Обслуживание и ремонт генераторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионально образования

Пермский политехнический колледж имени Н.Г. Славянова

ПЦК специальности 190604

«Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

Методическое пособие по дисциплине

«Техническое обслуживание автомобилей»

Выполнил:

А.В. Шалагинов

Руководитель:

Л.П. Войнова

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Источники электроэнергии на автомобиле

1.2 Виды генераторов, устанавливаемых на автомобилях

1.3 Устройство и принцип работы генераторов

1.4 Устройство и технические характеристики генератора

2. Обслуживание и ремонт генераторов

2.1 Основные неисправности генераторов

2.2 Проверка генератора 9402.3701 на автомобиле

2.3 Проверка генератора 9402.3701 на стенде

2.4 Проверка и ремонт генератора 9402.3701

2.5 Обслуживание генераторов

3. Техника безопасности на электротехническом участке

Литература

Введение

Системы производящие переменный ток были известны в простых видах со времён открытия магнитной индукции электрического тока. Ранние машины были разработаны такими пионерами, как Майкл Фарадей и Ипполит Пикси.

Фарадей разработал «вращающийся треугольник», действие которого было многополярным -- каждый активный проводник пропускался последовательно через область, где магнитное поле было в противоположных направлениях. Первая публичная демонстрация наиболее сильной «альтернаторной системы» имела место в 1886 году. Большой двухфазный генератор переменного тока был построен британским электриком Джеймсом Эдвардом Генри Гордоном в 1882 году. Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали ранний альтернатор, производивший частоты между 100 и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла запатентовал практический «высокочастотный» альтернатор (который действовал на частоте около 15000 герц). После 1891 года, были введены многофазные альтернаторы.

Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции -- возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита -- ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется в постоянное полупроводниковым выпрямителем.

Автомобильный генератор -- устройство, обеспечивающее преобразование механической энергии вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.

Автомобильный генератор используется для зарядки аккумуляторной батареи автомобиля, а также для питания штатных электропотребителей таких как бортовой компьютер, габаритные огни и другие. К автомобильным генераторам предъявляют высокие требования по надежности, так как генератор обеспечивает бесперебойную работу большинства компонентов современного автомобиля.

В первых автомобилях применяли коллекторные генераторы постоянного тока. Щёточно-коллекторный узел был малонадёжным. Но с появлением мощных выпрямительных диодов от этой схемы ушли к более надежному варианту.

В генераторах переменного тока не используется коммутатор, это даёт большое преимущество над генераторами постоянного тока: они проще, легче и дешевле. Автомобильные генераторы переменного тока используют набор выпрямителей (диодный мост) для преобразования переменного тока в постоянный ток. Для производства постоянного тока с низкими пульсациями, автомобильные генераторы переменного тока имеют трёхфазную обмотку и трёхфазный выпрямитель.

Из-за переменной частоты вращения двигателя автомобиля и переключений электропотребителей в бортовой сети, становится необходимым поддержание уровня напряжения. Для этих целей используется регулятор напряжения.

Современные автомобильные генераторы переменного тока имеют встроенный в них регулятор напряжения. Ранее устанавливались регуляторы напряжения только аналогового вида. На данный момент реле регуляторы перешли на цифровой канал так называемая CAN шина.

