Generator de automobile - un dispozitiv care convertește energia mecanică de rotație a arborelui cotit al unui motor de mașină în energie electrică .
Generatorul auto este utilizat pentru alimentarea consumatorilor electrici , cum ar fi sistemul de aprindere , iluminatul auto , computerul de bord , sistemul de diagnosticare și altele, precum și pentru a încărca bateria mașinii [1] . Generatoarele auto sunt impuse cerințe de înaltă fiabilitate, deoarece generatorul asigură funcționarea fără probleme a majorității componentelor unei mașini moderne. Puterea tipică a unui generator modern într-o mașină este de aproximativ 1 kW.
La primele mașini, au fost utilizate generatoare de colectoare de curent continuu , al căror ansamblu colector necesita monitorizare constantă și întreținere frecventă și, în plus, a limitat serios curentul de sarcină. Apariția redresoarelor cu diode puternice , inițial seleniu , iar mai târziu siliciu , a făcut posibilă utilizarea unui alternator sincron pe o mașină , incomparabil mai fiabil și de aproximativ trei ori mai puțin grele / consumatoare de materiale, cu aceeași putere și curent de ieșire mai stabil.
În mașinile moderne, se folosesc mașini electrice AC trifazate sincrone , iar în redresor se folosește un redresor trifazat conform schemei Larionov.
Pentru ca generatorul să dea curent sarcinii după pornirea motorului, este necesar să se furnizeze energie înfășurării de excitație. Acest lucru se întâmplă atunci când cheia de contact este rotită în poziția de lucru. Curentul din înfășurarea de excitație este controlat de un stabilizator de tensiune , care poate fi realizat ca o unitate separată sau încorporat în ansamblul periei al generatorului. În marea majoritate a generatoarelor moderne, stabilizatorul de tensiune (SN) este alimentat de o secțiune separată a redresorului. Rotorul generatorului este antrenat de la arborele cotit printr-un scripete de curea trapezoidale . Câmpul electromagnetic creat de înfășurarea de excitație induce un curent electric în înfășurările de fază ale statorului.
Datorită instabilității turației motorului și schimbărilor frecvente bruște de sarcină, este necesară stabilizarea tensiunii de ieșire a generatorului, aceasta este furnizată de un stabilizator de tensiune prin modificarea curentului de excitație al generatorului.
Tensiunea rețelei de bord cu generatorul în funcțiune și regulatorul de tensiune în stare bună se menține la 13,9 - 14,5 V. Această tensiune este necesară pentru a asigura trecerea curentului de încărcare prin baterie, în timp ce este necesar să se asigure un exces din potențialul electrochimic comun al tuturor plăcilor tuturor cutiilor, altfel bateria auto nu va fi încărcată.
Pe mașini și autobuze cu motoare diesel puternice sunt folosite demaroare puternice . Pentru a furniza energie fără a crește consumul de curent, se utilizează o tensiune crescută a rețelei de bord - 24 de volți. Instalați generatoare de 24 de volți (în mod nominal 28,4 volți).
Pe mașinile și motocicletele vechi, tensiunea în rețeaua de bord a fost de 6 volți, generatoarele erau, de asemenea, de 6 volți, de regulă, DC cu trei perii cu un releu de curent invers ( GAZ-67B , Moskvich-400 , ZIS- 110 ).
Pe mașinile fabricate înainte de anii 1960 (de exemplu , GAZ-51 , GAZ-69 , GAZ-M-20 „Victory” și multe altele), au fost instalate generatoare de curent continuu .
Pe polii generatorului (aflați pe stator ) , din oțel electric, există o înfășurare de excitație. La ancora generatorului se află o înfășurare de putere, din care curentul electric este îndepărtat cu ajutorul unui colector cu perii . Înfășurarea de excitație și înfășurarea armăturii sunt conectate în paralel , un releu-regulator este inclus în circuitul de înfășurare de excitație.
