Автомобили с генератором электричества

Как тебе такое, Илон Маск? Британцы создали генератор, который делает из любого авто электрокар

Илон Маск больше не самый умный и предприимчивый на планете. Британцы создали устройство, которое превратит любой автомобиль в электрический.

<p>Фото © Shutterstock</p>

Прощай, Toyota Prius, мы не будем скучать

Как это работает

Технология HPD, которую разработали британцы из Swindon Powertrain, похожа на технологию использования «мягких гибридных систем», которую уже предлагает ряд производителей, в том числе Audi. В базовой конфигурации компактный электрический бесщёточный двигатель на постоянных магнитах, мощностью 110 лошадиных сил, подключается к обычной бортовой сети. Электричество, которое вырабатывается при движении автомобиля, накапливается в специальных встроенных аккумуляторах. Накопленная энергия позволяет автомобилю некоторое время проехать исключительно на электрической тяге.

Китайцы показали конкурента российского Aurus Komendant

Если верить описанию устройства, размеры аккумулятора позволяют установить его на переднюю или заднюю ось любого колёсного транспорта — автомобиля, грузовика, автобуса, квадроцикла. ОЕМ-решение монтируется вместе с традиционной коробкой передач — электродвигатель, по словам разработчиков, не будет вредить уже существующим и используемым автопроизводителями приводам и редукторам, которые устанавливаются на трансмиссионную ось в машинах с задним — «классическим» приводом.

Дешевле, чем бензин? Сколько на самом деле стоит ездить на электромобиле

По своей механике HPD от Swindon Powertrain ничем не отличается от EV-решений для современных гибридных автомобилей — для британского электродвигателя, по словам создателей, можно докупить высоковольтную батарею и зарядное устройство. После таких заявлений возникает закономерный вопрос: а можно ли переоборудовать любую машину в гибрид? Спойлер — можно. И это очень плохая новость для Tesla, Toyota и вообще любого производителя гибридных и электрических систем.

Экономия на покупке гибрида — спорный вопрос, который порождает ожесточённые споры по сей день. Переплатить 20–30% от цены бензиновой машины или на эти же деньги заправляться в течение пары лет? На этот вопрос каждый автомобилист ответит сам. Экономику от владения исключительно электрической машиной по сравнению с бензиновой мы уже считали ранее, и теперь настало время выяснить, есть ли смысл переделывать собственный автомобиль в гибридный. У технологии поддержки бензиновой силовой установки электричеством есть как достоинства, так и недостатки.

Илон Маск, ты доволен? Число электромобилей в России за год выросло вдвое

  • Достоинства. Крутящий момент и сильное ускорение как со старта, так и в движении. Сниженный на 30–40% расход топлива при движении в городе. Снижение износа деталей и экономия на расходных материалах (тормозные диски, колодки).
  • Недостатки. Сложность ремонта и обслуживания гибридных и электрических систем. Повышенный расход заряда батареи в холодное время года. Ненадёжность элементов питания в случае ДТП (возможны возгорания), износ АКБ, выход из строя электродвигателей, небольшой ресурс (до пяти лет у гибридных и электрических систем предыдущего поколения).

Выживаем без нефти. Можно ли ездить на электромобиле в городе?

Директор автосервиса по ремонту и обслуживанию электромобилей Ринат Шайхутдинов отмечает, что главное вложение денег владельцу гибрида или электромобиля предстоит сделать, если из строя выйдет электродвигатель или аккумуляторная батарея.

Замена батареи целиком — удовольствие не из дешёвых. Мы научились менять батареи секциями. Недавний случай — ремонт блоков АКБ у Tesla Model S, которую клиент купил в США с пробегом в 80 тыс. миль [около 130 тыс. километров]. Всего в такой батарее 16 модулей с элементами питания. Мы меняли четыре. Итого вместе с ремонтом и расходными материалами вышло по 1,5 тыс. долларов за блок. Много это или мало, сказать не могу, клиент настоял именно на замене по частям, новую покупать отказался

Директор автосервиса по ремонту и обслуживанию электромобилей

Брать или не брать? Вот в чём вопрос

Самое сложное в истории с электродвигателями от британской Swindon Powertrain — это цена системы. Коммерческий комплект, в который входит только генератор и комплект для подключения установки к автомобилю, стоит 7900 долларов. Это 555 тыс. рублей по курсу на конец мая 2020 года. Производитель заверяет, что автомобиль сразу после установки получает топливную эффективность на уровне современных гибридов, то есть те же (плюс-минус) 20% к топливному циклу в городе. Сложно посчитать, за какое время окупится комплект электрогенератора, но при средних расходах в две-три (реже пять тыс. рублей в неделю) за полный бак бензина речь может идти о временном отрезке примерно в четыре-пять лет, что подталкивает потенциального покупателя системы к той же проблеме, что и владельцев гибридных авто.

Директор строительной компании и по совместительству владелец гибридного автомобиля Lexus RX-450h Артур Комков отмечает, что не ощущает особенной разницы между гибридной машиной и внедорожником исключительно с двигателем внутреннего сгорания.

Насколько я понял экономику таких машин, то на гибридах для ощущения эффекта от электрической установки нужно ездить либо мало, либо очень много. У меня дневной пробег по Москве около 30 километров. Это и в пробках постоять, и резкие манёвры с ускорениями. Единственное, что я понял, гибридная силовая установка позволяет существенно снизить вибрации и шумы от автомобиля. По топливной эффективности разница с бензиновой машиной невелика — вместо 15 литров в городе расход 14. В пробках, с включённым климатом и с другими потребителями, батарея «высаживается» очень быстро, и дальше двигатель работает на её зарядку, поэтому экономический эффект слабо прогнозируем

Директор строительной компании и владелец гибридного автомобиля

Первый электромобиль "Лада" продают за миллион рублей

Как тебе такое, Илон Маск?