1. Общая часть

1.1 Источники электроэнергии на автомобиле

Самые первые автомобили не имели источников электрического тока. Для получения искры в системе зажигания использовали магнето, которые не нуждаются во внешнем источнике энергии. В качестве осветительных приборов использовались ацетиленовые фонари. Двигатель пускали вручную с помощью заводной рукояти. Со временем на автомобили стали устанавливать аккумуляторные батареи, которые использовались как источники электрического тока для освещения, пуска двигателя с помощью стартера, привода стеклоочистителей и других электропотребителей и, наконец, для работы всех систем автомобиля при неработающем двигателе или при малой частоте его вращения. В качестве автомобильных аккумуляторных батарей в основном применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, собранные из отдельных аккумуляторов секций.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (рис. 1.1.1) тяжелые и не самые эффективные из существующих на сегодняшний день, но они относительно дешевы и способны в течение короткого времени отдавать ток в несколько сотен ампер, необходимый для питания электрического стартера. Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из свинцовых электродов, погруженных в емкость с раствором серной кислоты (электролитом). В результате взаимодействия электродов с электролитом на них возникает разность потенциалов. Отдельный аккумулятор имеет напряжение около 2 В. Для того чтобы получить напряжение, необходимое для питания электрической сети автомобиля, аккумуляторы соединяют последовательно и собирают в аккумуляторную батарею. Напряжение бортовой сети легковых автомобилей составляет 12 В. Для получения этого напряжения соединяют последовательно шесть отдельных аккумуляторов. На некоторых грузовых автомобилях с дизельным двигателем в бортовой электрической сети используют напряжение 24 В. Для пуска дизелей требуется более высокое напряжение, которое необходимо для работы более мощного стартера. На таких автомобилях используют две соединенные последовательно аккумуляторные батареи с напряжением 12 В.

При разряде аккумуляторной батареи плотность электролита падает. При зарядке аккумуляторной батареи к ее выводам подводится электрический ток. Батарея заряжается, а плотность электролита повышается.

Рис. 1.1.1 Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея

Для зарядки аккумуляторов и питания всех потребителей тока при движении потребовались генераторы электрического тока. Сначала применялись генераторы постоянного тока, а после появления надежных полупроводниковых выпрямителей они были вытеснены более эффективными генераторами переменного тока (рис. 1.1.2).

Генераторы переменного тока мощнее, обеспечивают возможность зарядки аккумулятора при малых оборотах двигателя, но требуется специальный выпрямитель, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный. Для поддержания постоянной величины напряжения (примерно 14 В) независимо от оборотов двигателя используются регуляторы напряжения. Современные электронные регуляторы имеют небольшие размеры и, как правило, устанавливаются непосредственно на генераторе.

Рис. 1.1.2 Автомобильный генератор переменного тока

В автомобилях используется однопроводная схема электрооборудования. Вторым проводом («масса») служит металлический кузов автомобиля. На большинстве автомобилей с «массой» соединяется отрицательный полюс источников тока.

По мере совершенствования конструкции автомобиля появляется все больше потребителей электрического тока, а также много новых электронных систем, сервоприводов с электродвигателями и т. д. Мощности применяемых сегодня генераторов переменного тока, питающих электрооборудование автомобиля напряжением 14 В, которое требуется для зарядки 12-вольтовых аккумуляторных батарей, становится недостаточно. Потребная мощность источника электрического тока на современных автомобилях доходит до 2 кВт. Существующие генераторы с трудом справляются с возросшей нагрузкой. Компания BMW разработала генератор с жидкостным охлаждением, включенным в систему охлаждения двигателя (рис. 1.1.3).



Рис. 1.1.3 Автомобильный генератор компании BMW

Перспективный путь состоит в том, чтобы поднять выходную мощность генератора переменного тока как минимум до 5 кВт. На сегодняшний день является практически решенным вопрос о переходе на электрооборудование автомобиля с напряжением 36 вместо 12 В, а генераторы переменного тока будут работать с напряжением 42 вместо 14 В. Практически это максимально высокое напряжение, которое можно использовать без дополнительных мер безопасности.

Перевод электрических систем на 36 В требует применения специальных аккумуляторных батарей. Это сделать не так трудно, т.к. все батареи, вне зависимости от их напряжения, состоят из соответствующего числа отдельных аккумуляторов. Кроме того, разрабатываются более эффективные аккумуляторы и батареи на топливных элементах.

Сейчас пуск двигателей производится с помощью электрических стартеров, которые используют напряжение 12 или 24 В. Основу таких стартеров составляет электродвигатель постоянного тока с электромагнитным дистанционным включением. Они питаются от аккумуляторной батареи. Стартер приводит во вращение маховик двигателя через зубчатую передачу.

Переход к более высокому напряжению дает возможность использовать стартеры-генераторы (рис. 1.1.4), встроенные в маховик двигателя. С помощью таких устройств не только легко проворачивается коленчатый вал ДВС при пуске, что дает возможность глушить двигатель при каждой остановке и пускать его при троганье, но и использовать его при интенсивном разгоне совместно с основным двигателем.