Releul-regulator este format din trei relee electromagnetice :
1. Regulatorul de tensiune cheie ( abreviat ca SN pe circuitele electrice ) reduce fluxul magnetic în înfășurarea câmpului (pe stator); înfăşurarea releului este conectată în serie cu înfăşurarea de excitaţie. Când tensiunea generatorului crește peste limita calculată (de exemplu, mai mult de 14,5 volți), releul electromagnetic este activat și o rezistență suplimentară este activată în serie cu înfășurarea de excitație , limitând curentul de excitare, fluxul magnetic scade și , prin urmare, tensiunea la generator va scădea. Când tensiunea scade sub releul electromagnetic calculat, șuntează rezistența suplimentară, curentul din înfășurarea de excitație crește, fluxul magnetic crește și tensiunea de pe generator crește. Deoarece procesul se desfășoară cu o frecvență înaltă , tensiunea din rețeaua de bord a vehiculului rămâne aproape constantă.
În regulatoarele de tensiune cheie ale generatoarelor de curent continuu, releul este un declanșator Schmitt de precizie , contactele releului care manevrează rezistența suplimentară în serie în înfășurarea de excitație a generatorului sunt elementul cheie de acționare , iar generatorul este obiectul de control.
Stabilizatorul de tensiune cheie cu declanșare Schmitt are un design simplu. Frecvența de închidere/deschidere a cheii din ea este determinată de suma constantelor de timp de încărcare și de descărcare ale unității obiectului de control (baterie și alți consumatori de energie electrică) și diferența dintre tensiunile maxime admisibile și minime admisibile. Cu cât intervalul de tensiuni admisibile este mai mare, cu atât frecvența de închidere/deschidere a cheii este mai mică. Sub sarcină constantă, frecvența de întrerupere/rupere este constantă. Frecvența semnificativ mai mică de închidere/deschidere a cheii în stabilizatoarele de tensiune cu declanșare Schmitt, în comparație cu alte circuite stabilizatoare, permite utilizarea comutatoarelor de frecvență mai joasă , care sunt mai ieftine decât cele de înaltă frecvență și sunt mai utilizate pe scară largă. Utilizarea unui circuit stabilizator de tensiune cheie cu un declanșator Schmitt a făcut posibilă utilizarea unor astfel de elemente de comutare cu cheie de joasă frecvență ca relee în regulatoarele de tensiune pentru automobile .
2. Limitator de curent (abreviat ca OT) - un releu electromagnetic care nu permite curentului generatorului sa depaseasca valoarea calculata. Înfășurarea limitatorului de curent este conectată în serie între generator și consumatori. Când curentul atinge puterea nominală și, prin urmare, în înfășurarea limitatorului de curent, releul este activat și o rezistență suplimentară este inclusă în circuitul de înfășurare de excitație, curentul de excitație scade, tensiunea de pe generator scade și, prin urmare, curentul furnizat. de către generator scade. Când consumatorii sunt opriți, limitatorul de curent menține o valoare constantă a curentului de încărcare al bateriei. Când consumatorii de energie sunt porniți, curentul de încărcare va scădea în funcție de rezistența la sarcină. În acest caz, dacă curentul circuitului extern depășește maximul permis de limitatorul de curent, atunci, pe lângă curentul generatorului, circuitul extern va primi curent de la baterie, adică bateria va fi descărcată.
Limitatorul de curent și regulatorul de tensiune nu funcționează în același timp. Până când curentul dat de generator atinge valoarea maximă admisă, funcționează doar regulatorul de tensiune. Când curentul generatorului atinge valoarea limită, limitatorul de curent activează o rezistență suplimentară, iar regulatorul de tensiune încetează să funcționeze.
3. Releu de curent invers (abreviat ROT) . Cu o trecere lungă a curentului de la baterie prin generator, înfășurările se pot supraîncălzi, în plus, bateria este descărcată inutil. Scopul releului de curent invers este de a deconecta automat generatorul de la circuitul extern atunci când tensiunea acestuia devine mai mică decât tensiunea bateriei și pornirea generatorului de îndată ce tensiunea generatorului depășește valoarea calculată.
Dacă pe panoul de bord este instalată o lampă de avertizare pentru funcționarea generatorului (se aprinde atunci când tensiunea generatorului este scăzută, când energia bateriei este consumată), este instalat un al patrulea releu (de obicei efectuat într-o carcasă separată) - releu pentru aprinderea lămpii de avertizare.