А вот родоначальнику серийных электромобилей Илону Маску, да и всем автомобильным производителям вообще стоило бы напрячься. История с генератором от High Power Density (HPD) от Swindon Powertrain — это скорее не про конечного потребителя как автомобилиста, а про покупку технологий. Инженер-разработчик альтернативных энергетических систем на транспорте Игорь Лошаков отмечает, что от существующих систем, применяемых автопроизводителями, британский генератор выгодно отличается.

Во-первых, он меньше. Его размеры — 44 х 40 сантиметров. Это небольшой ОЕМ-комплект, если говорить о внедрении в серийное производство. Во-вторых, у него высокий КПД. 80 кВт и 136 ньютонов момента — это прилично. Не фантастическая цифра, но очень хорошо

Инженер-разработчик альтернативных энергетических систем на транспорте

По словам Лошакова, с точки зрения удобства использования в серийном производстве британский генератор отличается от существующих «мягких» гибридных генераторов тем, что в нём почти нет трущихся поверхностей, а это положительно влияет на ресурс и, как следствие, на стоимость. Никто из автопроизводителей, кроме Tesla, таких решений в последние годы не предлагал, даже крупные концерны вроде Volkswagen, Volvo или GM не располагают успешными серийными машинами.

Водители Tesla не смогли открыть электрокары из-за сбоя в приложении

Создатель системы электромагнитного демпфирования для колёсной бронетехники Пётр Стожаров по нашей просьбе изучил схему работы британского электромагнитного генератора и пришёл к выводу, что в случае грамотного внедрения такого устройства в серийные автомобили потребность в электрических машинах может исчезнуть на ближайшие десятилетия.

Как мне видится, устройство — это более эффективное, чем ранние гибридные системы, но не до конца продуманное решение. Непонятно, почему его презентовали без накопителя [аккумулятора]. Новейший гибрид хорошо реализован в отечественных автомобилях Aurus — там работает система полного цикла. Есть и выработка электричества, и система хранения. Здесь, как я понимаю, речь идёт только об облегчении пуска двигателя и ускорении, ничего более. Но отсутствие механического трения деталей — это всегда перспективно. Если разработать под такую систему хороший бензиновый двигатель, дать возможность заряжать систему от бытовой сети [так называемая схема PHEV], то электрические машины с их запасом хода в 400 километров не будут нужны потребителю

Изобретатель, создатель системы электромагнитного демпфирования

Обычный среднеразмерный кроссовер (например, Toyota RAV-4 или аналогичный ему) с таким генератором, по словам Стожарова, сможет проехать почти вдвое большее расстояние.

Средний пробег обычного городского кроссовера на полном баке — в зависимости от стиля вождения — около 500 километров. Если интегрировать такой генератор и грамотно распределить систему хранения, то можно добиться практически удвоения этого показателя. 900 километров можно выжать из системы, если пробег исключительно шоссейный. Но это для бюджетного автомобиля весьма неплохо

Изобретатель, создатель системы электромагнитного демпфирования

Другая сторона вопроса, как отметил изобретатель, это удорожание машины из-за появления новой системы. В системе не будет никакого смысла, если с текущей отметки в 1,7 млн за новый импортный кроссовер цена на автомобиль взлетит почти до 3 млн рублей — с учётом почти восьми тыс. долларов и расходов на переоборудование производства.

Идеальный показатель в этом отношении — удорожание стоимости не более чем на 10% в расчёте на один автомобиль. Как отметил Пётр Стожаров, если автогиганты вовремя включатся и купят эту технологию, а затем сумеют интегрировать её в серийное производство без сотен миллионов дополнительных расходов, спрос на электромобили может обрушиться. По крайней мере, до того момента, когда на Земле не закончится нефть.

Почему автомобильные генераторы вырабатывают переменный ток?

Вот почему автомобили используют генераторы переменного тока, хотя все устройства на борту работают от постоянного электричества

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, что питает все системы вашего автомобиля ? За счет чего заводится мотор, горят лампочки на приборной панели, движутся стрелки и работают бортовые компьютеры? Откуда берется электричество на борту? Конечно, их вырабатывает генератор и аккумулирует химический накопитель энергии многоразового действия – электрический аккумулятор. Это знают все. Скорее всего, вы также в курсе, что аккумуляторная батарея вырабатывает постоянный ток, который используется в любом автомобиле для запитывания приборов. Однако во всей этой стройной теории, проверенной практикой, присутствует одно странное звено, не желающее поддаваться логике, – генератор вырабатывает ток переменный, тогда как все механизмы на борту машины потребляют ток постоянный. Это не кажется вам странным? Почему так происходит?

На самом деле это интересный вопрос, потому что в этой истории на первый взгляд нет никакого смысла. Если все потребители электричества в вашем автомобиле работают на 12 вольтах постоянного тока, почему автопроизводители больше не используют генераторы, которые производят постоянный ток? Ведь раньше так и делали. Почему необходимо сперва сгенерировать переменный ток, а затем преобразовывать его в постоянное электричество?

Задавшись такого рода вопросами, мы начали докапываться до истины. Ведь есть же в этом какая-то тайная причина. И вот что мы выяснили.

