Содержание
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................. 3
Принцип действия генератора............................................................. 4
Признаки неисправности генератора.................................................. 6
Основные неисправности..................................................................... 8
Характеристики генератора................................................................. 9
Диагностирование генератора........................................................... 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................... 18
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................... 19
Введение
Генератор – значимый компонент конструкции любого автомобиля. Устройство обеспечивает снабжение электрической энергией многих важных узлов транспортного средства. Электричеством, полученным от генератора, питается система зажигания, приборы света, всевозможные электронные устройства, коих в составе современного авто множество. Наконец, зарядка аккумуляторных батарей осуществляется благодаря работе генераторного модуля. Естественно, неисправности генератора оказывают существенное влияние на эффективность работы всех электронных приборов автомобиля, вплоть до полной блокировки работоспособности этих приборов. В данной контрольной работе рассмотрены работа и характеристика генератора переменного тока.
Принцип действия генератора
Рисунок 1 Принципиальная схема генераторной установки
Uф1 — Uф3 - напряжение в обмотках фаз: Ud - выпрямленное напряжение; 1, 2, 3 - обмотки трех фаз статора: 4 - диоды силового выпрямителя; 5 - аккумуляторная батарея; 6 - нагрузка; 7 - диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 8 - обмотка возбуждения; 9 - регулятор напряжения
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И, наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой — подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) - ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генераторной установки, там, где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2...3 Вт.
Признаки неисправности генератора
Шумовые признаки неисправности генератора
Повышенный шум генератора, наиболее часто, связан с неисправностями подшипниковых узлов. Скорее всего, шум подшипников возникает из-за недостаточного количества смазки. Таким образом, шум устраняется просто – путем добавления смазки в подшипниковые узлы. Иногда подшипники шумят по причине механических дефектов – разрушение сепаратора, износ дорожек качения, проворачивание наружного кольца в крышке корпуса и т. д. В этих случаях замена подшипников становится просто необходимой, дабы избежать более серьезного дефекта – касание ротора и статора, что может вызвать, обрыв обмоток. Часто появление «воющего» звука есть причина межвиткового замыкания статорных обмоток. Чрезмерный шум генератора может появляться по причине наличия межвитковых замыканий обмоток тягового реле, а также в случаях короткого замыкания обмоток на корпусную шину. Неисправности контактора зажигания, плохие контакты в штекере тягового реле и на аккумуляторных клеммах также могут сопровождаться появлением шумовых эффектов при работе.
Недостаточный заряд или просто нет зарядки аккумулятора
Аккумуляторная батарея напрямую связана с работой генератора автомобиля, неисправности генератора могут стать причиной недозаряда или же полного отсутствия заряда. Однако, в первую очередь, перед тем как начинать поиск неисправностей генератора, следует проверить: степень натяжения ремня привода генератора; контактные лепестки электрических проводов обеспечивают ли хорошее качество соединения на клеммах аккумуляторной батареи и на клеммах генератора; не имеет ли повреждений схема электрической цепи от генератора до аккумулятора; исправны ли все секции аккумуляторной батареи; Если все исправно, то можно приступить к обследованию непосредственно самого генератора, вырабатывающего электрический ток, а также убедиться в том, что регулятор напряжения исправен и правильно отрегулирован. Как определить неисправность генератора? В общем-то, довольно сложно, если, к примеру, неисправность – это результат межвиткового замыкания обмоток. Для определения такого дефекта требуется специальная аппаратура. Нередко работоспособность нарушается ввиду замыкания обмоток на «корпус». Здесь наличие замыкания можно определить омметром – прибором, измеряющим сопротивление. При помощи омметра также определяется целостность диодного моста, соединительных проводов, наличие контакта держателей щеток.
Визуальная диагностика неисправностей
Иногда неисправности генератора можно определить по индикатору контроля заряда батареи. Так, если в момент включения зажигания индикаторная лампа не светится, это может быть: неисправностью аккумулятора; неисправностью самой контрольной лампы; нарушением контакта или целостности проводов цепи индикатора; износом щеток генератора или плохим контактом на щеточном узле; неисправностью регулятора напряжения; А когда же мы наблюдаем постоянное свечение индикатора независимо от режима работы двигателя, это может быть: износ или ослабление приводного ремня генератора; пробой диодов в схеме диодного моста; обрыв, короткое замыкание статорной обмотки; неисправность или сбой настройки регулятора напряжения.
Повышенный уровень напряжения в бортовой сети
Признаком нормальной работы автомобильного генератора является стабильное выходное напряжение на клеммах устройства, равное 13,8 – 15,5 вольт. Если данный порог напряжения завышен, повышенное состояние приводит к выходу из строя электрических компонентов схемы автомобиля, а также к разрушению аккумуляторной батареи. Причиной высокого выходного напряжения наиболее часто является неисправность регулятора напряжения или же неправильная его настройка. Повышение напряжения на выходе генератора происходит также: в случае пробоя диодного моста, наличия межвитковых замыканий обмотки ротора, плохого контакта на корпусной клемме генератора. Иногда причину повышенного напряжения бортовой сети можно объяснить неисправностью аккумуляторной батареи, когда в ней образуется короткое замыкание любой из аккумуляторных секций. Этот момент также следует учитывать, при поиске причины неисправности генератора.
