Auto má standardně dva zdroje energie – generátor a baterii. Rozdíl mezi nimi je v tom, že baterie ukládá elektřinu a generátor automobilu ji vyrábí. To znamená, že toto zařízení přeměňuje mechanickou energii z motoru na elektrickou energii za účelem dalšího napájení všech spotřebičů a nabíjení baterie.
Funkce generátoru
Při startování motoru je startovací proud přiváděn do startéru z baterie. Ale baterie sama o sobě energii nevyrábí, ale pouze akumuluje a následně uvolňuje. Pokud k napájení všech spotřebičů používáte pouze baterii, rychle se vybije. Automobilový generátor vyrábí elektřinu, nabíjí baterii a napájí palubní síť vozidla za chodu motoru (když dosáhne určitých otáček klikového hřídele).
Generátor začíná produkovat elektrický proud již od volnoběžných otáček, avšak optimálního provozního režimu dosáhne, když motor dosáhne 1600-1800 ot/min nebo více.
Typy generátorů
Existují dva typy generátorů automobilů:
- stejnosměrný proud;
- střídavý proud.
První typ generátorů se v současné době již nepoužívá. Taková zařízení byla instalována na staré modely automobilů (GAZ-51, Pobeda atd.). Mají mnoho nevýhod, např.
- nízký výkon a účinnost;
- potřeba neustálého sledování a údržby;
- krátká životnost.
Nyní se používají generátory střídavého proudu. Jejich hlavní rozdíl spočívá v tom, že bez ohledu na provozní režim motoru je síť vozidla napájena stejnosměrným proudem. Toho je dosaženo díky polovodičovému usměrňovači.
Zařízení generátoru střídavého proudu
Provoz jakéhokoli generátoru lze přirovnat k elektromotoru, který pracuje v obráceném režimu, to znamená, že nespotřebovává, ale vyrábí proud. Na základě typu konstrukce jsou moderní generátory rozděleny do dvou typů: kompaktní a tradiční. Mají společné zařízení, liší se však uspořádáním skříně, ventilátoru, sestavy usměrňovače a hnací řemenice. Také moderní zařízení mají tři fáze.
Generátor se skládá z následujících hlavních prvků:
- pohon s řemenicí, ložisky a hřídelí;
- rotor s budícím vinutím a sběracími kroužky;
- stator s jádrem a vinutím;
- pouzdro sestávající ze dvou krytů;
- regulátor napětí;
- usměrňovací blok nebo diodový můstek;
- sestava kartáče.
Pojďme analyzovat každý prvek zařízení samostatně a podrobně.
Корпус
Pouzdro obsahuje všechny hlavní prvky generátoru. Skládá se ze dvou krytů (přední a zadní). Kryty jsou navzájem spojeny šrouby. Pro výrobu krytů se používají lehké hliníkové slitiny, které se nemagnetizují a dobře odvádějí teplo. Kryty mají větrací otvory a montážní příruby.
Zadní kryt obsahuje diodový můstek a držák kartáčků s kartáčky. Také v zadním krytu je výstupní kontakt, kterým proudí proud z generátoru.
Jednotka pohonu
Rotace od klikového hřídele se přenáší na řemenici generátoru a otáčí rotorem. Rychlost otáčení řemenice je 2-3krát vyšší než rychlost klikového hřídele. Točivý moment z motoru je přenášen přes řemenový pohon. Poly klínové řemeny a klínové řemeny lze použít v závislosti na provedení. Poly klínový řemen je považován za univerzálnější a modernější.
Rotor
Na hřídeli rotoru je budicí vinutí, které vytváří magnetické pole a ve skutečnosti je to obyčejný elektromagnet. Vinutí je umístěno mezi dvěma pólovými polovinami (jádry) nezbytnými pro regulaci a směrování magnetického pole. Každá polovina má šest trojúhelníkových výstupků zvaných zobáky. Na hřídeli rotoru jsou také dva měděné sběrací kroužky. Někdy jsou vyrobeny z oceli nebo mosazi. Budicí vinutí přijímá energii z baterie přes sběrací kroužky. Kontakty vinutí jsou připájeny ke kroužkům.
Na předním konci hřídele rotoru je hnací řemenice a na druhém konci je připevněno oběžné kolo ventilátoru. Mohou být dva. Jsou potřebné k chlazení vnitřních částí generátoru. Na obou koncích rotoru jsou také bezúdržbová kuličková ložiska.