Читайте также  Бензиновый генератор gen 500

Во-первых, давайте проясним, что мы подразумеваем под переменным и постоянным током. Автомобили используют постоянный ток, или прямой ток, как его еще называют. В названии скрыта суть феномена. Это тип электричества, который производится батареями, он течет в одном постоянном направлении. Этот же тип электричества производился генераторами, которые ставились на первые автомобили с начала 1900-х годов до 60-х годов прошлого века. На старушках ГАЗ М-20 «Победа» и ГАЗ-69 ставились именно генераторы постоянного тока.

Другой вид электричества – переменный ток – назван так из-за того, что он периодически обращает течение по направлению, а также изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи неизменным. Доступ к этому типу электричества можно получить в любой розетке обычной квартиры по всему миру. Мы используем его для питания электроприборов в частных домах, зданиях, огни больших городов также дают свет благодаря переменному току, потому что его легче передавать на большие расстояния.

Большая часть электроники, в том числе почти вся в вашем автомобиле, использует постоянный ток, преобразуя переменный ток в постоянный для выполнения полезной работы. В бытовых приборах установлены так называемые блоки питания, в которых происходит конвертация одного вида энергии в другой. Побочным результатом работы преобразования является немного тепла на выходе. Чем сложнее бытовая утварь, к примеру компьютер или Smart TV, тем сложнее цепочка преобразований. В некоторых случаях переменный ток частично не изменяется, а лишь корректируется его частота. Поэтому очень важно при замене вышедшего из строя блока питания заменять его на оригинальный, требуемого типа. Иначе технике наступит очень быстрый конец.

Но что-то мы отошли от главных вопросов, поставленных на повестку дня сегодня.

Итак, зачем в автомобилях вырабатывать «неправильный» вид электричества?

В общем, ответ очень прост: таков принцип работы генератора переменного тока. Наиболее высокий КПД при переводе механической энергии вращения двигателя в электрическую энергию происходит именно по такому принципу. Но есть нюансы.

Кратко принцип работы автомобильного генератора таков:

При включении зажигания на обмотку возбуждения подается напряжение через блок щеток и контактные кольца.

Инициируется появление магнитного поля.

Магнитное поле воздействует на обмотки статора, что приводит к появлению электрического переменного тока.

Далее переменный ток отправляется на выпрямительный блок, где происходит его преобразование в постоянный ток.

Завершающая стадия «готовки» правильного тока – регулятор напряжения.

После всего процесса часть электричества запитывает электропотребители, часть идет на подзарядку аккумулятора, некоторая часть уходит обратно на щетки альтернатора (так когда-то называли генератор переменного тока) для самовозбуждения генератора.

Выше был описан принцип работы современного генератора переменного тока, но так было не всегда. Ранние автомобили с двигателями внутреннего сгорания использовали магнето – простейшее приспособление для преобразования механической энергии в электрическую (переменного тока). Внешне, да и внутренне, эти машинки были даже схожи с более поздними генераторами, но использовались на очень простых автомобильных электрических системах без батарей. Все было просто и безотказно. Не зря некоторые сохранившиеся до наших времен 90-летние автомобили заводятся до сих пор.

Индукторы (второе название магнето) впервые были разработаны человеком с неподражаемым именем – Ипполит Пикси.

На данный момент мы с вами выяснили, что тип вырабатываемого генераторами тока зависит от продуктивности перевода механической энергии в электрическую, но также немаловажную роль во всей этой истории сыграло снижение массы и габаритов устройства по сравнению с аналогичными по мощности устройствами-производителями постоянного тока. Разница в весе и габаритах оказалась почти в три раза! Но есть еще один секрет, почему автомобильные генераторы сегодня вырабатывают переменный ток. Вкратце это более передовой эволюционный путь развития генераторов постоянного тока, которых, признаться честно, по сути, и не существовало в чистом виде.

Историческая справка:

Более того, генераторы постоянного тока на самом деле также производили переменный ток, когда якорь (подвижная часть) вращался внутри статора (внешний «корпус», который имеет постоянное магнитное поле). Разве что частота тока была иной и «сгладить» ее в постоянный ток можно было проще – при помощи коммутатора.

Коммутатором тогда называлось механическое приспособление с вращающимся цилиндром, поделенным на сегменты с щетками для создания электрического контакта.

Система работала, но была неидеальна. В ней было множество механических частей, контактные щетки быстро изнашивались, и общая надежность системы была так себе. Тем не менее это был лучший способ получить постоянный ток, который был нужен вам для зарядки аккумулятора и системы запуска автомобиля.

Так было до конца 1950-х годов, когда начала появляться твердотельная электроника, ставшая решением проблемы преобразования переменного тока в постоянный посредством кремниевых диодных выпрямителей.

Эти выпрямители тока (иногда называемые диодным мостом) показали себя с гораздо лучшей стороны в качестве преобразователей переменного тока в постоянный, что, в свою очередь, позволило использовать более простые, а значит, более надежные генераторы переменного тока в автомобилях.

Первым зарубежным автопроизводителем, который развил эту идею и вывел ее на рынок легковых автомобилей, был Chrysler, имевший опыт работы с выпрямителями и электронными регуляторами напряжения благодаря исследовательской работе, спонсируемой Министерством обороны США. В Википедии отмечается, что американская разработка «…повторяла разработку авторов из СССР», первая конструкция генератора переменного тока была представлена в Советском Союзе за шесть лет до этого. Единственным, но важным улучшением американцев стало применение кремниевых выпрямительных диодов вместо селеновых.

