Выдержка из текста работы
Первый генератор был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксии. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867 гг.) создавались генераторы у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнита.
При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В.1866-1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.
В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А. Пачинотти.
В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. Который при езде вырабатовал ток.
Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания заработал, его нужно раскрутить до частоты запуска, используя внешний источник энергии. До изобретения электрического стартера таким источником энергии был человек, вернее его мускульная сила. Автолюбитель начала двадцатого века вращал коленвал при помощи пусковой/заводной ручки, это было крайне неудобно, трудно и сопряжено с определенной долей опасности, что подтверждают сотни сломанных пальцев и вывихнутых запястьев. Кроме того ручной запуск мощных двигателей с высокой степенью сжатия требовал от автовладельца хорошей физической подготовки. Возникла потребность в нетравмоопасном и простом в эксплуатации устройстве для запуска двигателя. В 1899 году Клайд Коуман первым предлагает использовать электрический пускатель, но конструкция стартера оказалась «сырой», имела ряд недостатков и не вызвала должного интереса у американских автопромышленников.
В 1911 году изобретатель из Огайо — рядовой сотрудник компании Delco Products — Чарльз Кеттеринг приступает к работе над проектом, который впоследствии принесет ему мировую известность и вице-президентство в корпорации General Motors. Этот проект носил название «электрический стартер для запуска автомобильного двигателя». Спустя пару месяцев Кеттеринг публикует статью в журнале «Popular Mechanics» о проектируемом устройстве, чем вызывает насмешки в свой адрес от коллег-изобретателей. Эксперты единогласно утверждали, что для запуска двигателя необходим сопоставимый ему по размерам электромотор мощностью как минимум пять лошадиных сил, а аккумуляторов способных дать столько тока в то время не существовало. На страницах журнала развернулась нешуточная полемика, Кеттеринг приводил оппонентам в пример успешное изобретение 1904 года, когда по заказу фирмы NCR он заменил заводную ручку в кассовых аппаратах на маленький электродвигатель. 15 июня 1911 года Чарльз Кеттеринг представляет на суд автоконцернов стартер — электрический моторчик, который в течение короткого промежутка времени развивал достаточно большую мощность, чтобы раскрутить коленвал двигателя до требуемой частоты вращения, а после запуска тот же электромотор использовался в качестве генератора, чтобы заряжать аккумуляторную батарею. Первым по достоинству изобретение оценил Генри Лиланд — основатель автогиганта Cadillac. И в 1912 году в серийное производство запускается автомобиль Cadillac Model Thirty, в котором коленвал двигателя раскручивался стартером Кеттеринга. Что касается остальных автокомпаний, то они довольно скептически отнеслись к электрическому пуску, например, массовый автомобиль тех лет «Жестянка Лиззи» — Ford Model T вплоть до 1919 года комплектовался лишь заводной ручкой. И только с 1920 года автопроизводители стали инсталлировать в пусковую систему двигателя электрический стартер.
Стоит отметить одно интересное событие, произошедшее в 1916 году, американский инженер Винсент Гуго Бендикс предложил использовать в конструкции стартера особую обгонную муфту, назначение которой предотвращать передачу вращающего момента от ведомого вала обратно к ведущему, если ведомый начинает крутиться быстрее. Это новшество сняло со стартера функцию генератора и в электрооборудовании автомобиля появились два обособленных устройства: источник энергии при работающем двигателе — генератор и потребитель энергии — стартер.
2. Назначение автомобильных генераторов и стартеров
автомобильный генератор стартер
1. Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:
— одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АКБ;
— при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах двигателя не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;
— напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.
2. Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радиопомех.
Генератор является своеобразной электростанцией автомобиля. Генератор расположен на двигателе и посредством клиновидного (поликлинового) ремня от шкива коленчатого вала приводится в действие. Шкивы имеют различный диаметр, что позволяет ротору генератора вращаться в 1,8-2,5 раза быстрее коленчатого вала. Генератор вырабатывает электроэнергию, которой достаточно для питания всех необходимых узлов автомобиля, а так же для подзарядки аккумулятора на холостых оборотах.
Современные автомобили оснащены генераторами переменного тока. Автомобильная начинка работает только в режиме постоянного тока. Установленный диодный мост (выпрямительный блок) обеспечивает подачу постоянного тока. Электроприборы автомобиля работают при напряжении 13,8-14,7 В, поэтому вместе с генератором работает реле-регулятор напряжения, который призван поддерживать необходимое напряжение. Современные автомобильные генераторы оснащаются интегральным регулятором напряжения, который в простонародье называется «таблетка» или «шоколадка».
