Automobilový generátor - zařízení, které přeměňuje mechanickou energii otáčení klikového hřídele motoru automobilu na elektrickou energii .
Autogenerátor se používá k napájení elektrických spotřebičů , jako je zapalovací systém , osvětlení automobilu , palubní počítač , diagnostický systém a další, a také k nabíjení autobaterie [1] . Na automobilové generátory jsou kladeny vysoké požadavky na spolehlivost, protože generátor zajišťuje hladký provoz většiny součástí moderního automobilu. Typický výkon moderního generátoru v autě je asi 1 kW.
Na prvních vozech byly použity generátory stejnosměrných kolektorů , jejichž montáž kolektorů vyžadovala neustálé sledování a častou údržbu a navíc vážně omezovala zatěžovací proud. Nástup výkonných diodových usměrňovačů, zpočátku selenových a později křemíkových , umožnil použití synchronního alternátoru na autě , nesrovnatelně spolehlivějšího a asi třikrát méně těžkého / materiálově náročného se stejným výkonem a stabilnějším výstupním proudem.
V moderních automobilech se používají synchronní třífázové elektrické stroje na střídavý proud a v usměrňovači se používá třífázový usměrňovač podle schématu Larionova.
Aby generátor po nastartování motoru dával proud do zátěže, je nutné zajistit napájení budícímu vinutí. K tomu dojde, když je klíček zapalování otočen do pracovní polohy. Proud v budícím vinutí je řízen stabilizátorem napětí , který může být vyroben jako samostatná jednotka nebo zabudován do kartáčové sestavy generátoru. U naprosté většiny moderních generátorů je stabilizátor napětí (SN) napájen samostatnou sekcí usměrňovače. Rotor generátoru je poháněn od klikového hřídele přes klínovou řemenici . Elektromagnetické pole vytvářené budicím vinutím indukuje elektrický proud ve fázových vinutích statoru.
Vzhledem k nestabilitě otáček motoru a častým prudkým změnám zátěže je nutné stabilizovat výstupní napětí generátoru, to zajišťuje stabilizátor napětí změnou budícího proudu generátoru.
Napětí palubní sítě s běžícím generátorem a regulátorem napětí v dobrém stavu se udržuje na 13,9 - 14,5 V. Toto napětí je nutné k zajištění průchodu nabíjecího proudu baterií, přičemž je nutné zajistit určitý přebytek společného elektrochemického potenciálu všech desek všech plechovek, jinak se autobaterie nenabije.
Výkonné automobilové startéry se používají u automobilů a autobusů s výkonnými vznětovými motory . Pro zajištění napájení bez zvýšení spotřeby proudu se používá zvýšené napětí palubní sítě - 24 voltů. Nainstalujte příslušné generátory 24 V (nominálně 28,4 V).
Na starých autech a motocyklech bylo napětí v palubní síti 6 voltů, generátory byly také 6 voltů, zpravidla tříkartáčové DC s relé zpětného proudu ( GAZ-67B , Moskvich-400 , ZIS- 110 ).
Na vozech vyrobených před šedesátými léty (například GAZ-51 , GAZ-69 , GAZ-M-20 "Victory" a mnoho dalších) byly instalovány stejnosměrné generátory .
Na pólech generátoru (umístěných na statoru ) z elektrooceli je budicí vinutí. Na kotvě generátoru je silové vinutí, ze kterého je pomocí sběrače s kartáči odváděn elektrický proud . Budicí vinutí a vinutí kotvy jsou zapojeny paralelně , v obvodu budícího vinutí je zařazen reléový regulátor.