Рис. 1.1.4 Стартер-генератор

1.2 Виды генераторов, устанавливаемых на автомобилях

Генераторы бывают двух видов: генератор переменного тока (используется преимущественно на легковых автомобилях) и генератор постоянного тока (используется на большинстве спецтехники). На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока, так как они в наибольшей степени соответствуют предъявляемым требованиям. Генераторы переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с генераторами постоянного тока. Ротор генератора переменного тока может вращаться с большей частотой, чем якорь генератора постоянного тока. При большой частоте вращения якоря генератора постоянного тока ухудшается контакт между щетками и ламелями коллектора вследствие колебаний щеток при скольжении их по коллектору. Кроме того, под действием центробежных сил возможен выход обмоток из пазов якоря.

1.3 Устройство и принцип работы генераторов

Устройство генератора постоянного тока

Корпус генератора изготавливается из листовой малоуглеродистой стали. Применение малоуглеродистой стали, обладающей остаточным магнетизмом, обеспечивает самовозбуждение генераторов.

К корпусу крепятся полюсы, на которых устанавливают соединенные последовательно катушки (из медного провода) обмотки возбуждения. Катушки оплетают тафтяной лентой и пропитывают изоляционным лаком, что делает их изоляцию от корпуса более надежной. Обычно генераторы исполняют двухполюсными.

Передняя и задняя крышки генератора отливаются из чугуна или алюминиевого сплава. В крышках имеются отверстия, через которые для охлаждения якоря посредством вентилятора внутрь генератора поступает поток воздуха. Конструктивно вентилятор выполняется совместно с приводным шкивом генератора.

Шариковые подшипники в крышках генератора служат опорами вала якоря генератора. Подшипники защищены войлочными сальниками, которые, перед сборкой пропитываются маслом. Сами подшипники при сборке генератора заполняются консистентной смазкой. Некоторые генераторы имеют в крышках масленки, через которые по каналам масло подводится к подшипникам.

Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые токи набирают из листов электротехнической стали, изолированных между собой окалиной или лаком. Обмотка якоря выполнена в виде секций, уложенных в пазы сердечника. Для улучшения изоляции обмотки от сердечника перед намоткой обмотки в пазы сердечника вставляют прокладки из электротехнического картона. Для удержания секций в пазах сердечника при вращении якоря поверх проводников обмотки запрессовывают клинья из дерева или электрокартона. Кроме того, обмотку якоря пропитывают склеивающим лаком.

Концы секций обмотки якоря припаяны к медным пластинам коллектора. Пластины коллектора изолированы между собой меканитовыми прокладками. Закреплены пластины между собой при помощи пластмассы, которой они заливаются при сборке коллектора.

При вращении якоря по поверхности коллектора скользят две щетки (отрицательная и положительная), закрепленные в щеткодержателях. В настоящее время применяют электрографитовые щетки, которые изготавливают из сажи и антрацита.

В автомобильных генераторах применяют щеткодержатели реактивного типа. Щетка с помощью пружины и посредством рычага прижимается к поверхности коллектора и направляющей щеткодержателя. Выпаданию щетки препятствует упор. Для предотвращения зависания щетки между ней и упором устанавливают зазор 0,5--0,7 мм.

Нижняя часть щетки повернута навстречу направлению вращения коллектора таким образом, что сила трения, действующая на щетку, стремится оттолкнуть ее от коллектора и направляющей. В результате обеспечивается хороший контакт между коллектором и щеткой, а следовательно, уменьшается искрение.

Щеткодержатель отрицательной щетки, к которому крепят провод щетки, соединен с корпусом задней крышки. К этому щеткодержателю присоединен один конец обмотки возбуждения, второй конец которой заканчивается изолированным выводом на корпусе. Щеткодержатель положительной щетки также установлен на задней крышке, но изолирован от нее прокладкой. К нему крепят провод от щетки и провод от изолированного вывода на корпусе. В корпус генератора ввернут винт для соединения с корпусом реле-регулятора.



