Статор — пакет пластин из электротехнический стали, имеющий 18 пазов. В пазы помещена обмотка из 18 катушек, образующих 3 фазы, соединенные между собой звездой. Тремя шпильками статор зажат между передней и задней крышками корпуса генератора, изготовленными из алюминиевого сплава.

Ротор состоит из вала, установленной на нем катушки с обмоткой возбуждения, двух напрессованных на вал шестиполюсных ког-геобразных наконечников, образующих сердечник ротора, и двух контактных колец, к которым присоединены концы обмотки возбуждения.

Полюсы («когти») наконечников с северной полярностью размещают в промежутках между полюсами наконечников с южной полярностью. Таким образом, северные и южные полюсы сердечника ротора чередуются между собой.

Вал ротора вращается в шариковых подшипниках закрытого типа, помещенных в гнездах крышек генератора. Смазывают подшипники только при разборке генератора. Со стороны привода на валу ротора установлены и закреплены гайкой вентилятор, создающий поток воздуха для охлаждения полости генератора, и шкив привода ротора.

На задней крышке корпуса генератора укреплен щеткодержатель с двумя щетками, прижатыми к контактным кольцам ротора пружинами; одна щетка соединена с массой, другая с выводным зажимом Ш на крышке корпуса генератора. Щетки служат для соединения обмотки возбуждения ротора, создающей магнитное поле, с питающим ее источником постоянного тока (аккумуляторной батареей или через выпрямительное устройство обмоткой статора).

На внутренней, торцовой поверхности задней крышки смонтированы шесть кремниевых диодов выпрямительного устройства: три диода Д242 на алюминиевом радиаторе, соединенные гибким проводником с изолированным зажимом «+» генератора, и три диода Д242АП обратной полярности — непосредственно на крышке. Диоды собраны в трехфазную мостовую схему выпрямления, соединенную с обмоткой статора.

Генератор работает следующим образом (рис. 1). При включении зажигания выключателем зажигания через обмотку возбуждения ротора начинает протекать постоянный ток от аккумуляторной батареи. При этом в сердечнике ротора образуется магнитное поле, замыкающееся через статор. Во время вращения ротора магнитное поле его полюсов, пронизывающее витки катушек статора, изменяется, и в каждой из них поочередно индуцируется переменная ЭДС. По мере увеличения частоты вращения вала ротора эта ЭДС возрастает.

С момента, когда ЭДС генератора превысит ЭДС аккумуляторной батареи, питание всех потребителей энергии (аккумуляторная батарея, обмотка возбуждения генератора, приборы освещения и т. д.), установленных на автомобиле, производится от генератора через выпрямитель.

Регулирование напряжения генератора. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя ЭДС в обмотках статора генератора и напряжение в его внешней цепи увеличиваются.

Основная часть регулятора — электромагнитное реле, имеющее сердечник с обмоткой, стойку с неподвижным контактом и качающийся якорь с подвижным контактом. Пружиной якоря подвижный контакт прижимается к неподвижному. Обмотка сердечника регулятора соединена с зажимами «+» и «—» генератора. Параллельно контактам присоединен резистор.

Пока напряжение генератора остается в пределах допустимого, контакты реле замкнуты и через них протекает ток обмотки возбуждения по следующей цепи: зажим «+» генератора — выключатель зажигания—зажим ВЗ — внешний магнитопровод (ярмо) — якорь контакты реле-регулятора — зажимы реле-регулятора и генератора — щетка — первое контактное кольцо — обмотка всзбуж-дения — второе контактное кольцо — щетка — масса —зажкм «—» генератора. В этом случае реле-регулятор не воздействует на напряжение генератора.