В СССР же, хоть и опоздали на 7 лет с введением в серию генераторов переменного тока на легковые автомобили, опередили весь мир в самой разработке новых типов генераторов. Еще в 1955 году на Горьковском автозаводе было выпущено 2.000 машин с альтернаторами вместо магнето.

«Одними из ведущих разработчиков, благодаря которым в СССР и на европейском континенте появилась первая серийная конструкция генераторов переменного тока, были Ю. А. Купеев (НИИ автоприборов) и В. И. Василевский (КЗАТЭ г. Самара)», – говорится на страницах Википедии.

Итог. Почему генераторы на авто вырабатывают переменный ток?

Ну, а мы завершаем наш рассказ. Первым легковым автомобилем, в базовой комплектации которого устанавливался генератор новой конструкции, стал Plymouth 1960 года выпуска. Некоторыми из наиболее очевидных преимуществ генератора было то, что на низкой скорости или на холостом ходу он по-прежнему производил достаточно тока, чтобы заряжать аккумулятор, что большинство генераторов того времени были не в состоянии сделать.

Оказалось, что альтернаторы, после того как был налажен массовый выпуск, производить дешевле, чем генераторы старой конструкции, они надежнее, выносливее и производят больше электричества на разных скоростях вращения коленчатого вала. Они сделали настолько большой шаг вперед, что все их плюсы запросто перекрывали единственный минус – они не могли производить постоянный ток. Позиция закрепилась после того, как инженерами был разработан дешевый и надежный твердотельный выпрямитель.

Автомобильный генератор: назначение, устройство и принцип работы

Любая автомашина оборудуется бортовой электросетью, на которую возлагается множество задач – от пуска двигателя посредством электрического стартера и выработки искры, которая воспламеняет топливовоздушную смесь до обеспечения работы фар, магнитолы, сигнализации и других устройств. Все перечисленное оборудование потребляет электроэнергию, которая вырабатывается двумя элементами – генератором и аккумулятором. В этой статье мы расскажем о том, как устроен и работает автомобильный генератор, каковы его основные неисправности и на что нужно обратить внимание при эксплуатации.

Для чего нужен генератор?

Подача электроэнергии для питания бортовой сети до момента запуска ДВС осуществляется аккумуляторной батареей. Однако АКБ не может вырабатывать ток, она лишь хранит его в себе, отдавая по необходимости. По этой причине использовать аккумулятор для постоянного обеспечения работы автомобильного электрооборудования нельзя – он довольно быстро отдаст всю электроэнергию и полностью разрядится. Даже при пуске силового агрегата батарея отдает значительную часть заряда, так как стартер потребляет очень много электричества.

Генератор авто обеспечивает восстановление заряда АКБ и подачу питания ко всем потребителям, подключенным к бортовой сети. Он не хранит в себе электричество, как аккумулятор, а непрерывно производит его в ходе работы двигателя. Но пока ДВС не запущен, этот узел не работает, и функция питания бортовой сети выполняется аккумуляторной батареей.

Работа автомобильного генератора напоминает действие электродвигателя, только в обратном порядке. Электромотор получает энергию и преобразует ее в механическое действие, в то время как автогенератор преобразует механическое вращение ротора в электроэнергию.

Кратко принцип, по которому работает автомобильный генератор, можно объяснить так: вращение ротора приводит к образованию магнитного поля, а оно воздействует на обмотку статора. Это приводит к возникновению в последней электротока, который затем подается для питания включенных в бортовую сеть ТС потребителей.

Однако работа автогенератора имеет некоторые особенности, которые необходимо учитывать. Современный электрогенератор, устанавливаемый в машинах, имеет три фазы и вырабатывает переменный ток, в то время как для питания бортовой сети необходим постоянный. Кроме того, вырабатываемый электроток должен иметь строго определенные параметры, иначе велика вероятность того, что он выведет из строя оборудование. Чтобы не допустить этого, узел комплектуется дополнительными элементами.

Устройство автомобильного генератора

Автогенератор включает в себя несколько составляющих:

  • Ротор.
  • Статор.
  • Блок щеток.
  • Регулятор напряжения.
  • Выпрямительный блок (диодный мост).

Автомобильный генератор

1 — задний подшипник; 2 — выпрямительный блок; 3 — контактные кольца; 4 — щетка; 5 — щеткодержатель; 6 — кожух; 7 — диод; 8 — втулка подшипника; 9 — винт; 10 — задняя крышка; 11 — крыльчатка; 12 — винт; 13 — ротор; 14 — обмотка ротора; 15 — передняя крышка; 16 — вал ротора; 17 — шайба; 18 — гайка; 19 — шкив; 20 — передний подшипник; 21 — обмотка ротора; 22 — статор.

Ротор

Ротором (от англ. rotation — вращение) называется подвижная часть автогенератора. Она представляет собой вал с расположенной на ней обмоткой возбуждения, находящейся между двумя полюсными половинками. Последние изготавливаются штамповкой, на каждой из них имеется шесть выступов в форме клюва, расположенных сверху обмотки. Эти половинки образуют систему полюсов и контактные кольца. Задача колец заключается в подаче электротока на обмотку через ее выводы.

Обмотка возбуждения предназначена для создания магнитного поля. Для решения этой задачи на нее должен быть подан слабый электроток. До запуска силового агрегата подачу тока для образования магнитного поля осуществляет АКБ. Когда ДВС заработает, и число оборотов достигнет нужной величины, подача тока на обмотку возбуждения будет производиться генератором

На роторе, кроме того, размещены:

  • Приводной шкив.
  • Подшипники качения.
  • Охлаждающее устройство (вентилятор).
Читайте также  Тепловой генератор для отопления дома

Ротор располагается внутри статора, зажатого между крышками корпусной части. Крышки снабжены посадочными местами, в которых помещаются роторные подшипники. Кроме того, в крышке, расположенной со стороны приводного шкива, имеются отверстия для вентиляции.