Принцип работы генератора постоянного тока

При подсоединении генератора к схеме электрооборудования автомобиля обмотка возбуждения питается от обмотки якоря самого генератора. Работать генератор начинает в этом случае в результате самовозбуждения.

Самовозбуждение генератора при вращении якоря происходит за счет остаточного магнитного потока корпуса и полюсов. В результате в обмотке якоря наводится незначительная по величине э.д.с. (2В) и в обмотке возбуждения появляется ток. Ток возбуждения подмагничивает генератор. При этом магнитный поток машины возрастает, что приводит к увеличению э.д.с. якоря.

Частота вращения якоря, при которой генератор развивает указанное в технических условиях напряжение, называется начальной частотой вращения. Для генераторов постоянного тока начальная частота вращения задается при его работе без нагрузки и при номинальном токе нагрузки. Кроме того, этот параметр контролируют при двух состояниях генератора -- холодном и горячем. Температура генератора в холодном состоянии должна быть в пределах 15--35° С. Горячее состояние такое, когда температура генератора, работающего в режиме номинальной мощности, достигла установившегося значения.

Важным параметром генераторов постоянного тока является величина тока, потребляемого генератором, когда он работает в режиме двигателя. Величина этого параметра определяется механическими потерями в трущихся узлах генераторов. При испытании генератора в режиме двигателя его питают от аккумуляторной батареи или низковольтного агрегата.

Устройство генератора переменного тока

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы - генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно "компактные" генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками -- передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы "компактной" конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора.

"Компактную" конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку, существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное - только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris--Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Статор генератора (рис. 1.3.3.1) набирается из стальных листов толщиной 0.8...1 мм, но чаще выполняется навивкой "на ребро". Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Рис. 1.3.3.1 Статор генератора переменного тока:

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис. 1.3.3.2). Она содержит две полюсные половины с выступами -- полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы - полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Рис. 1.3.3.2 Ротор автомобильного генератора:

а - в сборе; б - полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 - обмотка возбуждения; 4 - контактные кольца; 5 - вал

Если полюсные половины имеют полувтулки, то обмотка возбуждения предварительно наматывается на каркас и устанавливается при напрессовке полюсных половин так, что полувтулки входят внутрь каркаса. Торцевые щечки каркаса имеют выступы-фиксаторы, входящие в межполюсные промежутки на торцах полюсных половин и препятствующие провороту каркаса на втулке. Напрессовка полюсных половин на вал сопровождается их зачеканкой, что уменьшает воздушные зазоры между втулкой и полюсными половинами или полувтулками, и положительно сказывается на выходных характеристиках генератора. При зачеканке металл затекает в проточки вала, что затрудняет перемотку обмотки возбуждения при ее перегорании или обрыве, т. к. полюсная система ротора становится трудноразборной. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно - контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т. к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел - это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов -- меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов - либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластинтеплоотводов, соединенных с "массой" и выводом "+" генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец - обычно плотная, со стороны привода - скользящая, в посадочное место крышки наоборот - со стороны контактных колец - скользящая, со стороны привода - плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства - резиновые кольца, пластмассовые стаканчики, гофрированные стальные пружины и т. п.

Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами - диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле. Гибридные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения на монокристалле ни разборке, ни ремонту не подлежат.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (рис.1.3.3.3,а) воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места - к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом (рис. 1.3.3.3,б), закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов "компактной" конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Рис. 1.3.3.3 Система охлаждения генераторов.

а - генераторы обычной конструкции; б - генераторы для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в - генераторы компактной конструкции.

Принцип работы генератора переменного тока

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 требуется 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

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 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

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. 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. Фазы могут соединяться в "звезду" или "треугольник". При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения Uф действуют между концами обмоток фаз, 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.



Принципиальная схема генераторной установки (рис. 1.3.4.1).

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 при том 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. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в "звезду", т. к. дополнительное плечо запитывается от "нулевой" точки "звезды". генератор регулятор аккумуляторный батарея

У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9--VD11. 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 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).