Stator
Konstrukčně má stator tvar prstence. Toto je hlavní část sloužící k vytvoření střídavého proudu z magnetického pole rotoru. Skládá se z vinutí a jádra. Jádro zase tvoří spojené ocelové desky, ve kterých je vytvořeno 36 drážek. Do drážek jsou navinuta tři vinutí, která tvoří třífázové zapojení. Mohou existovat dvě schémata připojení vinutí: „hvězda“ a „trojúhelník“. V hvězdicovém obvodu jsou konce každého ze tří vinutí spojeny v jednom bodě. Podle schématu „trojúhelníku“ jsou konce vinutí vyvedeny samostatně.
Usměrňovací blok nebo diodový můstek
Usměrňovací jednotka plní úkol přeměny střídavého proudu generátoru na stejnosměrný proud, který je nezbytný pro napájení palubní sítě vozidla. Jinými slovy, vytváří napětí, které je stabilní a rovnoměrné.
Blok se také nazývá diodový můstek, který se skládá ze dvou zářičových desek (pozitivní a negativní) a diod. Na fázi jsou dvě diody. Samotné diody jsou hermeticky namontovány do desek. Diodový můstek má tvar podkovy.
Z vinutí statoru proud teče do diodového můstku, poté je „usměrněn“ a přiveden na výstupní kontakt na zadním krytu.
Proud prochází diodami pouze v jednom směru a proudy s obrácenou polaritou jsou odříznuty. Diodový můstek může být umístěn v pouzdru generátoru, nebo může být umístěn mimo pouzdro. Nejčastěji se ale připevňuje na vnitřní stranu zadního krytu.
Regulátor napětí
Regulátor udržuje napětí generátoru v určitých mezích. Moderní modely používají polovodičové elektronické regulátory napětí. Jsou instalovány na horní části bloku držáku kartáče.
Když motor pracuje ve vysokých otáčkách, může napětí na vinutí statoru dosáhnout až 16V. Takové napětí by nemělo být dodáváno do palubní sítě. Aby se to odstranilo, regulátor napětí, přijímající proud z baterie, sníží svou hodnotu. Malý proud na vinutí rotoru vytvoří stejně malé magnetické pole. To znamená, že se sníží napětí na vinutí statoru.
Sestava kartáče
Sestava kartáče v moderních generátorech je kombinována s regulátorem napětí do jednoho neoddělitelného mechanismu. Přenáší budicí proud na měděné sběrací kroužky rotoru. Jedná se o jednoduchý design, který se skládá z držáku kartáčů, dvou grafitových kartáčů a tlačných pružin.
Princip činnosti
Pojďme se nyní blíže podívat na fungování alternátoru v autě. Když je zapalování zapnuto, proud z baterie je přiváděn do sestavy kartáče. Přes sestavu kartáče se dostane k měděným sběracím kroužkům a poté k budicímu vinutí rotoru. Připomeňme, že rotor je v podstatě elektromagnet, který vytváří magnetické pole. Klikový hřídel prostřednictvím řemenice a řemenového pohonu začne otáčet rotorem. Kolem rotoru je umístěn stator, který při otáčení začíná produkovat střídavý proud. Když rotace rotoru dosáhne určité frekvence, budicí vinutí je napájeno samotným generátorem.
Přes diodový můstek je střídavý proud „usměrněn“ a přeměněn na stejnosměrný proud nezbytný pro napájení palubní sítě. Takto generátor automobilu dodává energii spotřebitelům a dobíjí baterii. Regulátor napětí mění činnost budícího vinutí se zvyšující se rychlostí rotoru. Tím se udržuje stabilní zatížení.
Uvnitř vozu na palubní desce je kontrolka generátoru, která ukazuje stav zařízení. Lampa se může například rozsvítit, když se přetrhne pás. Poté bude síť napájena pouze z baterie. Doba provozu v tomto případě bude záviset na úrovni nabití baterie.
Parametry generátoru
Provoz generátoru se posuzuje podle několika parametrů:
- jmenovitý proud a jmenovité napětí;
- jmenovitá frekvence buzení;
- frekvence samobuzení;
- koeficient výkonu (efektivita).
Jmenovité napětí pro palubní síť vozidla z generátoru je 12V nebo 24V. Proudově-rychlostní charakteristika ukazuje závislost proudu na otáčkách generátoru.