Reléový regulátor se skládá ze tří elektromagnetických relé :
1. Klíčový regulátor napětí ( na elektrických obvodech zkráceně SN ) snižuje magnetický tok v budícím vinutí (na statoru); vinutí relé je zapojeno do série s budicím vinutím. Když napětí na generátoru stoupne nad vypočítanou mez (například více než 14,5 voltu), aktivuje se elektromagnetické relé a sepne se přídavný odpor v sérii s budicím vinutím , čímž se omezí budicí proud, magnetický tok se sníží a , proto se napětí na generátoru sníží. Při poklesu napětí pod vypočtenou hodnotu elektromagnetické relé bočník dodatečného odporu, proud v budícím vinutí se zvyšuje, magnetický tok se zvyšuje a napětí na generátoru stoupá. Protože proces probíhá s vysokou frekvencí , zůstává napětí v palubní síti vozidla téměř konstantní.
V automobilových klíčových regulátorech napětí generátorů stejnosměrného proudu je relé přesným spouštěčem Schmitt , kontakty relé s bočním přídavným sériovým odporem ve vinutí buzení generátoru jsou klíčovým ovládacím prvkem a generátor je řídicím objektem.
Klíčový stabilizátor napětí se spouští Schmitt má jednoduchý design. Frekvence zavírání/otevírání klíče v něm je určena součtem časových konstant nabíjení a vybíjení pohonu řídicího objektu (baterie a jiných spotřebičů elektřiny) a rozdílu mezi maximálním povoleným a minimálním povoleným napětím. Čím větší je rozsah povolených napětí, tím nižší je frekvence zavírání/otevírání klíče. Při konstantní zátěži je frekvence zapnutí/vypnutí konstantní. Výrazně nižší frekvence sepnutí/rozepnutí klíče u stabilizátorů napětí spouště Schmitt ve srovnání s jinými obvody stabilizátorů umožňuje použití spínačů s nižší frekvencí , které jsou levnější než vysokofrekvenční a jsou široce používány. Právě použití klíčového obvodu stabilizátoru napětí se Schmittovou spouští umožnilo použít takové nízkofrekvenční klíčové spínací prvky , jako jsou relé v automobilových regulátorech napětí .
2. Omezovač proudu (zkráceně OT) - elektromagnetické relé, které nedovolí proudu generátoru překročit vypočítanou hodnotu. Vinutí omezovače proudu je zapojeno do série mezi generátor a spotřebiče. Když proud dosáhne jmenovité síly, a tedy ve vinutí omezovače proudu, relé se aktivuje a do obvodu budícího vinutí je zahrnut přídavný odpor, budicí proud klesá, napětí na generátoru klesá, a proto dodávaný proud generátorem klesá. Když jsou spotřebiče vypnuté, omezovač proudu udržuje konstantní hodnotu nabíjecího proudu baterie. Po zapnutí spotřebičů se nabíjecí proud sníží v závislosti na odporu zátěže. V tomto případě, pokud proud externího obvodu překročí maximum povolené omezovačem proudu, pak kromě proudu generátoru bude externí obvod přijímat proud z baterie, to znamená, že bude baterie vybitá.
Omezovač proudu a regulátor napětí nefungují současně. Dokud proud daný generátorem nedosáhne přípustné maximální hodnoty, pracuje pouze regulátor napětí. Když proud generátoru dosáhne mezní hodnoty, omezovač proudu zapne další odpor a regulátor napětí přestane fungovat.
3. Reverzní proudové relé (zkráceně ROT) . Při dlouhém průchodu proudu z baterie přes generátor se mohou vinutí přehřívat, navíc se baterie zbytečně vybíjí. Účelem relé zpětného proudu je automaticky odpojit generátor od vnějšího obvodu, když jeho napětí klesne pod napětí baterie, a zapnout generátor, jakmile napětí generátoru překročí vypočítanou hodnotu.
Pokud je na přístrojové desce instalována výstražná kontrolka pro provoz generátoru (rozsvítí se, když je napětí generátoru nízké, když je spotřebována energie baterie), je nainstalováno čtvrté relé (obvykle se provádí v samostatném krytu) - relé pro rozsvícení výstražné kontrolky.