În URSS, numai relee-reglatoare de vibrații (cu relee electromagnetice) au fost produse în serie, în anii 1970 - 1980 s-a remarcat apariția modelelor de radio amatori pe dispozitive semiconductoare (publicate în revistele Radio , Behind the Wheel , To Help a Radioamator .
Primul design de generatoare de curent alternativ a fost prezentat de Neuville, SUA, în 1946. Acesta a constat din aproape toate elementele caracteristice generatoarelor de curent continuu: un alternator cu o înfășurare de excitație (separat), un bloc de redresoare cu seleniu (separat) și un regulator de tensiune cheie (SN), un releu de curent invers (ROT), un limitator de curent (OT) - trei produse într-un caz separat. Scopul principal al produsului de 4 kW este vehiculele și autobuzele militare speciale. În ceea ce privește caracteristicile de greutate și dimensiune, această dezvoltare a fost de 2,5 ori mai mică decât analogul său la curent continuu.
În URSS, în jurul anului 1954, a fost prezentat primul proiect al unui alternator cu doar CH și o unitate redresor bazată pe diode redresoare cu seleniu. Dezvoltatorul principal al MPEI , a cărui echipă a publicat anterior un articol despre generatoarele sincrone cu redresoare cu seleniu. În 1955, primul lot pentru vehiculele GAZ a fost produs în valoare de 2000 de unități. Dezvoltarea, optimizarea proiectării în serie și organizarea producției au fost realizate sub conducerea Institutului de Cercetare a Autopriborurilor (acum NIIAE) și a fabricii KZATE din Samara. Unul dintre dezvoltatorii de frunte a fost Yu. A. Kupeev (Institutul de Cercetare din Avtopriborov) și V. I. Vasilevsky (KZATE, Samara), datorită cărora a apărut primul proiect de serie al generatoarelor de curent alternativ în URSS și pe continentul european.
În 1960, Chrysler a introdus primul design de redresor din siliciu din lume cu tehnologie de producție îmbunătățită. În caz contrar, ea a repetat dezvoltarea autorilor din URSS. În același timp, în Statele Unite a început o tranziție masivă la generatoarele de curent alternativ, care a avut loc ulterior în URSS abia în 1967.
Primul generator în serie din URSS care a concurat cu produsele Chrysler a fost G250.
Mașinile moderne folosesc alternatoare trifazate sincrone cu un redresor cu semiconductor trifazat încorporat .
Rotorul unui alternator de automobile are o înfășurare de excitație (pentru un generator de curent continuu, înfășurarea de excitație este situată pe miezurile polilor) , curentul este furnizat prin perii și inele colectoare . Statorul are trei înfășurări legate printr-o „ stea ”. Curentul preluat de la stator este redresat de șase diode semiconductoare (încorporate în placa redresorului) și devine pulsatorie constantă . În plus, curentul redresat intră în rețeaua electrică de bord a vehiculului.
Regulatorul de tensiune cheie reglează curentul înfășurării câmpului într-o manieră de feedback negativ , astfel încât tensiunea de ieșire a generatorului să fie cât mai stabilă posibil. Regulatorul de tensiune cu cheie declanșat de Schmitt permite utilizarea regulatoarelor cu cheie cu frecvență joasă, care sunt mai ieftine și mai disponibile pe scară largă decât regulatoarele cu cheie cu frecvență înaltă, până la regulatoare cu cheie cu frecvență joasă, cum ar fi releele .
Stabilizatoarele de tensiune cheie ale alternatoarelor pot fi vibraționale (doar relee electromagnetice ), tranzistori de contact (relee electromagnetice controlate de un circuit tranzistor) sau fără contact (nu există releu electromagnetic, curentul este controlat de o cheie electronică pe tranzistori ). Design - realizat într-o carcasă separată sau încorporat în generator.
