Генераторная установка

Генераторная установка предназначена для питания потребителей автомобиля электрической энергией и заряда аккумуляторных батарей при работающем двигателе. В состав генераторных установок переменного тока современных автомобилей входит, как правило, генератор, реле-регулятор (регулятор напряжения) и коммутационная аппаратура.

На автомобилях семейства КамАЗ устанавливается генераторная установка 3122.3771 с встроенным интегральным регулятором напряжения (типу Я 120М) или генератор 6562.3701 с регулятором напряжения 2712.3702.

Генераторная установка 3122.3771 представляет собой трехфазный двенадцатиполюсной синхронный генератор переменного тока со встроенными выпрямительным блоком, помехоподавляющим конденсатором, щеткодержателем с регулятором напряжения.

Генератор 3122.3771 расположен в верхней передней части двигателя и приводится во вращение двумя клиновыми ремнями.

Технические характеристики генератора 3122.3771

Номинальное напряжение, В 28

Максимальный ток отдачи, А 80

Номинальная мощность, Вт 2100

Регулируемое напряжение: max, В 27-28

min, В 28,8-30,2

На генераторной установке имеются следующие выводы:

«+» - для соединения с аккумуляторной батареей и нагрузкой;

«Ш» или «В» - для соединения с выключателем стартера и приборов;

«W» или «~» - вывод фазы для соединения с тахометром и реле блокировки стартера;

«+D» или «Д» - вывод от дополнительных диодов для соединения с контрольной лампой.

Генераторная установка (рисунок 14.8) состоит из статора 2, ротора 5, крышки со стороны контактных колец 8 с выпрямительным блоком и щеткодержателем с регулятором напряжения 1, крышки со стороны привода 7, шкива 4, вентилятора 6.

1– щеткодержатель с регулятором напряжения; 2– статор; 3– подшипник со стороны привода; 4– шкив; 5– ротор; 6– вентилятор; 7– крышка со стороны привода; 8– крышка со стороны контактных колец; 9– стяжные винты

Рисунок 14.8 - Генераторная установка:

Статор состоит из сердечника и обмотки. Сердечник набран из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком и соединенных сваркой по наружной поверхности пакета. Внутри сердечника равномерно расположены по окружности 36 пазов, предназначенных для размещения обмоток.

Обмотка статора трехфазная, соединенная «звездой». Выводы фазных обмоток крепятся к зажимам выпрямительного устройства. Вывод одной из фаз «W» служит для подключения реле блокировки стартера и тахометра.

Ротор является индуктором и состоит из вала, обмотки возбуждения, полюсных наконечников, контактных колец. Вал стальной, на его рифленой поверхности жестко, посредством прессовки, закреплены стальная втулка, полюсные наконечники и контактные кольца. Полюсные наконечники выполнены из мягкой стали, имеют по шесть заостренных клювов, которые образуют шесть пар полюсов.

Обмотка возбуждения намотана на стальную втулку. От втулки и полюсных наконечников обмотка изолирована полиэтиленовым каркасом и картонными шайбами. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам, расположенным на изоляционной втулке.

В крышке со стороны контактных колец установлены:

- выпрямительный блок с тремя дополнительными диодами, предназначенными для питания цепи возбуждения, служит для двухполупериодного выпрямления трехфазного тока;

- пластмассовый щеткодержатель с регулятором напряжения, закрепленный на крышке двумя винтами, переключатель посезонной регулировки. Уровень регулируемого напряжения генератора в положении переключателя "Л" (лето) должен находиться в пределах 27- 28 В, в положении "З" (зима) – 28,8- 30,2 В;

- помехоподавляющий конденсатор, установленный сверху на крышке;

- соединительная колодка с выводом от дополнительных диодов;

- вывод фазы.

В крышках генератора установлены закрытые шариковые подшипники вала ротора. Вентилятор и шкив устанавливаются на вал генератора и закрепляются гайкой с пружинной шайбой.