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. 1.3.4.2.

В линейном напряжении, т.е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е. одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном - нет.

Рис. 1.3.4.2. Представление фазного напряжения Uф в виде суммы синусоид первой, U1, и третьей U3, гармоник

Следовательно мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность добавлены диоды VD7 и VD8, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5...15% при частоте вращения более 3000 мин-1.

Выпрямленное напряжение, как это показано на рис.1.3.4.1, носит пульсирующий характер. Эти пульсации можно использовать для диагностики выпрямителя. Если пульсации идентичны -- выпрямитель работает нормально, если же картинка на экране осциллографа имеет нарушение симметрии -- возможен отказ диода. Проверку эту следует производить при отключенной аккумуляторной батарее. Следует обратить внимание на то, что под термином "выпрямительный диод", не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т. е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генераторную установку элементов защиты ее от всплесков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25... 30 В.

1.4 Устройство и технические характеристики генератора

Устройство генератора 9402.3701

рис. 1.4.1.1 Устройство генератора 9402.3701

1 - кожух; 2 - вывод «В+» для подключения потребителей; 3 - помехоподавляющий конденсатор 2,2 мкФ; 4 - общий вывод дополнительных диодов (присоединяется к выводу «D+» регулятора напряжения); 5 - держатель положительных диодов выпрямительного блока; 6 - держатель отрицательных диодов выпрямительного блока; 7 - выводы обмотки статора; 8 - регулятор напряжения; 9 - щеткодержатель; 10 - задняя крышка; 11 - передняя крышка; 12 - сердечник статора; 13 - обмотка статора; 14 - дистанционное кольцо; 15 - шайба; 16 - конусная шайба; 17 - шкив; 18 - гайка; 19 - вал ротора; 20 - передний подшипник вала ротора; 21 - клювообразные полюсные наконечники ротора; 22 - обмотка ротора; 23 - втулка; 24 - стяжной винт; 25 - задний подшипник ротора; 26 - втулка подшипника; 27 - контактные кольца; 28 - отрицательный диод; 29 - положительный диод; 30 - дополнительный диод; 31 - вывод «D» (общий вывод дополнительных диодов)

При достижении этого напряжения стабилитроны "пробиваются ", т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе "+ " генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после "пробоя "используется и в регуляторах напряжения.

Технические характеристики генератора 9402.3701

Наименование: Генератор переменного тока

Номенклатурный номер: 9402.3701

Подгруппа по нормали ОН 025215-69: (3701) Генератор

Основные технические характеристики:

- Номинальное напряжение 14 В;

- максимальный выпрямленный ток 80 А;

- масса 4,9 кг;

- мощность 1120 Вт;

- частота вращения вала без нагрузки 1200 об/мин;

- частота вращения вала 6000 об/мин при токе 80 А;

- длина 194,5 мм.;

- диаметр 125 мм..

Особенности использования: Генератор переменного тока 9402.3701 со встроенным выпрямительным блоком и регулятором напряжения, предназначен для работы в качестве источника электрической энергии паралельно с аккумуляторной батареей в системе электрооборудования автомобилей ВАЗ 2108-2110 и их модификации с двигателями ЭСУД, работающих при температуре окружающей среды от минус 40 C° до плюс 45 C° и влажности 90%. Генератор предназначен для поставок на внутренний рынок и на экспорт в страны всех климатических зон.

Завод-изготовитель: АО ЗиТ

Применяется на технике: Автомобили: ВАЗ 2108-2110 и модификации ( двиг. с ЭСУД)

2. Обслуживание и ремонт генераторов

2.1 Основные неисправности генераторов

В момент включения зажигания не загорается лампочка генератора, причины неисправности:

- Лампа или генератор вышли из строя;

- Реле контрольной лампы заряда плохо отрегулировано или повреждено;

- Оборвался провод, соединяющий штекер реле контрольной лампы заряда со штекером блока предохранителей;

- Обмотка статора замкнула на «массу»;

- В одном или нескольких отрицательных вентилях генератора произошло короткое замыкание.