Стартер предназначен для проворачивания коленчатого вала при пуске двигателя. Все современные автомобили снабжаются системой электропуска. Система состоит из электродвигателя постоянного тока, питаемого от аккумуляторной батареи и называемого стартером. Во время пуска двигателя вал стартера соединяется с коленчатым валом двигателя шестеренчатой передачей. Стартер должен:
1) иметь достаточную мощность для проворачивания коленчатого вала;
2) обладать малыми габаритами и весом;
3) быть надежным в работе.
Структурный состав автомобильного генератора
1. Шкив — служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора посредством ремня;
2. Корпус генератора состоит из двух крышек: передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования;
3. Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками клювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными кольцами;
4. Статор — пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора;
Рис.1. Ротор автомобильного генератора: а — в сборе; б — полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 — обмотка возбуждения; 4 — контактные кольца; 5 — вал
Рис. 2. Статор генератора:
1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовый клин, 4 — паз, 5 — вывод для соединения с выпрямителем.
5. Сборка с выпрямительными диодами — объединяет шесть мощных диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы;
6. Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды;
7. Щеточный узел — съемная пластмассовая конструкция. В ней установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора;
8. Защитная крышка диодного модуля.
3. Структурный состав и принцип работы автомобильного стартера
В системах управления электростартером предусмотрены электромагнитные тяговые реле, дополнительные реле и реле блокировки, обеспечивающие дистанционное включение, автоматическое отключение стартера от аккумуляторной батареи после пуска двигателя и предотвращение включения стартера при работающем двигателе.
Источником энергии в системах электростартерного пуска является стартерная свинцовая аккумуляторная батарея — химический источник тока, поэтому в электростартерах используют электродвигатели постоянного тока. Характеристики стартерного электропривода с электродвигателями постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения хорошо согласуются со сложным характером нагрузки, создаваемой поршневым двигателем при пуске.
Стартерный электродвигатель получает питание от аккумуляторной батареи через замкнутые контакты тягового электромагнитного реле. При замыкании контактов выключателя приборов и стартера, дополнительного реле или реле блокировки втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле подключаются к аккумуляторной батарее. Якорь тягового реле притягивается к сердечнику электромагнита и с помощью штока и рычага механизма привода вводит шестерню в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя.
В конце хода якоря контактная пластина замыкает силовые контактные болты, и стартерный электродвигатель, получая питание от аккумуляторной батареи, приводит во вращение коленчатый вал двигателя.
После пуска двигателя муфта свободного хода предотвращает передачу вращающего момента от маховика к валу якоря электродвигателя. Шестерня привода не выходит из зацепления с венцом до тех пор, пока замкнуты контактные болты. При размыкании выключателя втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле подсоединяются к аккумуляторной батарее последовательного через силовые контактные болты. Так как витков у обеих обмоток одинаково и по ним при последовательном соединении проходит один и тот же ток, обмотки при разомкнутом выключателе создают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается, возвратная пружина перемещает якорь реле в исходное нерабочее положение и выводит шестерню из зацепления с зубчатым венцом маховика. При этом размыкаются и силовые контактные болты.
4. Принцип работы автомобильного генератора
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И, наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой — подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) — ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генераторной установки, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2…3 Вт.
При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора генератора N и числа его пар полюсов р:
f=p*N/60 (1.1)
За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения я ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т. к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора. С учетом передаточного числа i ременной передачи от двигателя к генератору частота сигнала на входе тахометра fт связана с частотой вращения коленчатого вала двигателя Nдв соотношением:
f=p*Nдв(i)/60 (1.2)
Конечно, в случае проскальзывания приводного ремня это соотношение немного нарушается и поэтому следует следить, чтобы ремень всегда был достаточно натянут. При р=6, (в большинстве случаев) приведенное выше соотношение упрощается :
fт = Nдв (i)/10 (1.3)
Бортовая сеть требует подведения к ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор.