Система охлаждения генераторов

Схема вентиляции генераторов

Статор

Этот элемент, в отличие от вышеописанного, неподвижен (статичен), из-за чего и получил свое название. Его задача заключается в получении электротока переменной величины, возникающего под влиянием магнитного поля ротора. Статор состоит из обмоток и сердечника. Последний изготавливается из листовой стали и имеет пазы для укладки трех обмоток (по количеству фаз). Обмотки могут укладываться одним из двух способов: петлевым или волновым. Схема их соединения также может быть разной – в форме звезды или треугольника.

1 — сердечник; 2 — обмотка; 3 — пазовый клин; 4 — паз; 5 — вывод для соединения с выпрямителем.

При подключении по схеме «звезда» все обмотки соединяются вместе одним из концов в общей точке. Их вторые концы выполняют роль выводов. Схема «треугольник» предусматривает соединение обмоток по другому принципу: 1-я со 2-й, 2-я – с 3-ей, а 3-я, в свою очередь – с 1-й. В этом случае функцию выводов выполняют точки соединения. Наглядно обе схемы показаны на рисунке.

Схемы подключения

Блок щеток

Задача этой составляющей генератора заключается в передаче электричества на обмотку возбуждения. Конструктивно блок представляет собой корпус с расположенной в нем парой подпружиненных графитных щеток. Последние прижимаются с помощью пружин к контактным кольцам, но жестко с ними не скреплены.

Регулятор напряжения

Регулятор нужен для того, чтобы поддерживать величину напряжения на выходе в установленных пределах. Это необходимо, поскольку количество тока, как и его параметры, зависит от числа оборотов двигателя, а долговечность аккумулятора напрямую связана с подаваемой разностью потенциалов. Недостаточное напряжение приведет к «хроническому» недозаряду АКБ, а избыточное – к перезаряду. Как в первом, так и во втором случае срок службы батареи заметно снизится. Современные автомобили комплектуются электронными полупроводниковыми регуляторами.

Регулятор напряжения

Диодный мост (выпрямительный блок)

Задача этого элемента заключается в том, чтобы преобразовывать переменный ток, поступающий на него, в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Конструктивно он состоит из теплоотводящих пластин, в которые вмонтированы диоды в количестве 6 штук – по 2 на каждую статорную обмотку (на «+» и на «-») .

Принцип работы автомобильного генератора

Разберемся теперь, как работает автогенератор. При повороте ключа в замке зажигания напряжение поступает на обмотку, проходя при этом через контактные кольца, а также через блок щеток. Результатом становится возникновение вокруг обмотки возбуждения магнитного поля. Оно постоянно вращается вместе с ротором, воздействуя на статорные обмотки. На выводах последних возникает переменный электроток, подающийся затем на диодный мост. На выходе выпрямительного блока ток уже имеет постоянную величину. Далее он подается на регулятор напряжения, от которого идет на графитные щетки, обеспечивает питание потребителей, включенных в бортовую сеть, и подзарядку аккумуляторной батареи.

Напряжение на выходе устройства регулируется следующим образом. Регулятор, функционирующий совместно с блоком щеток, меняет величину напряжения, которое поступает на обмотку. Это приводит к изменению параметров магнитного поля, а также количества вырабатываемой электроэнергии. Кроме того, регулятор осуществляет термокомпенсацию, суть которой заключается в том, что напряжение меняется обратно пропорционально температуре (чем она ниже, тем разность потенциалов больше, и наоборот).

Основные неисправности автомобильного генератора

Этот узел достаточно надежен, и при правильной эксплуатации не ломается долго. Тем не менее, выходы его из строя все же случаются, и причины неполадок могут иметь электрический или механический характер.

Электрические неисправности

Такие неполадки случаются чаще механических, правильно определить их и устранить достаточно сложно. Это может быть замыкание обмоток возбуждения на статоре или роторе, их обрыв, поломка регулятора напряжения или пробой диодов на выпрямительном блоке. Подобные проблемы опасны еще и тем, что они отрицательно сказываются на аккумуляторе до тех пор, пока не будут выявлены и устранены. Так, вышедший из строя регулятор напряжения приведет к тому, что батарея будет постоянно перезаряжаться. При этом внешних признаков неисправности практически не имеется, чаще всего ее выявляют при комплексной диагностике, измерив на автогенераторе величину выходного напряжения, или заподозрив неладное, когда аккумуляторы один за другим выходят из строя, отработав всего несколько месяцев.

Обрыв или замыкание обмоток возбуждения устраняется с помощью перемотки. Остальные электрические неисправности исправляют, меняя вышедшую из строя деталь.

Механические неисправности

Причиной появления неполадок механического характера, как правило, является износ графитовых щеток, приводного шкива или щеток, а также обрыв ремня привода генератора. Эти неисправности довольно легко диагностировать по посторонним шумам, раздающимся при работе автогенератора. Устраняются эти неполадки заменой нерабочего элемента.

Напоследок остается дать совет периодически проводить диагностику генератора, проверяя на износ его составляющие и измеряя величину напряжения на выходе узла. Это позволит своевременно выявить и устранить возникшие неисправности, тем самым избежав проблем с аккумулятором и электрическими устройствами, включенными в бортовую сеть транспортного средства.