Контрольная лампа продолжает гореть во время движения автомобиля или загорается периодически, причины неисправности:

- Проскальзывает ремень привода генератора;

- Реле контрольной лампы заряда плохо отрегулировано или повреждено;

- Оборвался провод, соединяющий штекер реле контрольной лампы заряда с центром звезды генератора;

- В цепи питания обмотки возбуждения произошел обрыв;

- Щетки генератора износились или зависли;

- Окислились контактные кольца;

- В одном или нескольких положительных вентилях генератора произошло короткое замыкание или обрыв;

- Регулятор напряжения плохо отрегулирован или поврежден;

- Оборвался провод, соединяющий штекеры реле контрольной лампы заряда.

Шумы в генераторе, причины неисправности:

- Генератор издает воющие звуки, если в обмотке статора происходит межвитковое замыкание;

- Сильно окислились полюсные выходы аккумулятора и наконечники проводов, которые к тому же слишком слабо затянуты;

- Нарушилось соединение между наконечником провода и выключателем зажигания или штекером тягового реле;

- Подшипники плохо смазаны;

- В обмотке тягового реле произошли межвитковое замыкание, обрыв или замыкание на «массу»;

- Вышла из строя контактная часть выключателя зажигания;

- Износились или заедают, подшипники;

- Ротор задевает за полюса статора.

Аккумуляторная батарея слабо заряжается, причины неисправности:

- Ремень слабо натянут и поэтому проскальзывает при работе генератора под нагрузкой и большой частоте вращения;

- Возникла неисправность в аккумуляторе;

- Наконечники проводов слабо закреплены на генераторе, окислились выводы аккумуляторной батареи, повреждены сами провода;

- Регулятор напряжения плохо отрегулирован или поврежден;

- В цепи одной из фаз статорной обмотки генератора произошли обрыв или витковое замыкание;

- Поврежден один из диодов выпрямительного тока.

Аккумуляторная батарея не заряжается, причины неисправности:

- Зависли щетки;

- Произошел обрыв в цепи возбуждения;

- Ротор задевает за полюса статора;

- Подгорели контактные кольца;

- Вышел из строя регулятор напряжения;

- Обрыв проводов, подсоединенных к положительным или отрицательным клеммам.

2.2 Проверка генератора 9402.3701 на автомобиле

- Запустить двигатель, дать ему поработать несколько минут, затем, нажать на педаль "газа", довести обороты коленчатого вала до 3000 мин -1.

- Включить все потребители: дальний свет фар, обогрев заднего стекла, вентилятор отопителя, стеклоочиститель, аварийную сигнализацию.

- Замерить напряжение на выводах аккумуляторной батареи, которое должно быть выше 13 В. Если это не так, неисправны обмотки генератора (обрыв или замыкание), регулятор напряжения со щеточным узлом или окислены контактные кольца обмотки возбуждения.

- Для того чтобы убедиться в исправности регулятора напряжения, выключить все потребители, кроме фар дальнего света, и вновь измерить напряжение. Оно должно быть в пределах 13,2-14,7 В.

- Снятый регулятор напряжения проверить, подключив между щетками лампу (1-5 Вт, 12 В), а к выводам "D+" и "масса" - источник питания (только постоянного тока!), вначале напряжением 12 В, а затем 15-16 В. В первом случае лампа должна гореть, во втором - нет. Если лампа горит в обоих случаях, в регуляторе - пробой, если не горит - обрыв или нарушен контакт между щетками и выводами регулятора. В обоих случаях регулятор следует заменить.

- Для проверки вентилей выпрямительного блока отсоединить провода от аккумуляторной батареи, генератора и от вывода "D+" регулятора напряжения.

"Плюс" батареи через лампу (1-5 Вт, 12 В) подсоединить к выводу "В+" генератора, а "минус" - к его корпусу. Если лампа горит, то и в блоке "положительных", и в блоке "отрицательных" вентилей имеется короткое замыкание.

Для проверки замыкания в "положительных" вентилях "+" батареи через лампу соединить с выводом "В+" генератора, а "-" - с выводом одной из фазных обмоток статора. Если лампа горит, пробиты один или несколько положительных вентилей.