Если напряжение генератора становится выше допустимого, магнитное поле сердечника реле усиливается и сердечник притягивает якорь с подвижным контактом, вследствие чего контакты размыкаются и в цепь обмотки возбуждения включается резистор. Магнитное поле ротора становится слабее, и напряжение генератора падает. После этого контакты реле-регулятора снова замыкаются, и описанный процесс повторяется. Замыкание и размыкание контактов происходит с большой частотой (якорь вибрирует), благодаря чему сглаживаются колебания напряжения.

На автомобиле ГАЗ-53А устанавливают более сложный контактно-транзисторный реле-регулятор РР-362 (рис. 2).

Этот реле-регулятор состоит из транзистора Т и двух электромагнитных реле — регулятора напряжения РН и реле защиты РЗ. Транзистор установлен на малой панели корпуса реле-регулятора, а РН и РЗ — на большой панели.

Все эти приборы защищены общей крышкой.

Принцип регулирования напряжения генератора контактно-транзисторным реле-регулятором такой же, как у описанного выше вибрационного реле-регулятора. При повышении напряжения генератора сверх нормы в цепь его обмотки возбуждения включаются добавочные резисторы, уменьшающие силу тока в этой обмотке, а следовательно, и создаваемое ею магнитное поле, вследствие чего напряжение генератора снижается. Однако если через контакты вибрационного регулятора напряжения протекает сильный ток обмотки возбуждения генератора, вызывая их быстрое подгорание и снижение надежности действия этого прибора, то в контактно-транзисторных реле-регуляторах ток возбуждения генератора замыкается транзистором. Через контакты регулятора напряжения протекает только слабый ток, управляющий транзистором, благодаря чему исключается подгорание контактов. Происходит это так: если напряжение генератора повышается сверх допустимого, контакты регулятора напряжения замыкаются, соединяют базу транзистора с положительным зажимом генератора и транзистор запирается, вследствие чего в цепь обмотки возбуждения включаются дополнительные резисторы.

Реле защиты предохраняет транзистор от повреждений в случаях коротких замыканий в цепях генератора и реле-регулятора, когда сила тока, протекающего через транзистор, резко возрастает. При таких замыканиях магнитное поле сердечника РЗ усиливается и его контакты размыкаются, вследствие чего транзистор запирается и прекращается протекание через него тока.

На автомобили ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 «Волга» устанавливают бесконтактно-транзисторный реле-регулятор РР-350, не имеющий электромагнитного реле. Действие этого прибора основано, как и у других реле-регуляторов, на изменении тока в обмотке возбуждения генератора путем включения в ее цепь добавочных резисторов.

К неисправностям аккумуляторной батареи относятся саморазряд, понижение емкости, полное прекращение действия, а также трещины и другие повреждения бака.

Саморазряд — это разряд батареи при отключенных потребителях. Саморазряд, не превышающий 1,0… 1,5% емкости батареи за сутки (полный разряд происходит за 60… 100 суток), нормальный.

Понижение емкости батареи вызывается одной из следующих причин сульфатация пластин, недостаточная плотность электролита, выпадение активной массы. Сульфатация происходит при глубоком (ниже 1,7 В) разряде аккумуляторов и оставлении батарей разряженными на длительное время, при понижении уровня электролита в аккумуляторах; активная масса выпадает из-за чрезмерной плотности электролита или вследствие коробления пластин, вызванного перегрузкой аккумуляторной батареи при непрерывном включении стартера более 10 с, а также пуском стартером холодного двигателя, заправленного слишком вязким маслом.

Полное прекращение действия аккумулятора (на выводных штырях отсутствует напряжение) наступает вследствие замыкания между собой разноименных пластин при поврежденных сепараторах или отрыва выводных штырей от бареток или межэлементных соединений.

Трещины бака появляются от ударов при ослабленном креплении батареи в гнезде, неосторожной переноски, замерзания электролита пониженной плотности.

Неисправности генераторов и реле-регуляторов. При их неисправностях уменьшается или полностью прекращается питание потребителей от генератора и заряд аккумуляторной батареи. Это обнаруживают по показаниям амперметра, а также по недостаточному накалу ламп освещения при работе двигателя при средних и больших частотах вращения, слабому действию звукового сигнала и т. п.