Автомобильный генератор: назначение и принцип работы

Каждый автомобиль оснащается бортовой электрической сетью, которая выполняет многие функции – запуск силовой установки при помощи электростартера, создание искрового разряда для воспламенения горючей смеси (бензиновые моторы), обеспечение светозвуковой сигнализацией и освещением, повышение комфортабельности в салоне и еще ряд других. Но тот же стартер, лампы и приводные двигатели являются потребителями электричества и для того, чтобы их обеспечить электроэнергией в авто имеется два источника электрического тока – аккумулятор и генератор.

автомобильный генератор

АКБ обеспечивает бортовую сеть авто энергией до того момента, пока силовая установка не запуститься. Особенностью аккумуляторной батареи является то, что она электрический ток не вырабатывает, а всего лишь удерживает его в себе и при надобности отдает. Поэтому использовать только аккумулятор невозможно, поскольку он попросту со временем разрядится, то есть отдаст всю накопленную энергию. И произойдет это быстро, если часто запускать мотор, поскольку стартер является одним из самых сильных потребителей в бортовой сети.

Назначение

Чтобы после запуска силовой установки восстановить заряд аккумулятора, а также обеспечить энергией все остальные электроприборы, используется генератор. Этот электрический элемент, в отличие от аккумулятора вырабатывает электричество, при этом делать он это может постоянно. Но для выработки электротока необходима механическая работа – вращение одной из составляющих частей генератора – ротора.

Поэтому пока мотор не запущен, генератор не способен выработать энергию, и бортовая сеть запитывается только от аккумулятора.

Генератор – этот тот же электродвигатель, но работа его выполняется с точностью до наоборот. Если в эл. двигатель подается энергия, чтобы получить механическое действие – вращение ротора, то у генератора – вращение обеспечивает выработку электрической энергии.

Если по-простому, то принцип действия генератора таков: при вращении ротора он образует магнитное поле, воздействующее на обмотку статора, из-за чего в ней появляется электрический ток, который и используется для питания бортовой сети.

Но имеются и определенные нюансы в работе данного элемента бортовой сети. Современный автомобильный генератор является трехфазным и обеспечивает на выходе переменный ток, который не подходит для электрообеспечения бортовой сети авто, поскольку в ней используется постоянный ток. К тому же, генератор должен вырабатывать электроэнергию с определенными показателями, чтобы не нанести вред потребителям. Поэтому в данный прибор включен ряд элементов дополнительного оснащения.

Устройство генератора для автомобиля

автомобильный генератор в разрезе

Генератор в разрезе

Итак, основными элементами генератора являются:

  1. ротор – подвижная составляющая
  2. статор – неподвижная.

Ротор – это вал, на котором располагается обмотка возбуждения, две полюсные половины, образующие полюсную систему и контактные кольца. Основная задача обмотки возбуждения – создание магнитного поля. Но для достижения данного эффекта на нее нужна подача электрического тока небольшого значения. Пока двигатель не запущен ток для возбуждения поля берется от аккумулятора. После запуска и достижения определенных оборотов, на обмотку начинает уже подаваться ток, выработанный генератором, то есть прибор переходит в режим самостоятельного возбуждения.

схема автомобильного генератора

Обмотка возбуждения помещена между двух полюсных половинок. Эти половинки изготовлены методом штамповки, что позволило сформировать на них по 6 клювообразных выступов, которые размещены поверх обмотки.

Контактные кольца нужны для подачи электрического тока на обмотку. К этим кольцам подходят выводы обмотки возбуждения.

Дополнительно на роторе располагаются шкив привода, вентилятор охлаждения и подшипники качения.

Статор предназначен для получения переменного тока, который образуется из-за воздействия магнитного поля ротора. Состоит он из двух частей – сердечника и обмоток. Сердечник представляет собой пакет, собранный из листовой стали. В нем сделаны пазы, в которые укладываются обмотки — три штуки (три фазы). Укладка их производится петлевым или волновым методом. При этом они объединены между собой по одной из таких схем – «звезда» или «треугольник».

Схема «звезда» сводится к тому, что одни концы каждой из обмоток соединены в одной точке, а другие концы являются выводами. В «треугольнике» же соединение обмоток выполнено по кольцу – первая обмотка подсоединена ко второй, вторая – к третьей, третья – к первой. Точки соединения обмоток и являются выводами.

Ротор помещается внутрь статора, а тот в свою очередь зажимается между двумя крышками корпуса. В этих же крышках имеются и посадочные места под подшипники ротора. В передней крышке (та, что со стороны шкива) проделаны вентиляционные отверстия.

В задней же крышке размещены остальные необходимые элементы:

  • блок щеток;
  • диодный мост, он же выпрямительный блок;
  • регулятор напряжения.

Блок щеток предназначен для передачи электрического тока на обмотку возбуждения. Для этого данный блок включает в свою конструкцию две подпружиненные графитные щетки, размещенные в корпусе. Пружины поджимают эти щетки к контактным кольцам, но жесткого соединения между ними нет.

Диодный мост обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный. Конструкция его включает шесть диодов, установленных в теплоотводящие пластины. На каждую из обмоток статора приходится по два диода – «плюс» и «минус».

Регулятор напряжения – элемент, обеспечивающий поддержание выходного напряжения в строго заданном диапазоне. Дело в том, что от оборотов мотора зависит количество и параметры вырабатываемой энергии. АКБ же очень «чувствительна» к подаваемому на нее напряжению. Если оно будет недостаточным, то у аккумулятора будет недозаряд, а при избытке его – перезаряд. И то, и другое приводит к значительному снижению ресурса АКБ. На современных авто используются полупроводниковые электронные регуляторы, которые зачастую выполнены заодно с блоком щеток.

