа генератора на мотор и установки подшипников ротора. На крышке сзади имеется выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения и внешние выводы;
• ротор – стальной вал со стальным втулками в форме клюва. Между этими элементами закреплена специальная обмотка. Ее выводы соединены с контактными кольцами. Генераторы снабжаются цилиндрическими кольцами из меди;
• статор – конструкция из листов стали в форме трубы. В пазах статора находится 3-фазная обмотка, отвечающая за мощность работы;
• сборка с выпрямителями – совмещает 6 мощных диодов, которые спрессованы по 3 штуки с противоположными теплоотводами;
• регулятор напряжения – прибор, сохраняющий напряжение бортовой сети транспортного средства в установленных пределах, даже если электрическая нагрузка на цепь поменяется, а показатели частоты оборотов генератора и внешней температуры будут отличаться от начальных
• щеточный узел – съемный пластмассовый механизм, в котором находятся подпружиненные щетки, контактирующие с роторными кольцами;
• защитная крыша диодного модуля.

Специфика работы устройства сводится к эффекту электромагнитной индукции. Если медная катушка подвергается пронизыванию магнитного потока, то при изменении поля на выводах появляется напряжение, сопоставимое со скоростью изменения потока.

Роторная система полюсов обладает остаточным магнитным потоком, присутствующим даже при полном отсутствии тока в обмотке. Но его значение небольшое и производит самовозбуждение генератора только при пиковых частота вращения.

Линейные цепи

Это отдельная категория деталей, которая пользуется огромным спросом среди профессионалов. В соответствии с законом Ома ток в линейных электрических цепях пропорционален приложенному напряжению. Уровень сопротивления постоянен и абсолютно не зависит от приложенного к нему напряжения. Если ВАХ электрического элемента является прямой линией, то такой элемент называется линейным. Стоит отметить, что в реальных условиях сложно добиться высоких показателей, так как пользователю нужно создать оптимальные условия.

Для классических электрических элементов линейность носит условный характер. Например, сопротивление резистора зависит от температуры, влажности и других параметров. В жаркую погоду показатели существенно возрастают, из-за чего механизм теряет свою линейность.

Нужна ли электромобилю трансмиссия?

Это очень интересный вопрос, на котором был сделан акцент ещё в начале статьи, ведь несведущие юзеры действительно не знают, есть ли на электрокарах коробка передач, вернее они думают, что по традиции точно есть. Так вот, коробка передач в электрической машине в привычном понимании практически не используется, её место занимает простенький редуктор с одной ступенью. Он преобразует высокие обороты электромотора в более низкие, которые требуются для передачи на ведущие колёса транспортного средства.

Очень эффективным решением является мотор-колесо, когда весь электродвижок дислоцируется непосредственно в ступице колеса. Поэтому, сами понимаете, потребность в трансмиссии здесь просто отпадает сама собой. Однако у такой компоновки имеет место и недостаток: по причине увеличения неподрессоренной массы на колёсах, даёт о себе знать ухудшение управляемости авто. Подробнее о мотор-колёсах для электромобиля писалось в этой теме, так что, данная разработка без сомнений имеет перспективы, но, к сожалению, развивается всё это мероприятие довольно медленно.

Конечно, бывают случаи, когда коробка передач всё-таки присутствует на электрифицированном автомобиле, но здесь речь идёт о «домашних» переделках: типа ВАЗовская классика и иже с ней с электродвигателем под капотом. Естественно, это не электромобиль с чистого листа, а всего лишь переделанный ДВС-ник. Подробнее от таких технических манёврах можно узнать из этой статьи.

Один из лучших тяговых электродвигателей для электромобилей. Чем же он так хорош?

Это тяговый электродвигатель для электромобилей TZ300XS058, который стоит до $4000 . Его максимальная мощность 231 кВт (314 л.с.), пиковый момент доходит до 580 Нм, а весит он 86 кг. Интересен этот электромотор тем, что на его переднем щите есть посадочные отверстия под подшипники для формирования редуктора. Фактически это заготовка под редуктор. Удобно такое конструктивное решение тем, что на этой основе вы можете сделать редуктор с нужным вам передаточным числом. При этом он может быть как одноступенчатым, так и двухступенчатым. Достаточно приобрести стандартные подшипники, а валы, шестерни и зубчатые колёса изготовить на заказ.

Технические характеристики электродвигателя:

Такая необходимость возникает, когда вам нужно собрать электромобиль, у которого каждое колесо приводится во вращение своим электроприводом. И поскольку этот электродвигатель развивает скорость до 9050 об/мин, то нельзя просто взять и передать крутящий момент от его вала к колесу, т.к. у него слишком большая скорость и низкий момент. Однако такой встроенный редуктор с нужными вам параметрами позволит реализовать схему со своим электроприводом на каждое колесо. Тем более, что его габариты позволяют это сделать.

Ну и разумеется если вам не нужен такой конструктивный бонус, то всегда можно вооружиться болгаркой и отпилить его. В таком случае такой электродвигатель можно смело подключать на редуктор-дифференциал, как на задний, так и на передний, и реализовать таким образом как моноприводную, так и полноприводную схему. Спилить также можно и клеммную коробку.

Графики взаимосвязи мощности, момента и скорости вращения:

Для примера: если у вас редуктор-дифференциалы с передаточным числом 4,5 , то с одного электродвигателя вы получите 2610 Нм крутящего момента на колёсах, а при использовании второго в сумме колёсный момент достигнет 5220 Нм. При этом если принять диаметр колёс за 70 см, то максимальная скорость составит 265 км/ч. При полноприводной схеме суммарная мощность электромобиля достигнет 462 кВт (628 л.с.).

Зависимость КПД от соотношения скорости вращения и крутящего момента:

Разумеется к этому электродвигателю, который рассчитан на напряжение 650 В, производитель предлагает контроллер CB450HS мощностью 450 кВт.

Источник