Чаще всего генератор работает ненормально по следующим причинам:
- слабое натяжение ремня привода генератора;
- загрязнение и износ контактных колец и щеток генератора, ослабление пружин щеток;
- замыкание или обрыв в обмотках генератора;
- нарушение регулировки, подгорание контактов и другие неисправности реле-регулятора;
- неисправность диодов выпрямителя.

—

Генератор является основным источником электрической энергии системы энергоснабжения, обеспечивающим питание всех потребителей и заряд аккумуляторной батареи при работе двигателя.

К генераторам предъявляются следующие требования: простота конструкции; долговечность и надежность в эксплуатации; малые габариты, масса и стоимость; большая удельная мощность (мощность на 1 кг массы); возможность обеспечения заряда аккумуляторных батарей при малой частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода.

Перечисленным требованиям в большей степени удовлетворяют только генераторы переменного тока со встроенными кремниевыми диодами, поэтому они нашли широкое применение на современных автомобилях.

Автомобильный генератор переменного тока — трехфазный, синхронный, с электромагнитным возбуждением, у которого частота наводимой э. д. с. пропорциональна частоте вращения ротора генератора.

Такие генераторы по сравнению с генераторами постоянного тока проще по конструкции, имеют меньшие габаритные, размеры и массу при той же мощности, более надежны в эксплуатации, а расход меди на обмотки примерно в 2,5 раза меньше. В генераторах переменного тока нет коллектора, вместо сложной обмотки якоря применятся технологически простая обмотка статора, обмотка возбуждения состоит из одной катушки. Удельная мощность генераторов постоянного тока не превышает 45 Вт, а генераторов переменного тока достигает до 143 Вт (Г266).

Отсутствие коллектора в генераторах переменного тока позволяет повысить максимальную частоту вращения ротора до 12 тыс. об/мин. Такая конструкция генератора позволяет повысить частоту вращения ротора генератора и при работе двигателя в режиме холостого хода. Поэтому генераторы в этом режиме работы двигателя развивают до 40% номинальной мощности, что улучшает заряд батарей.

Устройство генераторов

Генератор Г250 (рис. 1) и его модификации, а также генераторы Г266,-271,-272, -286 относятся к генераторам с электромагнитным возбуждением и кремниевыми диодами, смонтированными в выпрямительном блоке генератора. В этих генераторах между двумя алюминиевыми крышками при помощи стяжных винтов закрепляется сердечник 10 статора, являющийся магнитопроводом, который для уменьшения нагрева вихревыми токами набирают из тонких стальных пластин, изолированных друг от друга лаком. Внутренняя поверхность статора имеет восемнадцать зубцов, на которые нанизано восемнадцать катушек обмотки статора. Катушки распределены на три фазы и включены по схеме «звезда», а в генераторе Г286 —по схеме «треугольник». В каждой фазе включено по шесть последовательно соединенных катушек. Концы катушек фаз присоединены к трем зажимам блока кремниевых диодов выпрямителя. Все диоды подключены к соединительным шинам.

В период работы генератора в катушках обмотки статора индуктируется э. д. е., под действием которой по обмотке возбуждения и в цепи подключенных потребителей протекает ток.

Ротор состоит из двух стальных шестиполюсных нако-. нечников, выполненных из мягкой стали. Наконечники одной половины ротора с северной магнитной полярностью входят между наконечниками второй половины ротора с южной магнитной полярностью. Ротор вращается в двух шариковых подшипниках, установленных в крышках.

Катушка обмотки возбуждения нанизана на стальную втулку, расположенную между полюсными наконечниками. Оба конца обмотки припаяны к двум медным контактным кольцам, установленным на изоляционные втулки.

Две графитовые щетки генератора установлены в щеткодержателе и прижимаются к контактным кольцам пружинами.