Обмотка статора генераторов зарубежных фирм, как и отечественных — трехфазная. Она состоит из трех частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т. е. на 120 электрических градусов, как это показано на рис. I. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения Uф действуют между концами обмоток фаз. Фазные токи Iф протекают в этих обмотках, линейные же напряжения Uл действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи Jл. Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные.
Рис. 3. Принципиальная схема генераторной установки.
Uф1 — Uф3 — напряжение в обмотках фаз: Ud — выпрямленное напряжение; 1, 2, 3 — обмотки трех фаз статора: 4 — диоды силового выпрямителя; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — нагрузка; 7 — диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 8 — обмотка возбуждения; 9 — регулятор напряжения
При соединении в «треугольник» фазные токи в корень из 3 раза меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что притом же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более толстым проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» в корень из 3 больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».
Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда».
Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых: VD1, VD3 и VD5 соединены с выводом «+» генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом «-» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис.3, пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т.к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».
У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9—VD 11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. По графику фазных напряжений (см. рис. 3) можно определить, какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения Uф1 действует в обмотке первой фазы, Uф2 — второй, Uф3 — третьей. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t1, когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы — положительно, а третьей — отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам, показанным на рис. 1. Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление — от вывода «+» генераторной установки к ее выводу «—» («массе»), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени t1 открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9—VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25…35 А).
Остается рассмотреть принцип работы плеча выпрямителя, содержащего диоды VD7 и VD8. Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками — первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, главным образом, третьей, частота которой в три раза выше, чем первой. Представление реальной формы фазного напряжения в виде суммы двух гармоник (первой и третьей) показано на рис.4.
Рис.4. Представление фазного напряжения Uф в виде суммы синусоид первой, U1, и третьей U3, гармоник
5. Устройство автомобильного генератора и стартеров
Рис. 5. Общий вид автомобильного генератора.
1 и 19 — алюминиевые крышки; 2 — блок диодов выпрямителя; 3 -вентиль выпрямительного блока; 4 — винт крепления выпрямительного блока; 5 — контактные кольца; 6 и 18 — задний и передний шарикоподшипники; 7 — конденсатор; 8 — вал ротора; 9 и 10 — выводы; 11- вывод регулятора напряжения; 12 — регулятор напряжения; 13 — щетка; 14 — шпилька; 15 — шкив с вентилятором; 16 — полюсный наконечник ротора; 17 — дистанционная втулка; 20 — обмотка ротора; 21- статор; 22 — обмотка статора; 23 — полюсный наконечник ротора; 24 — буферная втулка; 25 — втулка; 26 — поджимная втулка
Генераторная установка переменного тока состоит из трехфазного синхронного генератора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и регулятора напряжения вибрационного, контактно-транзисторного или бесконтактного типа.
В зависимости от способа контроля заряда аккумуляторной батареи существуют две схемы соединения генераторной установки: схема самперметром (рис. 3) и схема с контрольной лампой (рис. 6).
Рис. 6. Схема соединений генераторной установки переменного тока с амперметром для контроля заряда аккумуляторной батареи:
1 — генератор:
2 — выпрямительное устройство;
3 — регулирующее устройство:
4 — выключатель зажигания;
5 — амперметр;
Ш — вывод обмотки возбуждения: плюсовой вывод выпрямителя
Рис. 7. Схема соединений генераторной установки переменного тока с контрольной лампой заряда аккумуляторной батареи:
1 — генератор;
2 — выпрямительное устройство;
3 — регулирующее устройство;
4 — реле контроля заряда;
5 — контрольная лампа;
6 — выключатель зажигания
Во избежание разряда аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения генератора регулятор напряжения включают в общую цепь через выключатель зажигания.
Особенностью автомобильного трех фазного генератора является применение клювообразных полюсов и обмотки возбуждения, состоящей из одной катушки. В отличие от синхронных явно полюсных генераторов общепромышленного назначения, в автомобильных генераторах с клювообразными полюсами магнитные потоки отдельных полюсов замыкаются через сердечник ротора и образуют полный магнитный поток генератора, равный сумме магнитных потоков всех полюсов одинаковой полярности. Это дает возможность применить одну сосредоточенную обмотку возбуждения простой формы и расходовать на ее изготовление минимальное количество проводникового материала — меди. Концы обмотки возбуждения выводят к контактным кольцам, расположенным на валу. В отечественных генераторах число полюсов равно 12.
Рис. 8. Общий вид автомобильного стартера.