Основные неисправности
В Таблице 1 приведены основные неисправности генератора и методы устранения данных неисправностей.
Таблица 1
Пробуксовка приводного ремня | Натянуть ремень, убедившись в исправности подшипников |
Зависание щеток | Очистить щеткодержатель, щетки от грязи, проверить усилие щеточных пружин |
Подгорание контактных колец | Зачистить и при необходимости проточить контактные кольца |
Обрыв цепи возбуждения | Устранить обрыв цепи |
Задевание ротора за полюса статора | Проверить подшипники, места посадки. Поврежденные детали заменить |
Неисправность регулятора напряжения | Заменить регулятор напряжения |
Обрыв в цепи "генератор-аккумулятор" | Устранить обрыв |
Плохой контакт "массы" генератора с "массой" регулятора напряжения | Проверить целостность провода, идущего на "массу", и надежность контакта |
Срабатывание реле защиты регулятора напряжения из-за замыкания в цепи возбуждения генератора на "массу" | Найти место замыкания и устранить неисправность |
Износ щеток | Заменить щетки новыми |
Зависание щеток | Очистить щеткодержатель, щетки от грязи |
Загрязнение и замасливание контактных колец | Протереть кольца тканью, смоченной бензином |
Неисправность регулятора напряжения | Проверить и при необходимости заменить регулятор напряжения |
Витковое замыкание или обрыв цепи одной из фаз статорной обмоткиНеисправность (пробой) диодов выпрямительного блока | Разобрать генератор, проверить состояние статорной обмотки (отсутствие обрыва и замыкания). Статор с неисправной обмоткой заменить |
Слабое натяжение ремня | Отрегулировать натяжение ремня |
Повышенная шумность генератора | |
Износ или разрушение подшипников | Заменить подшипники |
Ослабление гайки шкива генератора | Подтянуть гайку |
Износ посадочного места подшипника | Заменить крышку генератора |
Межвитковое замыкание обмотки статора ("вой" генератора) | Заменить статор |
Характеристики генератора
Свойства автомобильного генератора переменного тока определяются рядом характеристик, связывающих между собой следующие основные величины: фазное Uф, линейное Uл и выпрямленное Ud напряжения; фазный ток Iф; выпрямленный ток Id нагрузки генератора; ток возбуждения Iв генератора; частоту вращения n генератора.
Характеристики генератора представляют собой зависимость между двумя какими-либо величинами при неизменных значениях остальных величин. Основными характеристиками являются:
- характеристика холостого хода — зависимость э. д.с. генератора от тока возбуждения E = f(Iв) при постоянной частоте вращения и токе нагрузки Iн, равном нулю;
- внешняя характеристика — зависимость выпрямленного напряжения генератора Ud от тока нагрузки Iн при постоянной частоте вращения n и определенном значении тока возбуждения Iв;
- регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки Iк при неизменном значении линейного напряжения генератора Uл;
- нагрузочная характеристика — зависимость выпрямленного напряжения генератора Ud от тока возбуждения Iв при неизменном токе нагрузки Iн;
- токоскоростная характеристика (название характеристики дано ) — зависимость тока нагрузки генератора Iн от частоты вращения ротора генератора n и скорости движения автомобиля при неизменных значениях выпрямленного напряжения Ud на зажимах генератора и тока возбуждения генератора Iв.
Автомобильные генераторы приводятся во вращение от двигателя внутреннего сгорания с постоянным передаточным отношением привода, поэтому частота вращения ротора генератора может изменяться от минимального значения, соответствующего частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода автомобильного двигателя до максимального значения, соответствующего максимальной скорости движения автомобиля.
Отношение минимальной и максимальной частот вращения ротора генераторов может составлять: 1:12 — для автомобилей с карбюраторными двигателями; 1:4 — для автомобилей с дизельными двигателями.
Поэтому характеристики автомобильных генераторов в противоположность общепромышленным генераторам снимаются не при одном значении частоты вращения, а при различных значениях частоты вращения n и образуют обычно семейство характеристик, покрывающих весь диапазон изменения частоты вращения от минимальной до максимальной.
Характеристика холостого хода, как следует из уравнения э. д. с. генератора, для различных частот вращения выражается семейством характеристик (Рисунок 2).
Рисунок 2 Семейство характеристик холостого хода автомобильного генератора при различных частотах вращения ротора генератора
Внешняя характеристика автомобильного генератора также выражается семейством кривых, соответствующих различным частотам вращения ротора генератора (Рисунок 3).
Рисунок 3 Семейство внешних характеристик автомобильного генератора при различных частотах вращения ротора генератора
Как известно, снижение напряжения при увеличении нагрузки автомобильного генератора, происходит: из-за падения напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмоток статора, из-за размагничивающего действия магнитного потока реакции якоря, уменьшающего магнитный поток в воздушном зазоре, а также из-за падения напряжения в цепи выпрямителя.