В генераторах Г221, Г250 и Г271 изолированная от корпуса щетка соединена проводником с штекерным зажимом Ш; другая щетка соединена с корпусом генератора. В генераторах Г272, Г266 и Г286 обе щетки изолированы от корпуса и соединены с штекерными зажимами.

Полюсные наконечники, втулка и изоляционные втулки контактных колец напрессованы на рифленую поверхность вала ротора.

Крышки генератора имеют прорези для движения воздуха, создаваемого крыльчаткой шкива.

На крышке установлены минусовой зажим «—» (винт, ввернутый в крышку) и изолированный от корпуса плюсовой зажим «+».

Генераторы серии Г250 (Г250-Г1.-Ж1, -Е1, -И1 и т. д.) отличаются друг от друга шкивами. В генераторе Г250-Ж1 смещена лапа крепления.

Генератор Г286 имеет конструкцию, аналогичную конструкции генераторов Г250, Г271, Г272, Г266, но большие габариты и массу. Обмотка статора соединена по схеме «треугольник», что позволяет уменьшить сечение проводников обмотки и габариты статора.

Переменный ток генератора преобразуется в постоянный выпрямителем, собранным по трехфазной двухполупериод-ной схеме на шести кремниевых диодах. Конструкция и электрическая схема выпрямительного блока типа ВБГ показаны на рис. 16. Блок состоит из трех секций, установленных на пластмассовом основании и двух соединительных шин. Каждая секция блока состоит из алюминиевой отливки с ребрами (теплоотвода), в двух гнездах которой собраны р-п переходы выпрямительных диодов. В одном гнезде р-п переход имеет на корпусе р-зону, а в другом п-зону. Противоположные зоны переходов имеют выводы, которые припаиваются к соединительным шинам 2. Минусовая шина выпрямительного блока соединена с корпусом генератора, а плюсовая изолирована от корпуса и соединена с зажимом «+». Каждая секция имеет токоподводящий зажим, к которому подсоединяется один из концов фазовой обмотки статора.

Выпрямительный блок типа БПВ (рис. 3) генератора Г221 состоит из шести диодов ВА-20, которые запрессованы (по три штуки) в крышке генератора и специальной пласта нетеплоотводе (держателе). Диоды выпускаются в двух исполнениях — с прямой и обратной полярностью. Для отличия диодов донышко корпуса диода прямой полярности окрашено в красный цвет, а донышко диода обратной полярности — в черный.

Генератор Г221 отличается от генератора Г250 и других в основном тем, что обмотка статора имеет нулевой вывод, который подключается к реле контроля заряда. Цифра 67 является условным обозначением вывода обмотки возбуждения, а цифра 30 — вывод от выпрямителя.

Принцип работы генераторов

Полюсные наконечники (рис. 4) магнитной системы генератора и втулка ротора обладают небольшим остаточным магнетизмом, обеспечивающим индуктирование э. д. с. номинальной величины в обмотке статора только при очень большой частоте вращения вала ротора. При замкнутых контактах выключателя зажигания обмотка возбуждения генератора подключается к аккумуляторной батарее и ток, проходящий по ней, вызывает намагничивание ротора. Большая часть магнитного потока ротора замыкается через зубцы сердечника статора, а остальная часть магнитного потока рассеивается вне сердечника и не участвует в наведении э. д. с. в обмотке статора.

При вращении ротора под каждым зубцом сердечника статора проходит то северный, то южный полюс ротора, в результате чего магнитный поток, проходящий через зубцы статора, изменяет свое направление и величину. Вследствие этого происходит пересечение катушек обмотки статора магнитными силовыми линиями и в них индуктируется э. д. с. переменного направления. Индуктируемая э. д. с. создает трехфазный переменный ток, который при помощи кремниевых диодов выпрямляется в постоянный ток.

Характеристики генераторов

Свойства автомобильных генераторов переменного тока определяются рядом характеристик, которые представляют собой зависимость между какими-либо двумя величинами при неизменных остальных.