Генератор водостойкий, поэтому автомобиль может преодолевать брод без повреждений генератора. После выхода из воды работоспособность генератора должна сохраняться.

Принцип действия генератора

При включении выключателя приборов и стартера напряжение от аккумуляторной батареи подается на обмотку возбуждения (через щетки и контактные кольца), размещенную на вращающейся части генератора – роторе. Вокруг обмотки возбуждения создается магнитное поле, которое, проходя через полюсные наконечники, пересекает фазную обмотку статора. При вращении ротора будет вращаться и магнитное поле. Так как под каждой обмоткой статора поочередно проходят полюсы различной полярности, то ЭДС, индуцированная в обмотках статора, будет переменной, одинаковой частоты, но сдвинутой по фазе на 120°.

Выпрямительным блоком переменное напряжение преобразуется в постоянное, и, когда оно станет больше напряжения аккумуляторной батареи, генератор начнет питать потребители и заряжать батарею. Обмотка возбуждения при этом будет питаться от генератора через дополнительные диоды.

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора может достигнуть опасного для приемников значения, поэтому генератор работает совместно с регулятором напряжения, поддерживающим напряжение в бортовой сети автомобиля в заданных пределах.

Принцип действия регулятора напряжения

Напряжение генератора определяется тремя факторами - величиной магнитного потока, создаваемой током обмотки возбуждения, частотой вращения ротора и силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора; снижение тока возбуждения уменьшает напряжение.

Регулятор напряжения стабилизирует величину вырабатываемого генератором напряжения изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Регулятор содержит измерительный элемент, элемент сравнения и регулирующий элемент.

Измерительным элементом электронного регулятора напряжения является стабилитрон. Стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т. е. начинает пропускать ток, если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Ток через стабилитрон включает электронное реле, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. Для согласования напряжения стабилизации существующих стабилитронов с напряжением вырабатываемым генератором применяется входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение кратного уровня напряжению бортовой сети поступает на стабилитрон.

Работа генераторной установки автомобиля КамАЗ

На рисунке 14.9 изображена электрическая схема подключения генераторной установки в систему электрооборудования.

Рисунок 14.9 - Электрическая схема подключения генератора в систему электрооборудования

После включения выключателя приборов и стартера (ВПС) в первое положение замыкаются между собой клеммы «АМ» и «КЗ». Электрический ток от аккумуляторной батареи через предохранитель на силу тока 60 А, через нормально замкнутые контакты реле отключения обмотки возбуждения (РООВ) поступает на вывод «Ш» генератора, который связан с выводом «В» регулятора напряжения, что приводит к открытию силового транзистора VT2 (рисунок 14.10). Одновременно электрический ток поступает через предохранитель 8 А в обмотку реле выключателя аккумуляторных батарей («массы») (РВМ). Его контакты замыкаются, и электрический ток поступает по цепи первоначального возбуждения генератора: от аккумуляторной батареи через предохранитель на 60 А, через контрольную лампу разряда аккумуляторной батареи (КЛ), которая загорается, на вывод «+D» генератора и далее на обмотку возбуждения генератора, на клемму «Ш» регулятора напряжения и через открытый силовой транзистор VT2 (рисунок 14.10) на «массу». Таким образом, обмотка возбуждения генератора подключается к бортовой сети, и далее генератор работает, как описано выше (принцип действия генератора). После того как генератор начал вырабатывать электрическую энергию, напряжение на выводе «+D» генератора становится равно напряжению на выводе «+» генератора, следовательно, ток в цепи первоначального возбуждения генератора исчезает, и контрольная лампа гаснет, а обмотка возбуждения запитывается от блока дополнительных диодов. С увеличением частоты вращения ротора генератора в работу вступает регулятор напряжения.

Рисунок 14.10 - Электрическая схема интегрального регулятора по типу Я120М12И

РООВ (реле отключения обмотки возбуждения) предназначено для отключения обмотки возбуждения генератора при использовании электрофакельного устройства (ЭФУ). Причина здесь в том, что свечи ЭФУ рассчитаны на напряжение 19 В, поэтому после пуска двигателя и его работы с использованием ЭФУ, если генератор начнет вырабатывать электрическую энергию, свечи выйдут из строя.