Внешние характеристики могут определяться при самовозбуждении или при независимом возбуждении. Схемы соединения для снятия внешних характеристик показаны на Рисунке 4.
Рисунок 4 Электрические схемы соединения генератора при снятии семейства внешних характеристик
а – при самовозбуждении; б – при независимом возбуждении; В1 - выключатель в цепи возбуждения; В2 - выключатель в цепи нагрузки.
Внешние характеристики при самовозбуждении снимаются по схеме, показанной на Рисунке 15а. Каждая характеристика снимается при неизменном значении частоты вращения генератора и неизменном сопротивлении цепи возбуждения.
Регулировочная характеристика обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки генератора Iн — минимальной, средней и максимальной, и имеет вид, представленный на Рисунке 5.
Рисунок 5 Скоростные регулировочные характеристики генератора при различных значениях тока нагрузки
Токоскоростная характеристика генератора может определяться при независимом возбуждении или при самовозбуждении, однако основное практическое значение имеет характеристика, снятая при самовозбуждении. Электрические схемы соединений генератора для снятия токоскоростных характеристик те же, что и при снятии внешних характеристик (Рисунок 4).
Токоскоростная характеристика генератора Iн=f(n) имеет значительную кривизну (Рисунок 6), так как с увеличением частоты вращения n отдаваемый генератором ток Iн растет все медленнее.
Рисунок 6 Токоскоростные характеристики автомобильного генератора
а - с ограничителем тока в схеме регулирования; б - с самоограничением максимального тока
Диагностирование генератора
Рисунок 7 Принципиальная схема генераторной установки и точки подключения для проведения диагностики
G – генераторная установка; Ph1…Ph3 – обмотки трех фаз статора; VD1+…VD3+ (VD4+) – положительные диоды силового выпрямителя; VD1-…VD3- (VD4-) – отрицательные диоды силового выпрямителя; C – конденсатор, сглаживающий высокочастотные пульсации напряжения; B+ – силовой вывод "+" генераторной установки; VD1 d+…VD3 d+ – диоды возбуждения; Ex – обмотка возбуждения;
VR – регулятор напряжения; Accu – аккумуляторная батарея; + – вывод "+" аккумуляторной батареи; IgnSw – выключатель зажигания; H – индикатор заряда;
D+ – вывод "D+" генераторной установки; DF – вывод управления обмоткой возбуждения; R – нагрузка (потребители электроэнергии); 1 – точка подключения чёрного зажима типа "крокодил" осциллографического щупа; 2 – точка подключения пробника осциллографического щупа.
Напряжение на клемме D+ генератора носит пульсирующий характер. При возникновении той или иной неисправности генератора, форма пульсаций определённым образом изменяется. Путём сравнения осциллограммы напряжения на клемме D+ генератора с эталонной осциллограммой и типовыми примерами неполадок, можно выявить наличие и тип неполадки генератора, не снимая его с двигателя диагностируемого автомобиля.
Если пульсации напряжения на клемме D+ незначительны – генератор работает нормально, если же осциллограмма имеет нарушение симметрии – в генераторной установке присутствует неисправность. Данный метод позволяет судить о состоянии, как обмоток генератора, так и всех выпрямительных диодов.
Для получения осциллограммы напряжения на клемме D+ генератора, чёрный зажим типа "крокодил" осциллографического щупа должен быть подключен к металлической части корпуса генератора, пробник осциллографического щупа должен быть подключен к клемме D+ генератора. Диагностировать генератор следует при частоте вращения коленчатого вала двигателя близкой 2500 об/мин. При этом необходимо создать как можно большую активную нагрузку на генератор – включить мощные электропотребители автомобиля, преобразующие электроэнергию в тепло (обогрев заднего стекла автомобиля) или в свет путём нагрева нити накала (головное освещение).
Рисунок 8 Осциллограмма напряжения на выводе "D+" исправного генератора переменного тока.
Постоянное напряжение на клемме D+ исправного генератора имеет небольшие гармонические колебания.
Вследствие работы регулятора напряжения, на осциллограмме могут быть видны колебания или "скачки" напряжения с небольшими пиками (максимумами напряжения), особенно при изменениях нагрузки на генератор, например, при включении / выключении головного освещения автомобиля. Кроме того, могут быть заметны небольшие дополнительные пики напряжения, возникающие вследствие работы системы зажигания и других мощных потребителей электроэнергии.
Рисунок 9 Осциллограмма напряжения на выводе "D+" исправного генератора переменного тока.
Но, эти незначительные отклонения формы импульсов легко отличить от тех, которые возникают вследствие неисправностей, так как колебания, возникающие вследствие неполадок, имеют значительно более высокую амплитуду.
Заключение
Современный генератор электрического тока - это механизм из медных проводов, изоляционных материалов и стальной конструкции. При своих размерах важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.
Список использованной литературы
1. , Чижков автомобилей - Учебник для ВУЗов. — М.: "За рулем", 2001. — 384 с., ил.
2. Ютт автомобилей - М.: Транспорт, 2000. - 320 с.
3. Акимов автомобилей. Справочник - М:. Транспорт, 1993 - 223 с.
