Войти
Генератор (серебристый), установленный на двигателе V8 Генератор переменного тока - это тип электрогенератора, который используется в современных автомобилях для зарядки батареи и для питания электрической системы, когда она двигатель работает.
До 1960-х годов в автомобилях использовались генераторы постоянного тока динамо с коммутаторами. При наличии доступных выпрямителей на кремниевых диодах , вместо них использовались генераторы . Этому способствовало увеличение количества электроэнергии, необходимой для автомобилей в этот период, с увеличением нагрузки от более крупных фар, электрических дворников, обогреваемых задних окон и других аксессуаров.
Генераторы современных транспортных средств были впервые использованы военными во время Второй мировой войны для питания радиооборудования на специальных автомобилях. В послевоенное время другие автомобили с высокими требованиями к электричеству, такие как машины скорой помощи и радиотакси, также могли быть оснащены дополнительными генераторами переменного тока.
Генераторы переменного тока были впервые представлены в качестве стандартного оборудования на серийных автомобилях корпорацией Chrysler Corporation на Valiant в 1960 году, на несколько лет впереди Ford и General Motors.
Некоторые ранние автомобили, например в Ford Model T использовалась система зарядки другого типа: магнето с приводом от двигателя, который генерировал переменный ток низкого напряжения, подаваемый на катушки тремблера, который обеспечивал высокое напряжение, необходимое для образования искр зажигания. (Это отличалось от настоящего магнето зажигания , которое непосредственно генерирует высокое напряжение.) Поскольку такая система магнето зависела только от движения двигателя для генерации тока, ее можно было использовать даже при запуске двигателя с ручным коленчатым валом, при условии, что кривошип будет резко вытянут, чтобы магнето вырабатывало ток, достаточный для того, чтобы катушки образовывали хорошие искры.
На Model T магнито встроено в маховик двигателя. Первая модель Ts использовала магнето исключительно для зажигания тремблерной катушки. Начиная с 1915 модельного года, Ford добавил электрические фары, также работающие от магнето. Цепь магнето была строго переменного тока, без батареи. (На катушках зажигания был переключатель, позволяющий использовать батарею, что могло быть полезно при запуске в холодную погоду, но Ford не предоставил батарею и не поощрял ее использование до того, как представил электростартер в 1919 году. Владелец пришлось бы самому устанавливать аккумулятор и заряжать его от внешнего источника.)
Начиная с 1919 модельного года, Ford модернизировал Model T, включив в него электрический стартер, который был стандартным для некоторых моделей и дополнительным для других. Эта стартерная установка также включала аккумулятор, заряжаемый обычной динамо-машиной, и теперь фары питались от аккумулятора. Однако магнето маховика по-прежнему приводило в действие зажигание, и поскольку в моделях без стартера не было батареи, они продолжали использовать фары с питанием от магнита.
Генераторы имеют несколько преимуществ перед прямым -генераторы тока (динамо ). Генераторы бывают:
Для преобразования переменного тока в постоянного тока требуется набор выпрямителей (диодный мост ). Чтобы обеспечить постоянный ток с низкой пульсацией, используется многофазная обмотка, а полюсные наконечники ротора имеют форму (кулачковый полюс). Автомобильные генераторы переменного тока обычно приводятся в движение ремнем с частотой вращения коленчатого вала в 5-10 раз, что намного быстрее, чем генератор. Генератор работает с разными оборотами (которые меняют частоту), поскольку он приводится в движение двигателем. Это не проблема, потому что переменный ток от выпрямленного до постоянного тока.
Регуляторы генератора также проще, чем регуляторы для генераторов. Регуляторам генератора требуется реле отключения для изоляции выходных катушек (якоря) от батареи при низкой скорости; эта изоляция обеспечивается выпрямительными диодами генератора. Кроме того, большинство регуляторов генератора включают в себя ограничитель тока; генераторы переменного тока по своей природе ограничены по току.
В разрезе генератора переменного тока показана конструкция когтевого столба; два клиновидных полюса возбуждения, чередующиеся N и S, видны в центре, а неподвижная обмотка якоря видна сверху и снизу отверстия. Ремень и шкив на правом конце приводят в движение генератор переменного тока. Несмотря на их названия, как «генераторы постоянного тока» (или «динамо-машины»), так и «генераторы переменного тока» изначально вырабатывают переменный ток. В так называемом «генераторе постоянного тока» этот переменный ток генерируется во вращающемся якоре, а затем преобразуется в постоянный ток коммутатором и щетками. В «генераторе переменного тока» переменный ток генерируется в неподвижном статоре, а затем преобразуется в постоянный ток выпрямителями (диодами).
Типичные генераторы для легковых автомобилей и легких грузовиков используют конструкцию поля Лунделла или "когтевого столба". В нем используется профилированный железный сердечник на роторе для создания многополюсного поля из одной обмотки катушки. Полюса ротора выглядят как сцепленные друг с другом пальцы двух рук. Катушка установлена внутри нее в осевом направлении, и ток возбуждения подается через контактные кольца и угольные щетки. В этих генераторах обмотки возбуждения и статора охлаждаются осевым потоком воздуха, создаваемым внешним вентилятором, прикрепленным к шкиву приводного ремня.
Компактный генератор В современных автомобилях теперь используется компактная компоновка генератора переменного тока. Он подобен электрически и магнитно, но имеет улучшенное воздушное охлаждение. Лучшее охлаждение позволяет получить больше энергии от меньшей машины. Корпус имеет характерные радиальные вентиляционные прорези на каждом конце и теперь закрывает вентилятор. Используются два вентилятора, по одному на каждом конце, и поток воздуха является полурадиальным, входящим в осевом направлении и выходящим радиально наружу. Обмотки статора теперь состоят из плотной центральной полосы, в которой железный сердечник и медные обмотки плотно упакованы, и концевых полос, где обмотки более открыты для лучшей теплопередачи. Более близкое расстояние между сердечниками от ротора улучшает магнитную эффективность. Закрытые вентиляторы меньшего размера производят меньше шума, особенно на высоких скоростях машины.
