Неисправности автогенераторов и способы их устранения
При работе генераторов могут возникать неисправности механического и электрического характера. Зачастую одна вовремя не исправленная поломка становится причиной других.
Признаки повреждения генератора:
- мигание или постоянная работа лампы зарядки при работающем моторе;
- недостаточная зарядка или перезаряд аккумулятора;
- тусклый свет внешней световой сигнализации;
- пульсации свечения ламп;
- значительное увеличение яркости свечения ламп при повышении оборотов;
- посторонние звуки, источником которых является генератор или привод.
Механические поломки
Распространенные неисправности механического характера:
- появление трещин на приводном шкиве;
- обрыв ремня привода;
- износ подшипников якоря, который приводит к заклиниванию генератора.
Трещины и сколы на шкиве обнаруживаются при визуальном осмотре узла. Острые кромки начинают разрушать приводной ремень, который может сойти со шкива по поврежденным кромкам. Поломанный или лопнувший шкив требуется заменить новым, ремонт узла невозможен. Новый шкив должен иметь такие же геометрические параметры, как и изношенный.
Поврежденные подшипники якоря начинают издавать при работе характерный свист. Затягивать с ремонтом не следует, поскольку нарушается режим работы генератора из-за изменения зазора между якорем и статором. В итоге якорь может заклинить, что приведет к обрыву ремня и повреждениям щеток и обмотки.
Электрические поломки
Поломки электрической части генераторов:
- истирание токосъемных щеток;
- протирание коллекторной части ротора генератора;
- выход из строя регулятора напряжения;
- межвитковые замыкания обмотки статора;
- выгорание выпрямительного диодного моста;
- разрушение соединительной проводки;
- обгорание или окисление мест подключения проводки.
Для проверки работоспособности генератора применяется мультиметр или вольтметр, предназначенный для измерения постоянного напряжения 0-20 В. Перед началом замеров рекомендуется прогреть агрегат, дав ему поработать 10-15 минут при холостых оборотах двигателя и работающем потребителе (например, ближнем свете фар). Замер напряжения между положительной клеммой генератора и массой автомобиля должен показать значение в пределах 13,5-14,5 В. Более точная информация имеется в инструкции по ремонту и обслуживанию машины. При отклонении напряжения от норматива требуется замена реле-регулятора.
Проверка напряжения на клеммах батареи позволяет обнаружить повреждения соединительной проводки. Для полноценного замера требуется увеличить обороты двигателя до высоких и подключить мощные потребители энергии (например, дальний свет фар, обогревы стекол и сидений). В этом случае напряжение должно быть близким к значению на реле-регуляторе. В противном случае требуется провести проверку проводов и точек подключения.
Исправность диодного моста проверяется путем установки мультиметра на положительный вывод генератора и массу в режиме замера переменного тока. Значение напряжения должно находиться в пределах до 0,5 В. Более высокое напряжение является признаком неисправности диодного моста.
Процесс замены генератора на Форд Фокус 2 показан в видео, предоставленном каналом «Азбука Форд».
Замер пробоев обмоток генератора производится при отключенном аккумуляторе и отсоединенной от положительной клеммы устройства проводке. Тестер, переключенный в режим амперметра, подключается между клеммой и проводкой. Допустимым считается значение до 0,5 мА. При повышенном токе возможен пробой деталей диодного моста либо обмоток.
Для проверки обмоток возбуждения необходимо снять генератор с автомобиля. Работы ведутся при удаленном регуляторе напряжения и щеточном узле. Перед началом проверки контактные кольца очищаются от грязи. Тестирование выполняется мультиметром, переведенным в режим омметра. Подключение ведется к контактным кольцам. Нормальное значение сопротивления находится в интервале 5-10 Ом. Для замера пробоя на массу омметр цепляется к кольцам и корпусу. В исправном состоянии значение сопротивления будет бесконечным, при иных значениях — имеется пробой.
Категорически запрещается проверять работу генераторов методом короткого замыкания. Подобные действия приводят к выходу из строя не только агрегата, но и электронных блоков. Диагностику устройства рекомендуется проводить на стендах, имеющихся в специализированных центрах. Самостоятельные действия могут стать причиной дорогостоящего ремонта.
Режимы работы
Чтобы разобраться в особенностях функционирования автомобильного генератора, важно понять особенности каждого из режимов:
- В процессе пуска двигателя главным потребителем электрической энергии выступает стартер. Особенностью режима является создание повышенной нагрузки, что приводит к уменьшению напряжения на выходе АКБ. Как следствие, потребители берут ток только с аккумулятора. Вот почему при таком режиме батарея разряжается с наибольшей активностью.
- После завода двигателя автомобильный генератор переходит в режим источника питания. С этого момента устройство дает ток, который необходим для питания нагрузки в автомобиле и подзаряда АКБ. Как только аккумулятор набирает требуемую емкость, уровень зарядного тока снижается. При этом генератор продолжает играть роль главного источника питания.