Napětí generátoru lze měřit multimetrem. Když jsou všechny spotřebiče vypnuté a bez zátěže při nečinnosti, multimetr by měl ukazovat napětí mezi 14,3V – 15,5V. Pokud je napětí po nastartování motoru vyšší než 14V, může to znamenat, že je baterie vybitá a dobíjí ji generátor. Při zapínání spotřebičů po jednom (světlomety, topení, klimatizace atd.) se po každém zapnutí sníží napětí přibližně o 0,2. Ale nakonec by napětí nemělo klesnout pod 12,8V. Pokud je hodnota nižší, baterie se začne vybíjet. Pokud je napětí naopak velmi vysoké (14V nebo vyšší), může to vést k selhání baterie. V tomto případě by napětí na výstupu samotné baterie mělo být v rozmezí 12,6V – 12,7V.
Napětí generátoru při zatížení se může lišit od jmenovitých hodnot 12V. Po zapnutí všech současných spotřebičů by měla být hodnota v rozmezí 13,5V – 14V. Pokud je nižší, může to znamenat poruchu zařízení. Za přijatelný limit se považuje 13V.
Na obrázku níže je detailní schéma zapojení generátoru v autě.
Výkon generátoru
Pokud zapnete všechna energeticky náročná zařízení v autě, generátor nemusí zvládnout zátěž a část energie se přenese do baterie.
Pro výpočet výkonu generátoru stačí použít jednoduchý vzorec ze školního kurzu P = I * U, kde P je výkon, I je proud, U je napětí.
Dozvěděli jsme se, že napětí na výstupu generátoru by mělo být v oblasti 13,5V – 14,2V. Síla proudu se může u různých modelů lišit. V průměru je to od 80A do 140A. Vezměme průměrnou hodnotu 100A.
Pomocí vzorce dostaneme 13,5V*100A = 1 350 W nebo 1,35 kW. Jedná se o výkon generátoru, který se měří ve wattech. Je třeba také vzít v úvahu, že se jedná o maximální hodnotu, které je dosaženo při určitých otáčkách motoru, obvykle od 3000 ot./min a výše. Při nečinnosti je výstupní výkon 75 % maximálního možného výkonu. Předpokládá se, že 80A stačí pro auto. Pokud použijete výkonnější generátor, palubní síť nemusí zvládnout zátěž. Musíme to vzít v úvahu. Více výkonu není vždy dobré.
Závažné poruchy
Zařízení je docela spolehlivé a mělo by fungovat dlouho, ale některé součásti mohou z různých důvodů selhat. Poruchy mohou být mechanické nebo elektrické povahy.
Vzhledem k tomu, že alternátor a baterie vozu fungují nedílně jedna od druhé, pokud dojde k poruše některého zařízení, rozsvítí se kontrolka slabé baterie a může se také rozsvítit kontrolka „Check Engine“. Pomocí univerzálního automobilového skeneru Rokodil ScanX Pro můžete zkontrolovat stav baterie a diagnostikovat poruchu.
Porucha související s generátorem nebo špatné elektrické připojení v řídicím obvodu je často indikováno chybami P0620 a P0622.
Mechanické poruchy
Hlavní možnou poruchou může být prasklý hnací řemen. V tomto případě se rotace z klikového hřídele nepřenese na rotor. Baterie převezme celou zátěž a začne se vybíjet. To bude signalizováno výstražnou kontrolkou v interiéru vozu. Aby nedošlo k prasknutí řemene, musíte pravidelně kontrolovat jeho stav a napnutí.
Může také dojít k jednoduchému opotřebení grafitových kartáčů. V tomto případě je nutné vyměnit celou sestavu kartáče.
Elektrické závady
Elektrické problémy s generátorem jsou běžné a těžko postřehnutelné. Může dojít ke zkratu v budicích vinutích rotoru nebo statoru nebo k přerušení vinutí. Regulátor napětí může selhat, což může vést k velkým problémům pro veškerou elektroniku a baterii. Z různých důvodů také dochází k tzv. průrazu diodového můstku. Neodpojujte generátor ani baterii, pokud je motor v chodu. Musíte také sledovat spolehlivost připojení, vyčistit svorky atd.
Každý řidič musí znát konstrukci a princip fungování generátoru automobilu. To pomůže vyhnout se mnoha problémům, které mohou se zařízením nastat. Je nutné pravidelně kontrolovat součásti generátoru. Zkontrolujte napnutí a stav hnacího řemene, upevnění zařízení, napětí atd. Při správném používání bude zařízení dobře sloužit mnoho let.
