Генераторные установки

Генераторные установки могут быть постоянного или пере­менного тока. Для нормальной работы установленных на ав­томобиле потребителей тока должно быть стабильное напряжение питания, поэтому независимо от частоты вращения ротора генератора и числа подключенных потребителей напряжение генератора должно быть постоянным. Поддержание постоянства напряжения обеспечивается прибором, называемым регулятором напряжения.

В зависимости от дорожно-климатических условий и режи­мов эксплуатации автомобилей напряжение генератора, питаю­щего потребители, рассчитанные на номинальное напряжение 12 В, должно быть в пределах 13,2-15,5 В. Генераторы по­стоянного тока работают совместно с реле-регулятором, в котором кроме регулятора напряжения применяются ограничи­тель тока, служащий для защиты генератора от перегрузок, и реле обратного тока, препятствующее разряду аккумулятор­ной батареи через якорь генератора, когда ее напряжение выше напряжения генератора.

На современных автомобилях применяют генераторные ус­тановки переменного тока, состоящие из генератора и уст­ройств (регулятора напряжения или реле-регулятора), обеспе­чивающих регулирование напряжения и защиту генератора от перегрузки. Так как генераторы переменного тока имеют встроенные полупроводниковые выпрямители, то исключается установка реле обратного тока и ограничителя силы тока, что значительно упрощает конструкцию реле-регулятора и по­вышает надежность работы генераторной установки.

Генератор переменного тока трехфазный, синхрон­ный, с электромагнитным возбуждением, по сравнению с ге­нератором постоянного тока он имеет меньшие металлоем­кость и габаритные размеры. При той же мощности он проще по конструкции и отличается большим сроком службы. Синх­ронным генератор называется потому, что частота вырабаты­ваемого им тока пропорциональна частоте вращения ротора генератора. Удельная мощность генератора переменного тока, т.е. мощность генератора, приходящаяся на единицу его мас­сы, примерно в 2 раза больше, чем у генератора постоянно­го тока. Наряду с этим в 2—3 раза больше передаточное чи­сло привода генератора, вследствие чего при частоте враще­ния на режиме холостого хода двигателя генераторы разви­вают до 40% номинальной мощности, что обеспечивает луч­шие условия заряда аккумуляторных батарей и, как следст­вие, повышение их срока службы.

Устройство генератора переменного тока рассмот­рим на примере генераторов серии Г—250, которые нашли широкое применение на легковых и грузовых автомобилях. Генератор представляет собой трехфазную 12-полюсную электрическую машину с выпрямителями на кремниевых дио­дах; вентиляция - проточная. Основными частями генератора (рис.133) являются статор, ротор, две крышки, вентилятор и приводной шкив.

Статор 9 имеет неподвижную обмотку 20, в которой ин­дуктируется ЭДС, а ротор 10 - обмотку 11 возбуждения ге­нератора, с помощью которой при вращении ротора создается подвижное электромагнитное поле. Статор является магнитопроводом и набран из тонких листов электротехнической ста­ли, изолированных один от другого. На внутренней поверхно­сти статора имеется восемнадцать зубцов 19, на которые устанавливаются катушки 21 трехфазной обмотки. Каждая фа­за состоит из шести последовательно соединенных катушек; фазные обмотки соединены между собой по схеме «звезда», а их свободные концы 18 присоединены к трем зажимам вы­прямительного блока.

Ротор 10 состоит из двух клювообразных стальных нако­нечников, входящих один в другой и образующих двенадцати-полюсную электромагнитную систему. Между наконечниками на втулке 17, установленной на рифленой поверхности вала 16 ротора, намотана обмотка возбуждения, концы которой припаяны к контактным кольцам 5. Вал ротора вращается в двух шарикоподшипниках 4 и 14, расположенных в крышках 1 и 12, изготовленных из алюминиевого сплава. Обе крышки имеют кронштейны для крепления генератора на двигателе и прорези, через которые вентилятором 13 просасывается воздух, охлаждающий генератор.

На задней крышке 12 крепится натяжная планка для регулировки натяжения ремня вентилятора. На передней крышке 1 установлен щеткодержатель 8, в отверстие которого встав­ляются две медно-графитовые щетки 6, прижимаемые пружи­нами к контактным кольцам 5.

На генераторе имеются три вывода: один из них положи­тельный 3 (+), другой - шунт 7 (Ш) и третий на корпус (-). Одна из щеток соединена с корпусом генератора, а дру­гая с его изолированным выводом Ш. На валу ротора поса­жен приводной шкив 15, который в зависимости от модифи­кации генератора Г-250 (Г-250Г1, Г-250Ж1, Г-250Е1 и др.) имеет различные диаметры и сечение ручья под ремень. Этим достигается унификация генераторов для автомобилей различных типов.