1 — задняя (тыльная) крышка;
2 —ламельный коллектор;
3 — токовый провод;
4, 26 — постоянные ферритовые магниты;
5 — токовый контактор тягового реле;
6 — пусковое тяговое реле (ПТР);
7 — включатель ПТР;
8 — соленоид ПТР;
9 — возвратная пружина;
10 — толкатель включателя;
11 — тяговый керн ПТР;
12 — резиновая заглушка;
13 — втулка с осью для вилки МСХ;
14 — вилка муфты МСХ;
15 — передняя (лобная) крышка — станина стартера;
16 — шток поводковой муфты;
17 — вторичный (выходной) вал;
18 — шестерня МСХ;
19 — муфта свободного хода (МСХ);
20 — большая неподвижная шестерня планетарного редуктора;
21 — водило на торце вторичного вала;
22 — сателлитная шестерня;
23 — первичный вал (вал ЭДВ) с ведущей шестерней планетарного редуктора;
24 — якорь ЭДВ;
25 — ярмо (магнитопроводящее кольцо) статора;
26 — постоянный магнит;
27 — щетка КЩМ
Конструкция стартера включает в себя три основных узла. Первый это тяговый электродвигатель постоянного тока с коллектором, второй бендикс (механизм, названный по фамилии изобретателя Бендикса) с приводной шестерней и обгонной муфтой, и третий узел это втягивающее реле, имеющим привод на бендикс и контактную группу, которая включает в себя электродвигатель.
После поворота ключа, включающего стартер, по обмоткам тягового реле от аккумулятора поступает ток. Под его действием возникает магнитное поле, которое втягивает якорь реле. Перемещаясь, якорь через рычаг двигает обгонную муфту с шестерней, и при этом вводит ее в зацепление с зубчатым венцом маховика. В то же время контактная пластинка замыкает контакты, и через них поступает ток на электродвигатель. Якорь стартера начинает под действием электромагнитного поля крутиться вместе со ступицей и внешним кольцом обгонной муфты. После запуска двигателя частота вращения шестерни становиться больше частоты вращения якоря и внутренне кольцо обгонной муфты, которое объединено с шестерней, перемещает ролики в широкую часть паза внешнего кольца, при этом сжимая пружины плунжеров. Здесь ролики могут свободно вращаться и шестерня крутится, не увлекая якорь. Вслед за отпусканием ключа следует размыкание цепи питания обмоток тягового реле. Далее пружина возвращает якорь реле в начальное положение. Контакты размыкаются и обгонная муфта возвращается с шестерней в начальное положение.
6. Основные технические характеристики автомобильных генераторов и стартеров
Способность генераторной установки обеспечивать потребителей электроэнергией на различных режимах работы двигателя определяется его токоскоростной характеристикой (ТСХ) — зависимостью наибольшей силы тока, отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах. На рис. 5 представлена токоскоростная характеристика генератора.
Рис. 9. Токоскоростная характеристика генераторных установок.
На графике имеются следующие характерные точки:
n0 — начальная частота вращения ротора без нагрузки, при которой генератор начинает отдавать ток;
Iхд — ток отдачи генератора при частоте вращения, соответствующей минимальным устойчивым оборотам холостого хода двигателя.
На современных генератоpax ток, отдаваемый в этом режиме, составляет 40-50% от номинального;
Idm — максимальный (номинальный) ток отдачи при частоте вращения ротора 5000 мин»‘ (6000 мин» для современных генераторов).
Различают ТСХ, определенные:
— при самовозбуждении (цепь обмотки возбуждения питается от собственного генератора);
— при независимом возбуждении (цепь обмотки возбуждения питается от постороннего источника);
— для генераторной установки (регулятор напряжения включен в схему);
— для генератора (регулятор напряжения отключен);
— в холодном состоянии (под холодным понимают такое состояние, при котором температура узлов генератора практически равна температуре окружающего воздуха (25 ±10) °С, поскольку при экспериментальном определении ТСХ генератор нагревается, время эксперимента должно быть минимальным, т. е. не более 1 мин, а повторный эксперимент должен производиться после того, как температура узлов вновь станет равной температуре окружающего воздуха);
— в нагретом состоянии.
Технические характеристики автомобильного стартера.