- После подключения мощной нагрузки, например, кондиционера, обогрева салона и прочих, скорость вращения ротора замедляется. В этом случае автомобильный генератор уже не способен покрыть потребности автомобиля в токе. Часть нагрузки перекладывается на АКБ, который работает в параллель с источником питания и начинает постепенно разряжаться.
https://youtube.com/watch?v=feRhd7xg6R0
Технические характеристики
Под основными техническими характеристиками генераторов можно понимать следующие величины. Это ЭДС генератора. Непосредственно с ЭДС любого генератора напрямую связана его полная электрическая мощность, которая ей прямопропорциональна.
- В каких случаях нужен дизель-генератор: советы по выбору
- Щиты автоматики: использование
- Какие функции выполняет контроллер в автомобиле
Полная мощность возрастает при увеличении количества полюсов и частоты оборотов якоря. Полезная же мощность, передаваемая на подключённое внешнее устройство, равна произведению выходного тока на выходное напряжение.
Основная характеристика любого производящего что-либо устройства, в том числе и нашего генератора это КПД. Если генератор выключить, а потом включить, то его КПД будет уменьшаться, в связи с увеличением затрат энергии на нагрев обмотки. Различают электрический КПД и промышленный.
При таком подключении, причём желательно через автомат и вольтметр, добиваются равномерного распределения нагрузки между работающими генераторами. При увеличении потребления внешней нагрузки, в работу включается второй генератор, тем самым регулируя обороты первого и выравнивая напряжение.
При использовании генераторов со смешанным возбуждением происходит автоматическая регулировка характеристик работающих вместе генераторов, повышается стабильность работы. Это возможно из-за того, что в таких генераторах есть уравнительный провод, проходящий между отрицательными или положительными щётками. Именно эта шина и делает работу таких генераторов устойчивой.
- Регулирующие клапаны: особенности
- Какие бывают типы котлов
- Что такое АВР для генератора?
Источник постоянного напряжения
Аккумуляторная батарея — это типичный источник постоянного напряжения. Для питания электронных схем применяются преимущественно источники постоянного напряжения. Напряжение измеряется между положительным и отрицательным выводами (полюсами) источника. Для того, чтобы образовать замкнутую электрическую цепь, в которой протекает постоянный ток, полюсы источника питания должны быть соединены с выводами схемы (нагрузки), потребляющей энергию от источника, или с выводами измерительного прибора. Считается, что в нагрузке, подключённой к источнику питания, ток течёт в направлении от положительного потенциала к отрицательному.
Принцип работы генератора переменного тока: 7 типов устройств
С ростом научного прогресса и приёма электрического тока, являющегося одним из основных видов энергии, человеческая жизнь стала намного комфортнее. Благодаря ему, а точнее его работе, приводятся в движение различные механизмы, комнаты освещаются и отапливаются и так далее.
Ток в проводнике возникает из-за электродвижущей силы (ЭДС), заставляющей частицы, несущие заряд, двигаться в проводнике. Если проводник подвергается воздействию магнитного поля, это явление называется электромагнитной индукцией.
Другими словами, если возникает следующее условие: проводник движется в магнитном поле или электромагнитное поле движется вокруг проводника, то в последнем появляется электрический ток. В результате этого явления были созданы трансформаторы, электродвигатели и генераторы.
Электрогенератор — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую. Это примитивное устройство, состоящее из проводника с замкнутым контуром, вращающегося между полюсами магнита.
В современных генераторах эта схема содержит как минимум три обмотки, необходимые для создания большей ЭДС. Для четкого понимания назначения и процессов, происходящих при преобразовании электроэнергии, необходимо ознакомиться с устройством и принципом работы генератора (ЭГ).
Устройство генератора
Практически все они похожи по своей конструкции, но есть некоторые отличия — так механическая часть приводится в движение (рисунок 1).
Он состоит из основных узлов:
- рамка;
- статор;
- ротор, или снова;
- распределительная коробка.
Другой важный элемент — муфта свободного хода генератора. Об особенностях его работы и ремонта читайте в материале от нашего специалиста.
Рисунок 1. Генератор в разрезе
Корпус, выполняющий роль каркаса, служит для фиксации всех основных частей. Кроме того, в нем установлены подшипники, которые необходимы для плавного вращения вала и увеличения срока службы устройства. Корпус выполнен из прочного металла, а также служит для защиты внутренних частей станка от внешних повреждений.
Статор имеет магнитные полюса, представленные в виде неподвижной обмотки для возбуждения магнитного потока F. Он изготовлен из специальной стали, называемой ферромагнетиком.
Ротор представляет собой подвижную часть и приводится в движение определенной силой. В результате на якоре (роторе) образуется разность потенциалов или напряжений (U). Коммутационный узел (коробка) необходим для снятия электричества с ротора.
он состоит из токопроводящих колец, подключенных к графитовым контактам коллектора.
Преобразование энергии
На рисунке 5 показаны направления действия механических и электрических величин в якоре генератора и двигателя постоянного тока.