Обмотка возбуждения генератора питается постоянным то­ком от аккумуляторной батареи или от выпрямителя, к кото­рым припаяны ее выводы. При вращении ротора электромаг­нитное поле его полюсов пересекает витки катушек статора, индуктируя в каждой фазе переменную ЭДС. Вырабатываемый генератором переменный ток преобразуется в постоянный вы­прямительным блоком, собранным по трехфазной двухполупериодной схеме на шести кремниевых диодах. Диоды попарно расположены в трех секциях на специальном оребренном кор­пусе 2, закрепленном в крышке 1 генератора.

Электрическая схема соединения обмоток генератора и вы­прямителей показана на рис.133, б. Выпрямительный блок обеспечивает также постоянное соединение цепи генератора с аккумуляторной батареей, а так как его диоды пропускают ток только в одном направлении, то этим исключается воз­можность разряда аккумуляторной батареи через обмотки ге­нератора, когда напряжение генератора меньше напряжения аккумуляторной батареи.

Реле-регуляторы.

Существенным недостатком вибрационных реле-регулято­ров, работающих совместно с генераторами постоянного тока, является большое искрообразование между контактами в пе­риод их размыкания. Это вызывает сильное окисление и эро­зию контактов, вследствие чего происходят потери напряже­ния и мощности генератора. Поэтому на современных автомо­билях применяют генераторные установки переменного тока с полупроводниковыми контактно-транзисторными и бесконтакт­но-транзисторными реле-регуляторами. В полупроводниковых регуляторах сила тока возбуждения генератора регулируется при помощи транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь кото­рого включена последовательно с обмоткой возбуждения ге­нератора.

Широкое распространение получили модернизированные контактно-транзисторные реле-регуляторы РР-362, работаю­щие совместно с генераторами переменного тока типа Г-250 (автомобили ГАЗ-53А, «Москвич-2140» и др.). В реле-ре­гуляторе такого типа ток возбуждения генератора замыкает­ся не через контакты вибрационного регулятора напряжения, а через транзистор, который запирается, как только напряже­ние, вырабатываемое генератором, превышает предельную ве­личину, что исключает возможность окисления и эрозии кон­тактов.

Контактно-транзисторный реле-регулятор РР-362 (рис.134, а) состоит из регулятора напряжения 10, транзис­тора 7 и реле защиты 9, смонтированных на панели 3, прикрепленной винтами к корпусу 2. Сверху реле-регулятор за­крыт крышкой 1, внутри которой имеется перегородка, разде­ляющая его внутреннюю полость на два отсека. В одном от­секе расположены регулятор напряжения 10 и реле зашиты 9, в другом - транзистор 7 с двумя диодами 8 и 6. В ниж­ней части панели 3 закреплены резисторы 4. Снаружи на корпусе имеются две клеммы В и Ш, которые предназначены для присоединения реле-регулятора соответственно к выклю­чателю зажигания 22 и к клемме Ш генератора. Винтом 5 крепится провод, соединяющий корпус реле-регулятора с кор­пусом генератора.

Регулятор напряжения 10 (рис.134, б) представляет со­бой электромагнитное реле с двумя парами контактов, управ­ляющее работой транзистора 7. Контакты 15 пружиной 13 якорька удерживаются в замкнутом, состоянии, а контакты 16 - в разомкнутом. В общую схему регулятора напряжения включены транзистор 7, запирающий диод 6 и гасящий диод 8. Обмотка 14 регулятора напряжения включена с ускоряю­щим. резистором 20, термокомпенсационным 11 и добавоч­ным 19 резисторами. В схему также включены резисторы 21 и 12.

Основным элементом регулятора напряжения является транзистор 7. Он состоит из полупроводниковой германиевой пластины, к которой присоединены три электрода, образую­щие базу Б транзистора, эмиттер Э и коллектор К. Гасящий контур, выполненный в виде диода 8, является обязательным элементом транзистора, так как он защищает транзистор от пробоя ЭДС самоиндукции, возникающий в обмотке возбужде­ния генератора при размыкании контактов регулятора напря­жения 10.

Реле защиты 9 предохраняет транзистор от коротких за­мыканий в цепи обмотки возбуждения; устроено оно аналогич­но регулятору напряжения, но имеет одну пару контактов, ко­торые удерживаются пружиной в разомкнутом состоянии и включены параллельно контактам регулятора напряжения 10. Обмотка 17 реле защиты включена между контактами 15 и клеммой Ж реле-регулятора.

Работа реле-регулятора. При неработающем двигателе и включенном выключателе зажигания 22 (рис.134, б) реле-ре­гулятор подключается к аккумуляторной батарее. При этом контакты 15 замкнуты, контакты 16 разомкнуты, а по об­мотке 14 регулятора напряжения проходит ток.