Мощность. Характеристика определяется моментом сопротивления проворачиванию коленвала основного двигателя и минимальной пусковой частотой вращения. Мощность стартера зависит от типа транспортного средства: для легковых автомобилей — в среднем 1-2,2 кВт, для тракторов — 1,6-4 кВт, для грузовиков — 4-8 кВт, для спецтехники — до 9 кВт в зависимости от типа двигателя.
Минимальная пусковая частота. Данная характеристика зависит от особенностей смесеобразования и условий зажигания в двигателе. Для бензиновых двигателей легковых автомобилей пусковая частота составляет в среднем от 40 до 50 об/мин, для силовых агрегатов дизельного и грузового транспорта — от 80 до 250 об/мин.
Момент сопротивления поворачиванию. Для стартера данный показатель прямо пропорционален рабочему объему автомобильного мотора: чем мощнее двигатель транспортного средства, тем больший момент сопротивления проворачиванию коленвала требуется.
7. Особенности эксплуатации автомобильного генератора и стартеров
Подсоединяя аккумуляторную батарею к генератору, необходимо обращать внимание на полюсные штыри. Очень частая ошибка — штыри неправильно подключены и перепутана полярность. Этого допускать нельзя!
Обязательно надо следить за исправностью цепи заряда батареи. Ее стабильная работа необходима для того, чтобы при отключенных потребителях и включенном двигателе аккумулятор не отсоединился от сети. Дело в том, что при отсоединении аккумуляторной батареи может выйти из строя выпрямительный блок генератора.
Нельзя допускать, чтобы корпуса регулятора напряжения соприкасался с проводами. Дистанция между ними должна составлять порядка 3 см. При включенном моторе регулятор очень сильно нагревается — это может привести к повреждению изоляции проводов.
Также необходимо постоянно следить, чтобы крышка регулятора была закрыта достаточно плотно и прокладка между корпусом и крышкой не была изношенной. Если внутрь регулятора попадет вода, может произойти серьезное повреждение контактов. Без необходимости крышку регулятора снимать не следует!
Еще один важный момент, на который нужно обратить внимание. Когда генератор начинает довольно громко шуметь, что случается не так уж и редко, проблема может быть в гайках шкива. В таком случае обязательно необходимо проверить их состояние и подтянуть гайки, если они ослабли.
Стоит отдельно заметить, что даже недолгого короткого замыкания на корпус выводной клеммы аккумуляторной батареи допускать нельзя, это может привести к тяжелым последствиям для всей электрической системы автомобиля.
Электростартер получает питание от аккумуляторной батареи — автономного источника электроэнергии ограниченной мощности. Вследствие внутреннего падения напряжения в батарее напряжение на выводах электростартера не остается постоянным, а уменьшается с увеличением нагрузки и силы потребляемого тока.
Сила тока электростартеров может составлять несколько сот и даже тысяч ампер. При такой силе тока на характеристики стартерного электродвигателя большое влияние оказывает падение напряжение в стартерной сети, т.е. в стартерном проводе и «массе».
Режим работы электростартеров — кратковременный с длительностью включения до 10с при температуре 20 °C. Пи отрицательных температурах допускается длительность работы до 15с для стартеров бензиновых двигателей и до 20с для стартеров дизелей.
Пусковой цикл (попытка пуска) на двигателе не должен превышать 15с при температуре окружающей среды 15-25 °C. Допускается не более трех пусковых циклов подряд с перерывами между ними не менее 30с. После охлаждения стартера до температуры окружающей среды допускается еще один пусковой цикл. Автомобильные электростартеры должны обеспечивать гоминальные параметры при нормальных климатических условиях: температура окружающего воздуха (20±10) °C; относительная влажность(45-80)%; атмосферное давление (84-106)кПа.
8. Основные неисправности автомобильного генератора и стартера
Неисправности бывают механические и электрические. Электрические неисправности включают в себя:
— Износ щёток;
— Обрыв или нарушения контакта электрических цепей;
— Замыкания между витками обмотки ротора;
— Выход из строя диодного моста или регулятора напряжения.
Признаки, характерные для неисправного генератора, могут возникнуть вследствие других неполадок. О неисправности реле, которое обеспечивает горение лампочки на старых моделях автомобилей, говорит постоянное горение контрольной лампочки. Например, плохой контакт в предохранительном гнезде, который устанавливается в цепи обмотки возбуждения генератора. Обгоревшие контакты в замке зажигания также могут вызвать симптомы неисправности генератора.