V SSSR se sériově vyráběly pouze vibrační relé-regulátory (s elektromagnetickými relé), v 70. - 80. letech byl zaznamenán výskyt radioamatérských návrhů na polovodičových zařízeních (publikováno v časopisech Radio , Behind the Wheel , To Help a Rádio amatér .
První návrh generátorů střídavého proudu představil Neuville, USA v roce 1946. Skládal se z téměř všech prvků charakteristických pro stejnosměrné generátory: alternátor s budicím vinutím (samostatně), blok selenových usměrňovačů (samostatně) a klíčového regulátoru napětí (SN), relé zpětného proudu (ROT), omezovač proudu (OT) - tři produkty v jednom pouzdře samostatně. Hlavním účelem produktu 4 kW jsou speciální vojenská vozidla a autobusy. Z hlediska hmotnostních a rozměrových charakteristik byl tento vývoj 2,5krát menší než jeho analog na stejnosměrný proud.
V SSSR byla kolem roku 1954 představena první konstrukce alternátoru pouze s CH a usměrňovací jednotkou na bázi selenových usměrňovacích diod. Hlavní vývojář MPEI , jehož tým již dříve publikoval článek o synchronních generátorech se selenovými usměrňovači. V roce 1955 byla vyrobena první várka pro vozidla GAZ v počtu 2000 kusů. Vývoj, optimalizace sériové konstrukce a organizace výroby probíhaly pod vedením Výzkumného ústavu Autopribors (nyní NIIAE) a závodu KZATE v Samaře. Jedním z předních vývojářů byli Ju. A. Kupejev (Výzkumný ústav Avtopriborov) a V. I. Vasilevskij (KZATE, Samara), díky nimž se v SSSR a na evropském kontinentu objevil první sériový návrh generátorů střídavého proudu.
V roce 1960 představil Chrysler první design křemíkového usměrňovače na světě s vylepšenou výrobní technologií. Jinak opakovala vývoj autorů ze SSSR. Ve stejné době začal ve Spojených státech masivní přechod na generátory střídavého proudu, k němuž následně došlo v SSSR až v roce 1967.
První sériový generátor v SSSR, který konkuroval produktům Chrysler, byl G250.
Moderní automobily používají synchronní třífázové alternátory s vestavěným třífázovým polovodičovým usměrňovačem .
Rotor automobilového alternátoru má budicí vinutí (u generátoru stejnosměrného proudu je budicí vinutí umístěno na jádrech pólů) , proud je přiváděn přes kartáče a sběrací kroužky . Stator má tři vinutí spojená " hvězdou ". Proud odebíraný ze statoru je usměrněn šesti polovodičovými diodami (vestavěnými v desce usměrňovače) a stává se konstantním pulzováním . Usměrněný proud dále vstupuje do palubní elektrické sítě vozidla.
Klíčový regulátor napětí reguluje proud budícího vinutí způsobem záporné zpětné vazby tak, aby výstupní napětí generátoru bylo co nejstabilnější. Klíčový regulátor napětí spouštěný Schmitt umožňuje použití nízkofrekvenčních klíčových regulátorů, které jsou levnější a dostupnější než vysokofrekvenční klíčové regulátory, až po nízkofrekvenční klíčové regulátory, jako jsou relé .
Klíčové stabilizátory napětí alternátorů mohou být vibrační (pouze elektromagnetická relé ), kontaktní tranzistorové (elektromagnetická relé ovládaná tranzistorovým obvodem) nebo bezkontaktní (nemá elektromagnetické relé, proud je řízen elektronickým klíčem na tranzistorech ). Provedení - vyrobeno v samostatném pouzdře nebo zabudované do generátoru.