Цепь тока обмотки регулятора напряжения: по­ложительный вывод батареи - амперметр - выключатель зажигания 22 - клемма В - запирающий диод 6 - резистор 20 - обмотка 14 - резистор 11 - корпус автомобиля - от­рицательный вывод батареи. Вследствие того что контакты 16 разомкнуты, база транзистора 7 имеет отрицательный по­тенциал, и через переход эмиттер - база проходит ток по це­пи базы транзистора.

Цепь тока базы транзистора: выключатель зажига­ния 22 - клемма В - диод 6 - переход эмиттер - база транзистора - резистор 21 - корпус автомобиля - отрицательный вывод батареи. Вследствие прохождения тока базы через пе­реход между эмиттером и базой транзистора происходит рез­кое снижение сопротивления переходов эмиттер - коллектор (Э - К), и транзистор открывается, включая цепь возбуждения генератора.

Цепь обмотки возбуждения генератора: положи­тельный вывод батареи - амперметр - выключатель зажига­ния 22 - клемма В - диод 6 - переход эмиттер - коллек­тор - клеммы Ш реле-регулятора и генератора - обмотка возбуждения - корпус автомобиля - отрицательный вывод ба­тареи. После пуска двигателя и его работы на нагрузочных режимах, когда напряжение генератора достигнет регулируе­мой величины, ток в обмотке 14 возрастет до значения, при котором значительно усиливается намагничивание сердечника регулятора напряжения 10, и электромагнитная сила, преодо­левая усилие пружины, замкнет контакты 16. Это приведет к запиранию транзистора, так как его база соединится с по­люсом источника тока, а через контакты 16 и резистор 21 будет проходить ток. При этом потенциал базы транзистора будет выше потенциала эмиттера на величину падения напря­жения на зажимах диода 6.

Из-за разности потенциалов от базы к эмиттеру мгновен­но проходит обратный ток, что приводит к полному запира­нию транзистора 7; ток возбуждения генератора будет прохо­дить по следующей цепи: положительный зажим выпрямителя -выключатель зажигания 22 - клемма В - запирающий диод 6 - резистор 20 и резистор 19 - клеммы Ш реле-регулято­ра и генератора - обмотка возбуждения - корпус генерато­ра - отрицательный зажим выпрямителя. В этой цепи обмот­ка возбуждения генератора включается через диод 6 и резис­торы 20 и 19) поэтому уменьшается сила тока и напряже­ние генератора, вследствие чего намагничивание сердечника обмотки 14 ослабевает и происходит размыкание контактов 16. При этом открывается транзистор 7, напряжение гене­ратора увеличивается, и контакты 16 вновь замыкаются.

Следовательно, при работе регулятора напряжения в нагру­зочном режиме контакты 16 замыкаются и размыкаются, взаимодействуя с транзистором 7. Замыкания контактов 15 при этом не происходит. Включенный через контакты 15 ре­зистор обратной связи 12 обеспечивает четкость переключе­ния и исключает высокочастотную вибрацию контактов регу­лятора напряжения.

Работа реле зашиты. При замыкании обмотки возбуждения (клеммы Ш, рис.134, б) на корпус сила тока в ней резко уменьшается из-за того, что оба ее конца в этом случае за­корачиваются на корпус (массу). При этом из-за резкого па­дения напряжения генератора размыкаются контакты 16 и замыкаются контакты 15, вследствие чего обмотка 17 под­ключается к аккумуляторной батарее.

Ток по обмотке реле защиты будет проходить по следую­щей цепи: клемма В - ярмо 18 реле защиты - соединитель­ный провод - ярмо регулятора напряжения 10 - якорек -контакты 15 - обмотка реле защиты 9 - клемма Ш - отри­цательный вывод батареи. Вследствие этого сила тока в об­мотке реле и магнитный поток сердечника резко возрастают, якорек притягивается и контакты замыкаются. При этом ба­за транзистора через замкнутые контакты реле защиты ока­жется соединенной с положительным выводом аккумулятор­ной батареи, и транзистор закроется. До тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание, транзистор будет закрыт.

Раздел 18. Система зажигания двигателя.

Система зажигания карбюраторного двигателя служит для вос­пламенения рабочей смеси в цилиндрах в определенный момент. Воспламенение происходит в конце такта сжатия электрической искрой, которая образуется между электродами свечи зажигания. Промежуток сжатой рабочей смеси между электродами свечи име­ет большое электрическое сопротивление, поэтому между ними необходимо создать высокое напряжение, чтобы вызвать искровой разряд. Искровые разряды должны появляться при определенном положении поршней в цилиндрах и чередоваться в соответствии с установленным порядком работы двигателя.

На двигателях ВАЗ-2104, -2106, УЗАМ-331 и 412 устанавливает­ся контактная система зажигания.

На двигателях ВАЗ-2108, МеМЗ-245 устанавливается электрон­ная бесконтактная система зажигания. Бесконтактная система за­жигания может устанавливаться также и на части двигателей ВАЗ-2104, -2106 и УЗАМ-331.