De exemplu, pe o mașină GAZ-53 , a fost utilizat un stabilizator de tensiune cu tranzistor de contact RR-362 (generator G-250), pe un VAZ-2101 - un stabilizator de tensiune de vibrații RR-380 (generator G-221) și pe o mașină Moskvich-2140 - stabilizator de tensiune de contact- tranzistor RR-362A. La lansările ulterioare ale mașinilor VAZ și Moskvich-2140 , a fost folosit regulatorul de tensiune de comutare Ya-112 .Limitatorul de curent nu este utilizat, deoarece alternatoarele au proprietatea de a autolimita curentul datorită contrainducției rotorului de către înfășurările de fază atunci când curentul crește în ele, nu există un releu de curent invers ca atare, funcțiile sale sunt îndeplinite. prin redresor; caracteristică este utilizarea unui releu pentru aprinderea lămpii de control a generatorului, alimentat fie din punctul zero al redresorului, fie din două faze ale generatorului. În unele cazuri (G-502 pe ZAZ-968 ), funcțiile unui astfel de releu sunt îndeplinite de releul de blocare a demarorului RB-1, de asemenea, întrerupe circuitul de alimentare al releului de pornire după pornirea motorului.
Pentru lucrul în condiții dificile (conținut mare de praf, murdărie) se produc alternatoare fără perii. Acestea sunt utilizate pe utilaje agricole și alte echipamente speciale. Cu aceeași dimensiune și greutate, puterea alternatoarelor fără perii este mai mică decât cea a alternatoarelor cu inele colectoare.
Utilizarea generatoarelor de curent alternativ face posibilă reducerea dimensiunilor totale și a greutății generatorului, creșterea fiabilității acestuia, menținând sau chiar mărind puterea în comparație cu generatoarele de curent continuu.
De exemplu, generatorul de curent continuu G-12 ( mașina GAZ-69 ) cântărește 11 kg, curentul nominal de 20 de amperi , iar alternatorul G-250P2 ( mașina UAZ-469 ) cu o masă de 5,2 kg produce un curent nominal de 28 de amperi.Pe tractoare și alte mașini agricole care nu au baterii, generatoarele sunt instalate cu excitație de la magneți permanenți . Deci, pe tractorul SKHTZ 15/30 (produs în anii 1930), a fost instalat un generator de curent continuu (motorul a fost pornit manual, cu mâner); pe tractorul DT-75 - un alternator (motorul a fost pornit de un „lansator” pe benzină ). Au fost instalate și regulatoare de tensiune, altfel lămpile cu incandescență ar arde la turații mari ale motorului fără ele .
La autovehiculele cu sistem de aprindere a bateriei, dispozitivul și principiul de funcționare al generatoarelor nu diferă de cele auto. Vechile biciclete aveau alternatoare de 6 volți DC, cele noi aveau alternatoare de 12 volți.
La autovehiculele care nu au baterii (de exemplu, motocicletele "Minsk" , " Voskhod "), alternatoarele sunt instalate cu excitație de la magneți permanenți .
La motocicletele cu un aranjament longitudinal al motorului ( motociclete Ural , motociclete Dnepr etc.), generatorul este situat în exterior pe carter , rotație de la arborele cotit printr-o transmisie cu angrenaje sau curea .
La motocicletele cu motor transversal (de exemplu, motocicletele IZH ), rotorul generatorului este montat pe capătul frontal al arborelui cotit (dreapta în direcția de mers), generatorul este situat în carterul combinat al motorului și al cutiei de viteze , închis. cu un capac. De obicei, părți ale sistemului de aprindere sunt combinate cu părți ale generatorului ( contacte ale întreruptorului sau un senzor de moment al scânteii al unui sistem de aprindere electronică fără contact )
La „aprindere” generatorul auto al mașinii donatoare (în special regulatorul de tensiune) se poate defecta. Cert este că curentul consumat de demarorul electric este mult mai mare decât curentul maxim pentru care este proiectat generatorul.
De exemplu, demarorul ST-221 ( VAZ-2101 ) are o capacitate de 1,77 litri. Cu. , curent fără sarcină 35 Amperi , în regim de frânare completă 500 A. Generatorul G-221 al aceleiași mașini este proiectat pentru un curent maxim de 42 A.Pentru „iluminare” sigură, se recomandă deconectarea bornei negative a bateriei de pe mașina donatoare și/sau oprirea motorului cu ardere internă.