Рассмотрим зависимость изменения выпрямленного напряжения генератора Uv от частоты вращения п ротора, при работе генератора без нагрузки (/г = 0) и при номинальной нагрузке (/r = fN).

Из графика (рис. 5, а) видно, что напряжение генератора возрастает при увеличении частоты вращения ротора, а точки пересечения зависимостей с линией номинального напряжения Un определяют начальную частоту вращения п0 и пы соответственно при работе генератора без нагрузки и с номинальной нагрузкой. Частоты вращения п0 и пм являются контрольными и указываются в технических характеристиках. Из графика также видно, что генератор развивает напряжение значительно больше номинального, а поэтому все автомобильные генераторы работают с регуляторами напряжения, изменяющими силу тока в обмотке возбуждения, а следовательно, и магнитный поток возбуждения Фв при изменении частоты вращения пр ротора, что необходимо для поддержания постоянства напряжения генератора.

На рис. 5, б показана зависимость изменения силы тока нагрузки генератора от частоты вращения ротора п„ при неизменных значениях выпрямленного напряжения и силы тока возбуждения генератора. Конструкция генераторов переменного тока позволяет повысить передаточное число от двигателя к генератору, а поэтому частота вращения ротора генератора при минимальной частоте вращения пхх (холостом ходу) коленчатого вала двигателя выбрана выше начальной частоты вращения п0. Следовательно, при яхх двигателя генератор будет отдавать ток, что улучшает условия подзаряда аккумуляторной батареи и повышает срок ее службы.

Схема соединения приборов для снятия приведенных характеристик показана на рис. 5, е.

Максимальная сила тока /гтах генератора при большой частоте вращения ротора превышает номинальную величину In, однако при этом перегрева генератора не будет, так как резко увеличивается поток охлаждающего воздуха, продуваемого через генератор вентилятором.

Генераторы переменного тока обладают свойством самоограничения максимальной силы тока нагрузки, что предотвращает перегрев обмотки статора и диодов выпрямителя, а поэтому исключается необходимость установки ограничителя силы тока в электрической цепи генератор—аккумуляторная батарея.

С увеличением силы тока нагрузки возрастает сила тока в катушках обмотки статора. Следовательно, возрастает и магнитный поток статора, а так как он противодействует магнитному потоку ротора, то результирующий магнитный поток, замыкающийся через сердечник статора, уменьшается. В результате снижается величина магнитного потока, пересекающего катушки обмотки статора, и в них индуктируется меньшая э. д. с. Таким образом, вследствие снижения индуктируемой э. д. с. в катушках обмотки статора при увеличении нагрузки генератора и возрастания индуктивного сопротивления обмотки статора с повышением частоты вращения ротора ограничивается максимальная сила тока генератора, т. е. когда сила тока достигает номинальной величины, кривая IL плавно переходит в горизонтальную прямую.

—

На автомобилях начали устанавливать генераторы переменного тока, что вызвано преимуществами их конструкции перед генераторами постоянного тока: меньшая масса при той же мощности, большой срок службы, меньший расход меди (в 2—2,5 раза), возможность повышения передаточного числа от двигателя к генератору до 2,5—3,0. В этом случае на оборотах холостого хода двигателя генератор отдает до 25—50/о своей мощности, что улучшает условия заряда аккумуляторной батареи на автомобиле, а следовательно, и ее срок службы.

На рис. 48 показано устройство генератора переменного тока Г-250. Генератор имеет статор с трехфазной обмоткой, выполненной в виде отдельных катушек, насаженных на зубцы статора. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Фазные обмотки статора соединены звездой и их выходные зажимы подключены к выпрямительному блоку.