Реле выключателя «массы» (РВМ) выполняет две функции. Первая – это после включения ВПС разорвать цепь кнопки выключателя аккумуляторных батарей, чтобы исключить возможность отключения батарей от бортовой сети при работающем двигателе (на рисунке 14.9 не показано). Вторая – включить цепь первоначального возбуждения генератора. Это сделано для того, чтобы разгрузить контакты ВПС, так как ток при первоначальном возбуждении генератора может достигать 5 А. На автомобиле КамАЗ выключатель приборов и стартера коммутирует только цепь обмотки РВМ и цепь управления регулятора напряжения, где ток составляет доли ампера.

Контрольная лампа выполняет диагностическую функцию. После включения ВПС она горит и сигнализирует об исправности цепи первоначального возбуждения генератора. После пуска двигателя она должна погаснуть, если этого не произошло, или лампа загорелась во время движения, – генератор по какой-либо причине не вырабатывает электрическую энергию.

Работа регулятора напряжения.

Как отмечалось выше, при включении ВПС в первое положение напряжение подаётся на вывод «В» регулятора напряжения (рисунок 14.10), и через резистор R4 ток поступает в базовую цепь транзистора VT2, что приводит к его открытию. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается подключена к цепи питания через переход эмиттер-коллектор транзистора VT2. Напряжение к составному стабилитрону VD1 подводится от блока дополнительных диодов генератора через клемму «Д» регулятора напряжения и делитель напряжения, выполненный на резисторах R1, R2. Пока напряжение генератора невелико и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, ток через него, а следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт.

При возрастании напряжения на выводе «+» генератора оно возрастает на выходе с блока дополнительных диодов, а значит, и на делителе напряжения и стабилитроне VD1. При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации стабилитрон VD1 пробивается, ток через него начинает протекать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается, и своим переходом эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы транзистора VT2 на «массу». Транзистор VT2 закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрывается стабилитрон VD1 и транзистор VT1, открывается транзистор VT2, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и т. д., процесс повторяется.

Таким образом, регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно – путем изменения относительного времени включения обмотки возбуждения в цепь питания. Если частота вращения ротора генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, то время включения обмотки возбуждения уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла – увеличивается.

Диод VD2 при закрытии транзистора VT2 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за отключения цепи обмотки возбуждения, которая обладает значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим. Сопротивление R3 является сопротивлением обратной связи. При открытии транзистора VT2 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряжения. При этом напряжение на стабилитроне VD2 уменьшается, что ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения. Конденсатор С1 является фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе.

На автомобиле Урал устанавливаются генераторы Г-288Е или 1702.3771 совместно с регулятором напряжения 2712.3702.

Состав генераторной установки автомобиля Урал аналогичен КамАЗ, отличается тем, что регулятор напряжения размещен отдельно от генератора, и в зарядную цепь установлен амперметр.

Техническая характеристика генератора Г 288Е:

Номинальное напряжение, В - 28

Ток нагрузки максимальный/номинальный, А - 40/36

Максимальная мощность, Вт - 1100

Генератор имеет аналогичную конструкцию, за исключением того, что регулятор напряжения выполнен отдельно, для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения между шинами выпрямительного блока встроен конденсатор и к выводу «~» подключаются тахометр и реле блокировки стартера.

Бесконтактный регулятор напряжения с тремя уровнями настройки представляет собой электронный прибор на полупроводниковых элементах. Напряжение настраивается переключателем 14 (рисунок 14.11), расположенным на передней крышке регулятора. Положение рычажка переключателя соответствует напряжениям: максимальное, среднее и минимальное. Маркировка уровней напряжения расположена на передней крышке регулятора.