Například na autě GAZ-53 byl použit kontaktně-tranzistorový stabilizátor napětí RR-362 (generátor G-250), na VAZ-2101 - vibrační stabilizátor napětí RR-380 (generátor G-221) a na automobil Moskvič-2140 - kontakt-tranzistorový stabilizátor napětí RR-362A. Na pozdějších verzích vozů VAZ a Moskvich-2140 byl použit regulátor spínacího napětí Ya-112 .Omezovač proudu se nepoužívá, protože alternátory mají vlastnost samoomezujícího proudu díky protiindukci rotoru fázovými vinutími, když se v nich zvyšuje proud, neexistuje žádné relé zpětného proudu jako takové, jeho funkce jsou vykonávány usměrňovačem; charakteristikou je použití relé pro rozsvícení kontrolky generátoru, napájeného buď z nulového bodu usměrňovače, nebo ze dvou fází generátoru. V některých případech (G-502 na ZAZ-968 ) funkce takového relé plní blokovací relé spouštěče RB-1, přeruší také napájecí obvod relé spouštěče po nastartování motoru.
Pro práci ve ztížených podmínkách (vysoká prašnost, nečistoty) se vyrábí bezkomutátorové alternátory. Používají se na zemědělskou a další speciální techniku. Při stejné velikosti a hmotnosti je výkon bezkomutátorových alternátorů menší než výkon alternátorů se sběracími kroužky.
Použití generátorů střídavého proudu umožňuje snížit celkové rozměry a hmotnost generátoru, zvýšit jeho spolehlivost při zachování nebo dokonce zvýšení jeho výkonu oproti generátorům stejnosměrným.
Například stejnosměrný generátor G-12 ( auto GAZ-69 ) váží 11 kg, jmenovitý proud 20 ampér a alternátor G-250P2 ( auto UAZ-469 ) o hmotnosti 5,2 kg produkuje jmenovitý proud 28 ampér.Na traktorech a jiných zemědělských strojích, které nemají baterie, jsou instalovány generátory s buzením z permanentních magnetů . Takže na traktoru SKHTZ 15/30 (vyrobeném ve 30. letech 20. století) byl instalován stejnosměrný generátor (motor byl spuštěn ručně, s rukojetí); na traktoru DT-75 - alternátor (motor byl spouštěn benzinovým "spouštěčem" ). Byly také instalovány regulátory napětí, jinak by bez nich při vysokých otáčkách motoru shořely žárovky .
U motorových vozidel s bateriovým zapalovacím systémem se zařízení a princip činnosti generátorů neliší od automobilových. Staré motorky měly 6V DC alternátory, nové měly 12V alternátory.
U motorových vozidel, která nemají baterie (například motocykly "Minsk" , " Voskhod ") jsou instalovány alternátory s buzením z permanentních magnetů .
U motocyklů s podélným uspořádáním motoru ( motocykly Ural , motocykly Dnepr atd.) je generátor umístěn venku na klikové skříni , otáčení od klikového hřídele přes ozubené kolo nebo řemenový pohon .
U motocyklů s příčným motorem (například motocykly IZH ) je rotor generátoru namontován na předním konci klikového hřídele (vpravo ve směru jízdy), generátor je umístěn v kombinované klikové skříni motoru a převodovky , uzavřený s krytem. Obvykle jsou části zapalovacího systému kombinovány s částmi generátoru ( kontakty vypínače nebo snímač zapalovacího momentu bezkontaktního elektronického zapalovacího systému )
Při "rozsvícení" může selhat autogenerátor dárcovského vozu (zejména regulátor napětí). Faktem je, že proud spotřebovaný elektrickým startérem je mnohem větší než maximální proud, pro který je generátor navržen.
Například startér ST-221 ( VAZ-2101 ) má objem 1,77 litru. S. , proud naprázdno 35 A , v režimu plného brzdění 500 A. Generátor G-221 stejného vozu je navržen pro maximální proud 42 A.Pro bezpečné „osvětlení“ se doporučuje odpojit záporný pól baterie na dárcovském voze a / nebo zastavit spalovací motor.