Корпус статора набран из отдельных пластин электротехнической стали. Обмотка возбуждения генератора выполнена в виде катушки и помещена на стальной втулке внутри клювообразных полюсов ротора. Втулка, клювообразные полюса ротора и контактные кольца жестко закреплены на валу ротора (прессовая посадка на накатку). Магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, проходя через торцы клювообразных полюсов, образует северные и южные полюса на роторе. При вращении ротора магнитное поле полюсов ротора пересекает витки катушек обмотки статора, индуктируя в каждой фазе переменную э. д. с. Таким образом, принцип действия генератора переменного и постоянного тока одинаков. Разница заключается в том, что в генераторе постоянного тока магнитный поток обмотки возбуждения в пространстве неподвижен, а в генераторе переменного тока он вращается.

Ток в обмотке возбуждения подводится через щетки и контактные кольца, к которым припаяны концы обмотки возбуждения. Щетки укреплены в щеткодержателе.

Статор генератора с помощью стяжных болтов закреплен между крышками, которые имеют кронштейны крепления генератора к двигателю. В крышке со стороны привода вверху имеется резьбовое отверстие для крепления натяжной планки, с помОщью которой регулируется натяжение приводного ремня генератора. Крышки отлиты из алюминиевого сплава.

С целью уменьшения износа посадочное место под шарикоподшипник и отверстие в кронштейне в каждой из крышек армированы стальными втулками.

В крышках установлены шариковые подшипники с двусторонним уплотнением и смазкой, заложенной на весь срок службы подшипника.

На выступающий конец вала ротора крепится наружный вентилятор и шкив. В крышках имеются вентиляционные окна, через которые проходит охлаждающий воздух. Направление движения охлаждающего воздуха от крышки со стороны контактных колец к вентилятору. Приводной шкив в зависимости от типа автомобиля, на котором устанавливается генератор, может иметь различные диаметр и сечение ручья под ремень.

В крышке со стороны контактных колец устанавливается выпрямительный блок, собранный из кремниевых вентилей (диодов), допускающих рабочую температуру плюс 130 °С.

Выпрямительный блок ВБГ-1 состоит из трех моноблоков, соединенных в схему двухполупериодного трехфазного выпрямителя.

Каждые два плеча выпрямителя размещены в моноблоке, выполняющем одновременно роль радиатора и токопроводящего зажима средней точки схемы. В корпусе моноблока-радиатора имеются два гнезда, в которых собраны р-л-переходы выпрямительных вентилей.

В некоторых конструкциях генераторов переменного тока, например Г-221 автомобиля «Жигули», каждый вентиль выполнен отдельно, а схема собирается запрессовкой кор-опуса вентиля в крышку генератора и специальную пластину — теплоотвод. В этом случае для упрощения схемы электрических соединений вентили выпускаются в двух исполнениях — с прямой и обратной полярностью корпуса. В вентилях прямой полярности « + » выпрямленного тока будет на корпусе, в вентилях обратной полярности будет «—» выпрямленного тока.

Вентили прямой и обратной полярности различаются цветом маркировки, наносимой краской на донышке корпуса. Вентили прямой полярности (« + » на корпус) помечают красной краской, а вентили обратной полярности («—» на корпус) — черной. В случае замены вентиля, запрессованного в крышку генератора, необходимо развернуть посадочное отверстие под больший размер и поставить ремонтный вентиль с увеличенным диаметром корпуса.

На генераторе Г-250 также стали устанавливать выпрямительный блок БПВ-45, собранный на вентилях ВА-20.

С увеличением частоты вращения повышается частота тока, индуктированного в фазных обмотках генератора переменного тока, и возрастает индуктивное сопротивление обмоток. Поэтому при большой частоте вращения ротора, когда генератор может отдавать максимальную мощность, не возникает опасности его перегрузки, поскольку сила тока ограничивается повышенным индуктивным сопротивлением его обмоток. Это явление в генераторах переменного тока называется свойством самоограничения. Автомобильные генераторы Г-250, Г-270, Г-221 и другие сконструированы таким образом, что не нуждаются в ограничителе тока.