Для проверки замыкания в "отрицательных" вентилях "+" батареи через лампу соединить с выводом одной из фазных обмоток статора, а "-" - с корпусом генератора. Если лампа горит, пробиты один или несколько отрицательных вентилей или обмотки статора замыкают на корпус генератора. Чтобы исключить замыкание обмоток, генератор снимают с автомобиля и, отсоединив обмотки от регулятора напряжения и выпрямительного блока, проверяют их замыкание на "массу" с помощью лампы или омметра. Вентили генератора можно также проверить омметром, не подключая аккумулятор и контрольную лампу.

2.3 Проверка генератора 9402.3701 на стенде

Проверка на стенде позволяет определить исправность генератора и соответствие его характеристик номинальным. У проверяемого генератора щетки должны быть хорошо притерты к контактным кольцам коллектора, а сами кольца чистыми.

Порядок выполнения:

Установить генератор на стенд и выполнить соединения как показано на (рис. 2.3.1). Включить электродвигатель стенда, реостатом 4 установить напряжение на выходе генератора 13В и довести частоту вращения ротора до 6000 мин. Дайть генератору поработать на этом режиме не менее 10 мин, а затем замерить силу тока отдачи. У исправного генератора она должна быть не менее 80 А. Если замеренная величина отдаваемого тока значительно меньше, то это говорит о неисправностях в обмотках статора и ротора или о повреждении вентилей. В этом случае необходима тщательная проверка обмоток и вентилей, чтобы определить место неисправности. Напряжение на выходе генератора проверяется при частоте вращения ротора 5000 мин. Реостатом 4 установить ток отдачи 15А и замерить напряжение на выходе генератора, которое должно быть 13,2-14,7В при температуре окружающего воздуха и генератора (25±10)°С. Если напряжение не укладывается в указанные пределы, то заменить щеткодержатель с регулятором напряжения новым, заведомо исправным, и повторить проверку. Если напряжение будет нормальным, то, следовательно, старый регулятор напряжения поврежден и его необходимо заменить. А если напряжение по-прежнему не будет укладываться в указанные выше пределы, то необходимо проверить обмотки и вентили генератора.

Рис. 2.3.1. Схема соединений для проверки генератора на стенде:

1 - контрольная лампа 12В, 3 Вт; 2 - генератор; 3 - вольтметр; 4 - реостат; 5 - амперметр; 6 - выключатель; 7 - аккумуляторная батарея

2.4 Проверка и ремонт генератора 9402.3701

Осмотр контактных колец. Если на них имеются задиры, риски, царапины, следы износа от щеток и т.п., кольца необходимо прошлифовать. Если повреждение колец не удается вывести шкуркой, можно проточить кольца на токарном станке, снимая минимальный слой металла, и затем прошлифовать.

Проверка омметром (тестером) сопротивление обмотки ротора, подсоединив его к контактным кольцам. Если омметр покажет бесконечность, значит, в обмотках обрыв и нужно заменить ротор.

Проверка контрольной лампой, нет ли замыкания обмотки на корпус ротора. Для этого включить контрольную лампу в сеть переменного тока напряжением 220 В (можно использовать аккумуляторную батарею и лампу 12 В). Один провод подсоединить к корпусу ротора, а второй - поочередно на каждое кольцо. В обоих случаях лампа не должна гореть. Если хотя бы в одном случае лампа горит, значит, происходит замыкание и необходимо заменить ротор.

Осмотр статора. На внутренней поверхности статора не должно быть следов задевания якоря о статор. В противном случае заменить подшипники или крышки генератора в сборе с подшипниками.

Проверка, нет ли обрыва в обмотке статора. Для этого включить контрольную лампу в сеть переменного тока напряжением 220 В (можно использовать аккумуляторную батарею и лампу 12 В). Поочередно подсоедините контрольную лампу между всеми выводами обмотки. Во всех трех случаях лампа должна гореть. Если хотя бы в одном случае лампа не горит, значит, есть обрыв в обмотке и нужно заменить статор или обмотку.

...