Как работает автомобильный генератор

Теперь о том, как все функционирует. При включении зажигания на обмотку возбуждения подается напряжения через блок щеток и контактные кольца, из-за чего вокруг нее появляется магнитное поле. Поскольку ротор после запуска мотора постоянно вращается, и магнитное поле его обмотки вместе с ним. Это поле воздействует на обмотки статора, из-за чего на их выводах появляется электрический переменный ток, который подается на выпрямительный блок. На выходе из него идет уже постоянный ток, который поступает на регулятор напряжения. Часть его подается на щетки для обеспечения режима самовозбуждения, остальное же идет на подзарядку АКБ и запитку потребителей.

Читайте также  Бензиновые генераторы honda трехфазные

Регулировка выходного напряжения регулятором организована достаточно просто. Поскольку он связан с блоком щеток, то он просто меняет напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, что в свою очередь сказывается на магнитном поле и на количестве вырабатываемой энергии. Еще одна особенность работы регулятора – термокомпенсация. Она сводится к тому, напряжение, подаваемое на аккумулятор, меняется от температуры. При низкой температуре напряжение – повышенное, но по мере возрастания температурного показателя напряжение будет снижаться.

Видео: Быстрая проверка ГЕНЕРАТОРА не устанавливая на авто

Основные неисправности

Генератор имеет вполне надежную конструкцию, но и у него бывают неисправности. Их можно поделить на механические и электрические.

Экспертный обзор почему генератор не дает зарядку в этой статье https://topmekhanik.ru/generator-ne-daet-zaryadku/

  1. Механические неисправности обычно появляются из-за износа, которому подвержены подшипники, щетки, приводной ремень и шкив. Обычно эти поломки выявить несложно, поскольку все они сопровождаются появлением сторонних шумов или писка со стороны генератора. Устраняются эти неисправности обычно заменой изношенного элемента.
  2. Электрических неисправностей больше – обрыв или замыкание обмоток ротора или статора, пробой диодов, выход из строя регулятора. Эти неисправности как выявить, так и устранить более сложно. При этом электрические неисправности до момента выявления могут негативно повлиять на АКБ. К примеру, неисправный регулятор обеспечивает постоянный перезаряд батареи. Признаков при этом никаких особенных не будет, а выявить неисправность можно только путем замера выходного напряжения из генератора. Но до момента выявления поломки регулятора он может уже нанести непоправимый вред аккумулятору.

Все электрические неисправности, помимо обрыва и замыкания, обычно устраняются заменой неисправного элемента. Что же касается проблем с обмотками, то они исправляются перемоткой.

Чтобы избежать проблем с генератором, необходимо периодически оценивать состояние его привода, подшипников, щеток, а также проводить замеры выходного напряжения.

Ставим в багажник генератор АИ-92. Смотрим, какой расход топлива выходит

Нет, мы не успели сделать из нашего подопытного электромобиля гибрид с ДВС (например, RB26DETT), подзаряжающим батарейки. И мы даже не установили в преддверии надвигающейся зимы топливный подогреватель салона, как сделали это на Nissan Leaf AZE0. Но какую-никакую автономность наш Leaf ZE1 в минувшие выходные таки обрел.

Давным-давно, когда голубой дромовский Leaf еще мозолил глаза читателям нашего электроблога, мы впервые увидели, как не подрассчитавшего силенки Лифа прямо посреди дороги заряжали с помощью бензинового генератора, водруженного в кузов пикапа. Самое удивительное, что действие сие происходило не где-нибудь вдали от цивилизации, в отсутствие какого-либо намека на электрические сети и заправки, а прямо в центре города. Разумнее (и бесплатнее) было бы на «галстуке» дотянуть машину до любой розетки и там уже подзарядить нуждающегося.

Впрочем, не нам, любителям всяких экспериментов, обсуждать диковинные действия 😊 «Наверное, от генератора просто быстрее и эффективнее заряжаться», — подумал Штирлиц. Спустя год мы решили-таки проверить эту гипотезу. Никогда еще Штирлиц не был так близок к провалу…

Наученные предыдущими опытами, мы уже обзавелись специальной зарядкой Duosida (она же Дуся), чтобы не стоять беспомощно разряженными, с генератором, полным горючки, но без нужной вилки. В качестве мобильной бензоэлектрической зарядной станции мы использовали генератор «Кратон», который нам вновь любезно предоставил наш товарищ Виталий. В прошлый раз именно с этим генератором, что по заводским характеристикам выдает 4 киловатта, смог «подружиться» Leaf.

Надо сказать, японские разработчики Nissan Leaf, видимо, что-то знали про наши будущие эксперименты и скомпоновали внутреннее пространство своего электромобиля так, что, кажется, использование и перевозка «Кратона» планировались еще на стадии идеи. Генератор встал идеально! По крайней мере по ширине. Как, например, идеально вписываются огромные сабвуферы в шоу-карах в номинации Caraudio. Частоты у нашего «саба» тоже низкие, но об этом позже.

А чтобы процесс «мобильной зарядки» был интереснее, мы заодно загрузили в машину мангал, уголь, мясо и все принадлежности для его приготовления. Ах да — спинку заднего дивана мы, конечно же, сложили.

Поскольку груженые и с полным салоном людей на ZE1 мы уже катались до моря и обратно, нас не удивило наплевательское отношение Лифа к повышенной полной массе — как ехал бодро, так и едет. Но вот визуально корма присела. Сюда бы те самые 19-дюймовые литые диски, что мы примеряли в одном из прошлых выпусков — получился бы всем нисмам Nismo. Как говорится, заниженный Лиф радует… Ну что-то радует, в общем.