Генераторы переменного тока также могут иметь водяное охлаждение в автомобилях.
Большие автомобили могут иметь генераторы с явным полюсом, аналогичные более крупным машинам.
Обмотки трехфазного генератора переменного тока могут быть подключены по схеме треугольника или звезды (звезда) настройка режима.
Бесщеточные версии генераторов этого типа также распространены в более крупной технике, такой как грузовые автомобили для шоссе и землеройные машины. Благодаря двум подшипникам вала увеличенного размера в качестве единственных быстроизнашивающихся деталей они могут обеспечить чрезвычайно долгую и надежную службу, даже превышающую интервалы между капитальным ремонтом двигателя.
Автомобильные генераторы переменного тока требуют регулятора напряжения, который работает, модулируя небольшой ток возбуждения для создания постоянного напряжения на клеммах аккумулятора. В ранних конструкциях (1960–1970-е годы) использовалось дискретное устройство, установленное в другом месте транспортного средства. В промежуточных конструкциях (1970–1990-е годы) регулятор напряжения был встроен в корпус генератора. В современных конструкциях вообще нет регулятора напряжения; регулировка напряжения теперь является функцией блока управления двигателем (ECU). Ток возбуждения намного меньше, чем выходной ток генератора переменного тока; например, генератору переменного тока 70 A может потребоваться всего 7 А тока возбуждения. Ток возбуждения подводится к обмоткам ротора через контактные кольца. Низкий ток и относительно гладкие контактные кольца обеспечивают большую надежность и более длительный срок службы, чем генератор постоянного тока с его коммутатором и более высоким током, пропускаемым через его щетки.
Обмотки возбуждения получают питание от аккумулятора через ключ зажигания и регулятор. Параллельная цепь питает предупреждающий индикатор «заряд» и заземляется через регулятор (поэтому индикатор горит, когда зажигание включено, но двигатель не работает). Когда двигатель работает и генератор вырабатывает электроэнергию, диод подает ток возбуждения с основного выхода генератора, выравнивая напряжение на сигнальном индикаторе, который гаснет. Провод, по которому подается ток возбуждения, часто называют проводом «возбудителя». Недостатком такой схемы является то, что в случае перегорания контрольной лампы или отсоединения провода «возбудителя» ток не достигает обмоток возбуждения, и генератор не генерирует мощность. Некоторые цепи предупреждающих индикаторов оснащены резистором, включенным параллельно лампе, который пропускает ток возбуждения, если сигнальная лампа перегорает. Водитель должен убедиться, что предупреждающий индикатор горит при остановленном двигателе; в противном случае может не быть никаких признаков неисправности ремня, который также может приводить в действие охлаждающий водяной насос. Некоторые генераторы переменного тока самовозбуждаются, когда двигатель достигает определенной скорости.
В последние годы регуляторы генератора переменного тока связаны с компьютерной системой транспортного средства, и при регулировке напряжения, подаваемого генератором переменного тока, оцениваются различные факторы, включая температуру воздуха, полученную от датчика температуры всасываемого воздуха, датчик температуры аккумуляторной батареи и нагрузку на двигатель.
Старые автомобили с минимальным освещением могли иметь генератор переменного тока, способный производить только 30 А. Типичные генераторы для легковых автомобилей и легких грузовиков рассчитаны на ток около 50–70 А, хотя более высокие значения становятся все более распространенными, особенно из-за большей нагрузки на электрическую систему транспортного средства с кондиционером, рулевым управлением с электроусилителем. и другие электрические системы. Очень большие генераторы переменного тока, используемые на автобусах, тяжелом оборудовании или машинах для оказания экстренной помощи, могут производить 300 А. Полуприцепы обычно имеют генераторы на мощность 140 А. Очень большие генераторы могут иметь водяное или масляное охлаждение.
КПД автомобильных генераторов переменного тока ограничивается потерями при охлаждении вентилятора, потерями в подшипниках, потерями в стали, потерями в меди и падением напряжения в диодных мостах. Эффективность резко снижается на высоких скоростях в основном из-за сопротивления вентилятора. На средних оборотах КПД современных генераторов составляет 70-80%. Это лучше очень маленьких высокопроизводительных генераторов с постоянными магнитами, таких как те, которые используются в системах велосипедного освещения, эффективность которых составляет около 60%. Большие электрические машины с постоянными магнитами (которые могут работать как двигатели или генераторы переменного тока) сегодня могут достигать гораздо более высокого КПД. Пеллегрино и др., Например, предлагают не особо дорогие конструкции, которые демонстрируют множество областей, в которых эффективность превышает 96%. Большие генераторы переменного тока, используемые на электростанциях, работают с тщательно контролируемыми скоростями и не имеют ограничений по размеру или весу. У них очень высокий КПД - 98%.
Гибридные автомобили заменяют отдельные генератор и стартер одним или несколькими комбинированными двигателями / генераторами (M / G), которые запускают двигатель внутреннего сгорания, обеспечивают некоторые или все механической энергии на колеса и зарядить большую аккумуляторную батарею. Когда присутствует более одного M / G, как в Hybrid Synergy Drive, используемом в Toyota Prius и других, один может работать как генератор, а другой питать как двигатель, обеспечение электромеханического пути, по которому часть мощности двигателя поступает на колеса. Эти двигатели / генераторы имеют значительно более мощные электронные устройства для управления, чем автомобильный генератор переменного тока, описанный выше.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с автомобильными генераторами переменного тока. |