Напряжение, поддерживаемое регулятором соответсвует 26,5 - 27,9 В – на минимальном уровне, 28,1 - 28,7 В на среднем уровне, 28,7 - 30,1 В – на максимальном уровне настройки.

Регулирование уровней напряжения вырабатываемого генератором осуществляется для предотвращения недозаряда и перезаряда аккумуляторных батарей вне зависимости от климатических условий. Если температура окружающей среды установилась 0°С и ниже, необходимо перевести рычажок переключателя в положение «МАКС». При температуре 0°С и выше – в положение «МИН» для предотвращения выкипания электролита. При недозаряде батарей или при выкипании электролита рычажок установить в положение «СР».

1 – вентилятор; 2 – шкив; 3, 7 – шарикоподшипники; 4 – ротор; 5 – щетки; 6 – крышка щеткодержателя; 8 –- кольца контактные; 9 – блок выпрямительный; 10 – крышка со стороны контактных колец; 11 – статор; 12 – крышка со стороны привода; 13 – корпус; 14 – переключатель; 15, 16, 17 – клеммы

Рисунок 14.11 - Генератор Г 288Е и регулятор напряжения 2712.3702

Реле-регулятор (рисунок 14.12) выполнен на кремниевых транзисторах и работает с генератором Г 288Е. Регулятор имеет клеммы «+» и «Ш», которыми подключается к бортовой сети. Роль минусовой клеммы выполняет винт, к которому крепится минусовой провод.

Рисунок 14.12 - Электрическая принципиальная схема генераторной установки автомобиля Урал 4320-31

По схемному решению регулятор напряжения аналогичен рассмотренному ранее. Элемент сравнения – стабилитроны VD2, VD5, которые управляют усилительным транзистором VT2, силовой транзистор- VT1, делитель напряжения включает в себя R3, R6 –R8, резистор обратной связи R2, гасящий диод- VD1.

При напряжении генератора меньше регулируемого стабилитроны VD2, VD5 закрыты, закрыт и транзистор VT2, так как его база через резистор R5 соединена с минусом. На базу транзистора VT1 через резистор R1, диоды VD3 и VD4 подается положительный потенциал, вследствие чего транзистор VT1, открываясь, пропускает ток в обмотку возбуждения генератора. Напряжение генератора увеличивается.

При напряжении генератора выше регулируемого, стабилитрон VD2, VD5 и транзистор VT2 открываются. При этом напряжение на базе транзистора VT1 резко уменьшается, вследствие чего транзистор закрывается, выключая ток обмотки возбуждения генератора. Напряжение генератора понижается до тех пор, пока не закроется стабилитрон и не появится ток возбуждения через транзистор VT1. Рассмотренный процесс повторяется, поддерживая величину напряжения генератора постоянной независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Генератор 6562.3701 автомобиля КамАЗ совместно с регулятором напряжения 2712.3702 работает как и генераторная установка на автомобиле Урал.

На автомобиле УАЗ-3151 устанавливается генератор Г 250П2. Работает совместно с регулятором напряжения 2702.3702 (рисунок 14.13).

Рисунок 14.13 – Электрическая принципиальная схема генераторной установки автомобиля УАЗ-3151

Генераторная установка автомобиля УАЗ работает аналогично генераторной установке Урал 4320-31. Отличается тем, что обмотка статора генератора выполнена по схеме «звезда», в выпрямительном блоке отсутствует конденсатор и в регуляторе напряжения установлен один стабилитрон

Правила эксплуатации системы электроснабжения

- При стоянке автомобиля необходимо отключить аккумуляторные батареи от системы электрооборудования.

- Запрещается отключать аккумуляторные батареи выключателем батарей при работающем двигателе.

- Запрещается нажимать кнопку включения электрофакельного устройства при работающем двигателе во избежание выхода из строя регулятора напряжения.

- При проведении электросварочных работ на автомобиле аккумуляторные батареи должны быть отключены и сняты провода с выводов «+» и «Ш» («В») генератора. Провод массы сварочного аппарата должен быть подсоединен в непосредственной близости от сварного шва.