Мимо последней по пути к берегу бухты Золотой Рог станции CHAdeMO мы проезжали с невиданным доселе пренебрежением и цинизмом — нас не пугало, что на панели тревожно горел остаток заряда 10% и прогнозируемый пробег 27 километров, а когда подъехали к берегу, борткомпьютер и вовсе недвусмысленно намекнул: «Псс, парни, подзарядиться не хотите?».

Хотим. Но погоди, Leaf, сейчас все будет.

Было бы здорово, если бы конфигурация выхлопа у бензогенератора была такая, что его можно было бы вообще не вытаскивать из машины. Но техника безопасности есть техника безопасности — вытащили вдвоем («Кратон» увесистый — 79 кг плюс полный 25-литровый бак топлива) с оператором Анатолием наш mobile-CHAdeMO. И, видимо, от повышенной физической активности кровь у Анатолия прильнула к голове и активно заработало правое полушарие — захотелось пошутить: «Кирпич в гараже оставили». Очень смешно! Особенно с учетом того, что мы на берегу залива с пустой батареей, сырым шашлыком и экспериментом на грани срыва.

Ладно, шутки шутками, «Дусю» отыскали где-то в недрах салона и к неописуемому восторгу публики, гулявшей по берегу и отдыхавшей в автомобилях, запустили генератор. Скажите спасибо, что не Моргенштерна какого-нибудь, а всего лишь трудягу-генератор! Тарахтит себе да тарахтит.

Правда, как-то натужно тарахтит. Мы бы даже сказали — надрывно. И тут мы вспоминаем, что во время прошлого эксперимента с использованием этого генератора у нас была непонятная ситуация с цифрами и киловаттами. Номинальная мощность у бензогенератора 4 кВт, максимальная 4,5 кВт, а во время зарядки через Duosida программа LeafSpy показывала потребление аж 7,5 кВт⋅ч! Кто-то тут, вероятно, приукрашивает, хотя LeafSpy пока ни разу на вранье пойман не был.

Кстати, по правилам той же самой безопасности мощность активной нагрузки не должна быть больше мощности генератора. Так что, видимо, есть какой-то запас у «Кратона», иначе бы не выдержал. Включаем LeafSpy — вот теперь цифры реальные! Электромобиль на старте забирает 3,1–3,3 кВт⋅ч, это чуть больше, чем от бытовой сети в гараже. Что ж, для генератора это хорошо, есть как раз 20–30-процентный запас по мощности. Жить будет. Интересно, что у генератора как будто возникала «одышка» — 15–20 минут работал в полную мощность, потом секунд на 30–40 мощность падала, затем снова выходил на форсаж.

А вот как бы нам не пришлось такими темпами жить на берегу. Потому что элементарная математика подсказывает, что если от бытовой электросети Leaf до 100% заряжается за 10–11 часов, то от «небытовой» будет как минимум не быстрее. Что ж, через 10 минут сделали первый замер — прогнозируемый пробег увеличился с 24 километров до 28 (по борткомпьютеру) и до 38,1 километра по LeafSpy. Так себе темп.

Зато температура батареи не растет, да и в целом не насилуем ее быстрой зарядкой — так утешили мы себя и продолжили заниматься более приятной процедурой. Помните, как в фильме «День Радио» герои «просто искали пуговицу»? Вот и мы «просто жарим мясо» — от нас уже ничего не зависит.

Через 40 минут мы с помощью шашлыков подзарядились до 110–120%, а вот Leaf — до скромных 20%. Приборный щиток на языке цифр нам сказал: «До 25% машина будет заряжаться час, до 50% — 4,5 часа, до 75% — 8,5 часа, а до 100% — 13,5 часа».

Завтракать на берегу залива в наши планы не входило. Шашлыки по утрам едят или аристократы, или отчаянные лифоводы. Мы не такие, поэтому решили наш эксперимент завершить на отметке 33%. За неполные 3,5 часа перформанса заряд с 9% увеличился до 33%, а прогнозируемый пробег — с 21 до 81 километра. В принципе, сравнимо с «гаражными» условиями.

Так что если вдруг поехали на шашлыки и случайно взяли генератор на 4 кВт вместе с «Дуосидой», при этом закончилось мясо, через пару часов можно сгонять в город за добавкой — энергии хватит.

А что по топливу? Прямо скажем, не самый частый вопрос для обладателей электромобиля. Nissan Leaf AZE0 уже заглядывал на территорию соперников, когда пополнял запасы салонного подогревателя. Теперь настал черед и ZE1 пристроиться на бензопой. Генератор нам дали с полным баком, осталось выяснить, во сколько обошлась тарахтящая автономность. В бак под пробку вошло 10 литров АИ-92 (ну, может, литр при желании еще можно было нацедить). То есть расход бензина у Лифа получился 10 литров на 60 километров. В более привычном соотношении — 16,6 литра на 100 километров. Ну так себе экономичность… Зато автономно 😊 За все плюшки в жизни приходится платить.

Считаем: аренда генератора обошлась в 3000 рублей (это мы еще по старой дружбе удачно договорились, а так аренда раза в два выше), условно 500 рублей на бензин, пара тысяч на мясо, угли, жидкость для розжига. Потрачено 3,5 часа.

А после этого заехали на CHAdeMO, за десять минут забили батарею до 74% и пришли к выводу, что шашлыки — это круто. Всем рекомендуем.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: