Содержание
Виды
Сегодня производители выпускают несколько видов синхронных генераторов. Среди существующих классификаций особого внимания заслуживают несколько. В первую очередь стоит рассмотреть деление агрегатов по конструктивному устройству. Генераторы бывают двух видов.
Бесщеточный. Конструкция электрогенератора подразумевает использование обмоток статора. Они размещены так, чтобы сердечники элементов совпадали с направлением либо магнитных полюсов, либо сердечников, которые предусмотрены на катушке. Максимальное количество зубьев магнита не должно превышать 6 штук.
Следующая классификация подразумевает деление мобильных станций на отдельные виды.
Гидрогенераторы. Отличительная черта устройства – ротор с выраженными полюсами. Такие агрегаты используют для производства электроэнергии там, где нет необходимости в обеспечении большого количества оборотов устройства.
Выделяют несколько распространенных моделей подобных устройств.
Шаговые. Их используют для обеспечения работоспособности приводов, установленных в механизмах, которые имеют цикл работы старт-стоп.
Безредукторные. В основном используются в автономных системах.
Первые представляют собой устройства, в которых четко просматриваются полюса. Они отличаются небольшой скоростью вращения ротора. Вторая категория имеет в своей конструкции цилиндрический ротор, у которого отсутствуют выступающие полюса.
История
Динамо-машина Йедлика
В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1853 и 1856) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.
Диск Фарадея
В 1831 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток. Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределённых по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.
Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.
Шаг 1. Тип генератора
Производители выпускают четыре типа генераторов по виду топлива: бензиновые, дизельные, газовые и комбинированные модели. Нельзя однозначно сказать, какой из них лучше для дома. Проанализируем, чем они отличаются друг от друга.
Бензиновые электрогенераторы
Генераторы, работающие на бензине, отличаются невысокой ценой, относительно тихой работой и компактными размерами. Они просты в транспортировке, поэтому их можно подключать не только для электроснабжения домов на постоянной основе, но и просто вывозить на дачу в летний сезон. Среди недостатков — высокая стоимость бензина, расход которого достаточно высок.
Например, ручная модель синхронного типа Huter DY6500L, рассчитанная на бензин марки АИ-92, потребляет до 374 г на 1 кВт. Топливный запас генератора — 22 литра, а максимальная мощность — до 5.5 кВт. То есть, при максимальном потреблении полный бак обеспечивает около 11 часов непрерывной работы. В комплектацию также входят глушитель шума и вольтметр.
В бензиновой линейке также есть отдельная группа инверторных генераторов. Они хорошо подходят для питания высокочувствительной электронной техники. Их стоимость выше, чем у обычных моделей, но за счет экономичного расхода топлива она быстро окупается.
Пример такого генератора — малогабаритная модель PATRIOT 2000i, занявшая одно из первых мест в рейтинге отзывов. Это ручная электростанция, рассчитанная на 4 часа непрерывной работы.
Объем бака составляет 3.6 л при общем весе устройства 19 кг вместе с кожухом звукоизоляции. Ее максимальная мощность составляет 1.8 кВт, а уровень шума всего 58 дБ. Одна розетка обеспечивает питание 220 В, а вторая — 12 В.
Дизельные электрогенераторы
Генераторы на дизельном топливе отличаются экономичным расходом солярки, надежной безотказной работой, а также возможностью длительной бесперебойной подачи энергии (в некоторых моделях).
Недостатками можно назвать высокую цену, повышенный в сравнении с бензиновыми моделями уровень шума, а также чувствительность к низким температурам. В морозы рекомендуется регулярно проверять топливный бак — при показаниях термометра от -5С и ниже происходит загустение топлива.
Один из лидеров рейтинга — мощная универсальная дизельная модель Hyundai DHY-6000 LE-3. Он оснащена 14-литровым баком для топлива, мощным двигателем на 10 лошадиных сил с рабочим ресурсом 1500 часов. Генерируемая мощность составляет 5-5.5 кВт при силе тока 13.7 А. Это позволяет обеспечить питание розеток на 220 В, 380 В и 12 В. В дополнительное оснащение входят вольтметр, система защиты от перегрузки, счетчик моточасов, шумовая защита и колесная ось для перемещения прибора. Такой генератор рекомендуют выбирать для стационарного использования.
Газовые электрогенераторы
Генераторы на газовом топливе отличаются экономичностью, тихой работой и простотой в обслуживании. При всех плюсах, хорошим выбором такие модели станут только для газифицированных участках. При отсутствии централизованного газопровода нужно организовывать подвоз топлива в баллонах. Минусы газовых электростанций — высокая цена и необходимость вызова специалистов, чтобы подключить к газовой сети.
Типичный представитель категории — газовый генератор Russian Engineering Group GG7200-А, оснащенный тремя выходами: 2х220 В и 1х12 В. За счет двигателя объемом 420 см3 на выходе устройства обеспечивается устойчивая мощность 5.5-6 кВт при силе тока 24.8 А. Среди преимуществ модели: полная комплектация измерителей (вольтметр, счетчик моточасов), встроенная защита от перегрузки, а также шумовая защита и колеса для перемещения устройства весом 91 кг.
Комбинированные электрогенераторы
Двухтопливные электростанции относятся к универсальным моделям, поставляющим бесперебойное электропитание в режимах подключения к газовой магистрали (баллону) или в автономном (на жидком топливе). При смене топлива подача электричества не прерывается. Различают газово-бензиновые и дизельно-газовые модификации. Диапазон цен двухтопливной категории ориентировочно тот же, что у газовых моделей.
Газово-бензиновый генератор российского производства ЗУБР ЗЭСГ-5500 оснащен двигателем на 389 см3, предназначенным для работы от двух видов топлива. Бензиновый бак рассчитан на 25 л АИ-92, которого хватает на 9 часов автономного электроснабжения (мощность 5-5.5 кВт). Кроме двух выходов на 22 В модель имеет дополнительную розетку 12 В. Устройство отличается надежной защитой от сетевых перегрузок.
Назначение
Современные генераторы, имеющие встроенные кремневые диоды, обладают небольшими габаритами, простой конструкцией, надежностью и долгим сроком эксплуатации, что является отличным дополнением высокой удельной мощности таких устройств-преобразователей при малой вращательной частоте.
Некоторое время назад генераторы отличались довольно узкой областью применения, но благодаря усилиям разработчиков, техников и специалистов, преобразователи энергии были в значительной степени усовершенствованы. На сегодняшний день область применения данных устройств очень широка, поэтому генераторы ПТ стали незаменимыми в промышленной и бытовой сфере.
Питание бортовой сети
После пуска практически все бортовые приборы питаются именно от генерирующего элемента, он несет на себе основную нагрузку. Подзаряжает аккумулятор, восполняет его потраченную энергию на пуск, а также дает энергию для освещения, системы зажигания, подачи топлива, развлекательный комплекс (аудио, видео), всевозможные подогревы (сидений, стекол, зеркал).
Стоит отметить, что если генерирующее устройство не справляется, то часть энергии ему может дать АКБ, это происходит в моменты максимальной нагрузки, например — ночью в мороз, когда включены многие электрические приборы. Если какой-то источник отключается, и энергии только одного генератора становится достаточно, то он автоматически подзаряжает АКБ. Так цикл повторяется.
Устройство ротора
Чтобы избавиться от этого негативного эффекта, ведь автомобильный генератор переменного тока должен выдавать напряжения в строго определенных параметрах, вместо постоянного магнита в статор устанавливают электромагнит. Он представляет собой стальной сердечник с намотанным медным проводом, через который пропускается электрический ток. В этом случае сердечник превращается в магнит, сила которого зависит от величины тока, пропускаемого через провод. Обмотка подключается к аккумулятору через медные кольца и графитовые щетки, один контакт через замок зажигания присоединяется к плюсовой клемме, а второй – через массу к минусовой. Для придания магнитному полю нужного направления обмотка помещается в шестиполюсные сердечники. Этот элемент называется ротор и помещается вовнутрь сердечника.
При замыкании цепи через ключ зажигания через обмотку проходит электрический ток, сердечник намагничивается, создавая достаточно мощное магнитное поле. Но, поскольку работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции, ротор должна вращать сторонняя сила. Для этого он присоединяется к коленчатому валу двигателя. Ось ротора устанавливается на подшипники на передней и задней крышках генератора, чтобы он мог свободно вращаться.
В заднюю крышку монтируется узел со щетками и реле регулятора напряжения генератора, а также диодный мост, к которому подключена обмотка статора. Диодный мост в генераторе нужен, чтобы преобразовать переменный ток, получаемого на статоре в постоянный.
Принцип работы диодного моста состоит в том, что группа диодов, находящихся в нем, пропускает ток только в одном направлении, выравнивая его характеристики, в результате на выходе получается постоянный ток с напряжением 12 В, который подается на выводной контакт. Щетки поджимаются мягкими пружинками к кольцам ротора для поддержания постоянного контакта.
Интегральный регулятор напряжения, который устанавливается сверху на щеткодержатель, снижает ток от замка зажигания, что приводит к снижению напряжения в обмотке статора при увеличение оборотов двигателя и частоты вращения ротора.
Устройство генератора
Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.
В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.
В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.
В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.
Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.
Не менее важную роль играет щеточный узел, передающий напряжение на контактные кольца и обеспечивающий работу узла.
Изделие состоит из пары графитных щеток, двух пружин и щеткодержателя.
Также уделим внимание элементам, расположенным внутри кожуха:
- Ротор — стальной элемент, имеющий одну обмотку и, по сути, представляющий собой электромагнит. Ротор находится на валу, а сверху обмотки установлены втулки клювообразной формы. Ток подается с помощью медных колец, которые расположены на валу и объединены с обмоткой через специальные щетки.
- Обмотка — устройство, изготовленное из медной проволоки и закрепленное в пазы сердечника. Сам сердечник выполнен в форме окружности и изготавливается с применением специального материала, обладающего улучшенными магнитными качествами. В электротехнике металл носит название «трансформаторное железо». У статора есть три обмотки, связанные между собой и объединенные в звезду или треугольник. В точке объединения установлен диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения. Обмотка изготовлена из специальной проволоки, имеющей двойную термоустойчивую изоляцию, покрытую специальным лаком.
- Реле-регулятор — ключевой элемент установки, обеспечивающий стабильное напряжение на выходе устройства. Монтаж регулятора может производиться в кожухе генератора или снаружи. В первом случае он находится возле графитных щеток, а во втором — там, где щетки крепятся к щеткодержателю (но в разных моделях авто монтаж может осуществляться по-разному). Ниже представлены реле-регуляторы с щеточным узлом.
- Выпрямительный мост — элемент, предназначенный для преобразования переменного тока на выходе статора в постоянное напряжение. Выпрямитель состоит из трех пар диодов, которые установлены на токопроводящем основании и попарно объединяются друг с дружкой. В среде автовладельцев и мастеров СТО диодный мост часто называется «подковой» из-за схожести с этим предметом.
Неисправности генератора
- Генератор генерирует ток с очень низким напряжением.
- Генератор перестал вырабатывать электрический ток.
- Лампа приборной панели сигнализирует о поломке генератора.
- Генератор генерирует ток выше оптимальной нормы.
- Возникли посторонние шумы при работе генератора.
Прежде чем приступить к ремонту генератора проверьте состояние приводного ремня генератора на износ, натяжку ремня (проверка проводится нажатием на него, ремень не должен прогибаться больше чем на 2мм). Если ремень не сильно изношен, натяжку можно исправить, немножко его подтянув. Проверьте натяжной ролик генератора, он должен легко прокручиваться и не издавать лишних звуков (если ролик плохо прокручивается и издает лишние звуки, следует его заменить). Затем следует снять и разобрать генератор для проверки технического состояния генератора.
Диагностика генератора
В дальнейшем, вам пригодятся следующие измерительные приборы для проверки технического состояния генератора:
- амперметр;
- вольтметр;
- реостат.
Многое нам может сказать частота вращения ротора генератора, которую мы можем проверить по тахометру на панели приборов. Нормальные показатели тахометра при рабочем генераторе должны находиться в пределах от 2000 до 5000 об/мин.
Причины неисправности и ремонта генератора, возможные причины поломки генератора:
Если при проверке вы обнаружили, что генератор не вырабатывает заряд, этому могут быть следующие причины:
- Перегорели контакты или предохранитель.
- Поломка или износ щеток генератора.
- Неисправность реле регулятора.
- Обрыв в статорной или роторной цепи, вследствие замыкания в обмотке.
Устранение выше перечисленных неисправностей генератора решается заменой изношенных деталей.
Как снять и разобрать генератор. Разборка генератора своими руками.
- Снять щеткодержатель с регулятором напряжения, предварительно открутив все крепления.
- Снять натяжные болты и крышку со статором.
- Отсоединить фазные обмотки от выводных проводов блока выпрямления, после чего снять крышку со статора.
- Снять шкив с вала генератора и переднюю крышку с помощью съемника.
Ремонт генератора
В случае замыкания обмотки генератора или обрыва обмотки необходимо заменить провода новыми. Обычно обмотка обрывается в непосредственной близости с контактными кольцами
Обратите внимание на концы обмотки, не произошла ли распайка. Чтобы устранить эту неисправность достаточно отмотать виток в области разрыва назад с обмотки ротора. Снимите отломанный конец обмотки с контактного кольца и припаяйте отмотанный провод.
Снимите отломанный конец обмотки с контактного кольца и припаяйте отмотанный провод.
Если вы обнаружили, что генератор генерирует слабый или чрезмерно сильный заряд, это является признаком неисправности реле генератора. Устранить поломку можно путем замены реле генератора. Если генератор исправен, а лампочка мигает, это свидетельствует о поломке диода питания лампочки в индикаторе. Такая поломка устраняется заменой диода в генераторе.
Посторонние шумы при работе генератора указывают на износ подшипника ротора. Следует разобрать генератор, снять подшипник, осмотреть на дефекты. Если подшипник генератора изношен, замените его.
Для сборки генератора следует провести все действия в обратной последовательности. Ремонт генератора можно выполнить своими руками, в своем гараже, главное соблюдайте технику безопасности, аккуратнее с электроприборами, внимательно запоминайте последовательность разборки генератора, для того, чтобы долго не сидеть над его сборкой.
Устройство генератора ВАЗ 2101, ВАЗ 2102, ВАЗ 2104, ВАЗ 2105, ВАЗ 2106, ВАЗ 2107, ВАЗ 2108, ВАЗ 2109, ВАЗ 2110
1– «отрицательная» щетка; 2 – щеткодержатель; 3 – «положительная» щетка; 4 – колодка штекера нулевого провода; 5 – изолирующие втулки контактного болта; 6 – выпрямительный блок; 7 – контактный болт; 8 – статор; 9 – ротор; 10 – внутренняя шайба крепления подшипника; 11 – крышка со стороны привода; 12 – вентилятор в сборе со шкивом; 13 – наружная шайба крепления подшипника; 14 – передний подшипник ротора; 15 – дистанционное кольцо; 16 – стяжной болт; 17 – поджимная втулка; 18 – крышка со стороны контактных колец; 19 – буферная втулка; 20 – втулка
Как проверить работоспособность генератора автомобиля
Для того чтобы ответить на вопрос как проверить генератор на работоспособность или так сказать на правильность выдаваемого напряжения на выходе, а также и регулятор напряжения генератора – так как работают они сообща вам потребуется простой мультиметр, выставляете его в положение измерения постоянного тока на предел 20вольт и выше и произведите замеры на выходе генератора.
При этом отключать никакие приборы и провода не нужно, проверка проводится в естественных условиях и при этом вы должны увидеть цифры приблизительно 13.9 -16 вольт, так же можно давать скидку на погрешность прибора в пределах 0.5, то есть у вас показало 13.5 вольта то у вас скорее всего норма, возможно у вас реально 13.9 но прибор особенно китайские мультиметры могут давать погрешность и довольно существенную.
Поэтому по возможности лучше перемерять двумя разными мультиметрами от разных производителей и уже оттуда вывести среднюю величину, если данные не будут совпадать.
Генераторы постоянного тока
Конструкция генераторов постоянного тока позволяет использовать их в роли электродвигателей. Для этого требуется подать электрическое питание на якорь. Электрические машины постоянного тока могут быть следующих типов:
- с обмоткой самовозбуждения, подключаемой к аккумулятору;
- независимого типа с шунтовой схемой (параллельное возбуждение);
- независимой схемы последовательного подключения, под параллельным и последовательным подключением понимается схема соединения обмоток якоря и статора.
Особенностью большинства автомобильных генераторов постоянного тока является использование положительного полюса в качестве “массы”. Генераторы постоянного тока обладают рядом недостатков:
- малая мощность;
- низкий КПД;
- необходимо регулярное обслуживание;
- недостаточный ресурс.
Все эти недостатки привели к тому, что электрические машины постоянного тока уступили место под капотами авто более совершенным установкам переменного напряжения. Машины постоянного тока дольше всего продержались на железнодорожном транспорте, но и там их вытеснили трехфазные устройства переменного тока.
Устройство
Генератор постоянного тока базируется на основе массивного корпуса 18, выполняющего роль статора. Внутри установлены полюсные обмотки 9. Пазы, предназначенные для размещения обмотки, имеют смещение относительно оси генератора по винтовой линии.
За счет этого обеспечивается равномерность магнитного потока и снижается шум при работе. Обмотка статора выведена к клемме 6, промаркированной Ш, и к корпусу генератора. Между обмоток расположен вращающийся якорь 19, оснащенный коллекторной токосъемной частью 4.
Якорь имеет вал 10, который опирается на два шариковых подшипника 2. Подшипники установлены в передней и задней крышке – 16 и 1 соответственно. Для подачи смазки в подшипники предусмотрены масленки 5.
От вытекания смазки и попадания пыли применены сальники 3, выполненные из фетра. Задняя крышка имеет точки крепления щеткодержателей 12, оснащенных графитовыми щетками 11. Для обеспечения прилегания щеток к коллектору использованы пружины 13.
Пример конструкции автомобильного генератора постоянного токаРазличаются положительные и отрицательные щетки. Положительная деталь располагается в щеткодержателе без изолятора и подключена к корпусу генератора. Отрицательная щетка изолирована от остальных деталей и имеет вывод на клемму 7 (промаркированную буквой Я). Доступ к щеткам для осмотра и профилактики возможен через смотровое окно, закрытое при эксплуатации устройства крышкой 20. Существуют модели генераторов, оснащенные двумя парами щеток и дополнительными обмотками статора. Щетки одинаковой полярности соединены между собой в единую цепь.
На передней части вала якоря установлен шкив 15, удерживающийся от проворачивания шпонкой. Шкив закреплен гайкой 14, которая на некоторых моделях генераторов фиксируется шплинтом. Для охлаждения внутреннего объема генератора применяется вентилятор, лопасти которого пролиты на приводном шкиве.
Электрическая схема
Ниже приведены три варианта схем генераторов, отличающихся типом возбуждения:
- независимый (а);
- параллельный (б);
- смешанный (в).
Типовые схемы генераторов постоянного токаУсловные обозначения:
- Я1 и Я2 – обмотки, установленные на якоре;
- Д1 и Д2 – дополнительные обмотки добавочных полюсов;
- Ш1 и Ш2 – шунтовая обмотка;
- С1 и С2 – последовательная обмотка возбуждения;
- RH – нагрузка.
Принцип работы
В основе принципа работы генератора автомобиля лежит процесс индуцирования электродвижущей силы во вращающихся обмотках якоря в результате воздействия магнитного поля статора. Снятие напряжения ведется с отдельных полуколец, что позволяет формировать выпрямленный ток без дополнительных устройств.
Простейший генератор с постоянными магнитами.
Крепление и привод
Генераторы переменного тока устанавливались на автомобилях через отдельный кронштейн или непосредственно на боковой части картера двигателя. На нижнеклапанных моторах устройство монтировалось на головке блока и использовалось для установки вентилятора системы охлаждения. При подобной схеме монтажа для привода используется ременная передача от шкива, установленного на коленчатом валу двигателя.
Опора генератора позволяет изменять угол установки, обеспечивая натяжение ремня. На крупногабаритных моторах генераторы могли иметь привод от распределительных шестерен механизма газораспределения.
Заключение
Таким образом, электрогенератор своими руками, может стать отличным вариантом альтернативного электроснабжения.
Его мощности будет достаточно для обеспечения электроэнергией строительных приборов, а также небольших домашних приборов. Поскольку работа производится с электричеством, то у людей, не имеющих ни малейшего представления о серьезности и опасности проделываемых манипуляций, электрогенератор может не получиться.
Не секрет, что сделанный своими руками генератор, будет раз в 5 дешевле, но не факт, что его продуктивность может конкурировать с покупной моделью заводской сборки, оснащенной автоматикой. Отказаться от подобной затеи следует в таких случаях:
- если нет уверенности в собственных силах и знаниях;
- когда несколько попыток сборки не увенчались успехом;
- если нет в наличии соответствующего оборудования и измерительных приборов;
- если нет навыка в расчетах и подборе компонентов прибора, а также в чтении схем.
При наличии всех необходимых конструктивных деталей можно попробовать собрать агрегат своими руками. Если процедура не увенчалась успехом – всегда можно прибегнуть к помощи покупных моделей. Покупка электрогенератора имеет только один минус – это высокую стоимость. Однако в некоторых случаях она вполне оправдана точностью рабочего процесса, а также возможностью самостоятельного контроля всего процесса переработки и преобразования постоянного тока в переменный.