Причиной механических неисправностей зачастую служит износ подшипников, что приведёт к радиальному биению ротора. Вибрирующий ротор будет задевать обмотку статора, в результате чего может произойти короткое замыкание.
Основными неисправностями стартера могут быть следующие. При включении стартера не срабатывает тяговое реле, якорь не вращается. Причины:
неисправность или полная разрядка аккумуляторной батареи;
сильное окисление полюсных выводов аккумуляторной батареи и наконечников проводов;
слабая затяжка наконечников;
отсоединение или обрыв провода тягового реле со стороны стартера или выключателя зажигания;
При включении стартера тяговое реле срабатывает, но якорь не срабатывает или вращается недостаточно интенсивно. Причинами могут быть:
разрядка аккумуляторной батареи;
окисление полюсных выводов аккумуляторной батареи и наконечников соединительных проводов;
ослабление затяжки крепления на контактных болтах тягового реле стартера;
подгорание коллектора;
зависание щеток или их большой износ;
обрыв в обмотке статора или якоря;
При включении стартера якорь вращается, а коленчатый вал двигателя не прокручивается. Основными причинами могут быть:
пробуксовка муфты свободного хода;
поломка рычага выключения муфты или выскакивание его оси;
поломка поводкового кольца муфты или буферной пружины;
заедание или тугое перемещение привода на винтовой нарезке вала якоря стартера.
Стартер не отключается после пуска двигателя. Основными причинами могут быть:
заедание рычага привода;
заедание привода на валу якоря стартера или слипание контактов тягового реле;
поломка возвратной пружины выключателя зажигания;
ослабление или поломка возвратных пружин муфты свободного хода или тягового реле стартера;
заедание тягового реле.
Если двигатель заработал, а стартер не выключается, необходимо немедленно выключить зажигание, открыть капот и отсоединить провод, ведущий к реле стартера. Возможной причиной неисправности может быть и перекос стартера. Тогда следует подтянуть болты крепления его корпуса к двигателю.
9. Перспективы развития автомобильных генератора и электростартера
Развитие автомобильной промышленности не стоит на месте. Дочерняя фирма шинного концерна «Континенталь ИСАД Системс» в Кельне разработала принципиально новый узел, который так и называется — ИСАД (Интегрированный Стартер-Альтернатор (Генератор) — Демпфер). За этими сухими словами кроется настоящая революция в автомобилестроении.
Как и в обычных электромоторах, принцип работы нового устройства основан на силовом воздействии электромагнитного поля. Однако теперь ротором стартера-генератора служит сам маховик (конечно, без привычного зубчатого венца), вокруг которого размещены обмотки статора. Управляющая узлом электроника сама решает, в каком режиме — стартера или генератора — должен работать ИСАД в данный момент. Ременный привод генератора, никогда не отличавшийся надежностью и требовавший периодической регулировки, больше не нужен. Но не ради этой мелочи создавался ИСАД. Привычный стартер раскручивал коленчатый вал двигателя максимум до 150 об/мин. Новый механизм развивает 800 оборотов всего за 0,2 с! От такого рывка заведется даже самый «дохлый» мотор. При этом нет никаких тарахтящих звуков. Следовательно, появляется возможность автоматического выключения и пуска двигателя на любой остановке, например у светофора или в «пробках». Экономия топлива в городском цикле может составить до 35%!
Теперь обратимся к генераторной функции ИСАД. Здесь также много приятных сюрпризов. Если обычная бортовая сеть питается от постоянного тока напряжением 12 В, то на автомобиле «Ситроен-Ксара-Динальто», оборудованном новой системой, целые четыре раздельные сети. Кроме стандартных 12 В, вырабатываются еще 42 В для питания кондиционера, 100 В для работы системы впрыска и запуска, а также. 220 В переменного тока для подключения бытовых электроприборов! Более того, к. п. д. нового генератора достигает 80% во всем диапазоне частот вращения двигателя, что дополнительно экономит около 0,5 л топлива на 100 км.
Использованная литература
1. Учебник для ВУЗов «Электрооборудование автомобилей». Ю.П. Чижков, А.В. Акимов
2. http://bmw-guide.ru
3. http://avto-barmashova.ru
4. www.bibliotekar.ru
5. http://activeauto.ru
6. www.transportguide.ru
7. http://ru.wikipedia.org
8. http://nkcentr.ucoz.ru
Размещено на