Рисунок 5. Направление э. д. с., тока и моментов в генераторе (а) и двигателе (б) постоянного тока
Согласно первому закону Ньютона в применении к вращающемуся телу, действующие на это тело движущие и тормозные вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в генераторе при установившемся режиме работы электромагнитный момент
| Mэм = Mв — Mтр — Mс, | (7а) |
где Mв – момент на валу генератора, развиваемый первичным двигателем, Mтр – момент сил трения в подшипниках, о воздух и на коллекторе электрической машины, Mс – тормозной момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря. Эти потери мощности появляются в результате вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Возникающие при этом электромагнитные силы оказывают на якорь тормозящее действие и в этом отношении проявляют себя подобно силам трения.
В двигателе при установившемся режиме работы
| Mэм = Mв + Mтр + Mс, | (7б) |
где Mв – тормозной момент на валу двигателя, развиваемый рабочей машиной (станок, насос и т. п.).
В генераторе Mэм является тормозным, а в двигателе – вращающим моментом, причем в обоих случаях Mв и Mэм противоположны по направлению.
Развиваемая электромагнитным моментом Mэм мощность Pэм называется электромагнитной мощностью и равна
| Pэм = Pэм × Ω, | (8) |
где
| Ω = 2 × π × n, | (9) |
представляет собой угловую скорость вращения.
Подставим в выражение (8) значение Mэм и Ω из равенств (5) и (9) и учтем, что линейная скорость на окружности якоря
Тогда получим
| Pэм = 2 × B × l × Dа × Iа × π × n = 2 × B × l × v × Iа |
или на основании выражения (1)
| Pэм = Eа × Iа. | (10) |
В обмотке якоря под действием э. д. с. Eа и тока Iа развивается внутренняя электрическая мощность якоря
| Pа= Eа × Iа. | (11) |
Согласно равенствам (10) и (11), Pэм = Pа, т. е. внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, развиваемой электромагнитным моментом, что отражает процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и обратный процесс в двигателе.
Умножим соотношения (3) и (6) на Iа. Тогда для генератора будем иметь
| Uа × Iа = Eа × Iа – Iа2 × rа | (12) |
и для двигателя
| Uа × Iа = Eа × Iа + Iа2 × rа. | (13) |
Левые части этих выражений представляют собой электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей – электромагнитную мощность якоря и последние члены – электрические потери мощности в якоре.
Приведенные соотношения действительны и при более сложной обмотке якоря, так как э. д. с. и моменты отдельных проводников складываются. Эти соотношения являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока.
Согласно им механическая мощность, развиваемая на валу генератора первичным двигателем, за вычетом механических и магнитных потерь, превращается в электрическую мощность в обмотке якоря, а электрическая мощность за вычетом потерь в этой обмотке выдается во внешнюю цепь. В двигателе электрическая мощность, подводимая к якорю из внешней цепи, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть этой мощности превращается в мощность электромагнитного поля и последняя – в механическую мощность, которая за вычетом потерь на трение и потерь в стали якоря передается рабочей машине.
Установленные выше применимо к машине постоянного тока общие закономерности превращения энергии в равной степени относятся также к машинам переменного тока.
Принцип действия индукционного генератора
Принцип работы индукционного генератора основан на законе электромагнитной индукции: индукция электродвижущей силы в прямоугольном контуре (металлическом каркасе), расположенном в однородном вращающемся магнитном поле, или наоборот, прямоугольный контур вращается так однородно стационарно магнитное поле. Если в контуре вращается однородное магнитное поле с постоянной угловой скоростью, в нем индуцируется синусоидальная электродвижущая сила.
Индукционный генератор переменного тока
это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию в переменный ток, например, вращая катушку с проволокой в магнитном поле или, наоборот, вращая магнит. Пока силовые линии магнитного поля проходят через проводящую катушку, в ней индуцируется электрический ток. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивается, когда рамка снимается. Когда рамка меняет ориентацию относительно магнитных полюсов, электрический ток также меняет направление. Пока источник механической энергии вызывает вращение проводника (или магнитного поля), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.
Устройство индукционного генератора
По конструкции различают генераторы:
- с фиксированными магнитными полюсами и вращающимся якорем,
- с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором.
Чаще используются генераторы со стационарными магнитными полюсами, так как при неподвижной обмотке статора нет необходимости снимать ток высокого напряжения с ротора с помощью скользящих контактов (щеток) и контактных колец. Статор (неподвижная часть) собирается из отдельных листов железа, изолированных друг от друга, а на внутренней поверхности статора имеются пазы, в которые вставляются провода обмотки статора генератора. Ротор (подвижная часть) обычно изготавливается из твердого железа, а полюсные наконечники магнитных полюсов ротора собираются из листового металла. Для создания максимально возможной магнитной индукции при вращении между статором и полюсными наконечниками ротора желателен минимальный зазор, а геометрическая форма полюсных наконечников выбирается так, чтобы ток, генерируемый генератором, был ближе к синусоидальному. Катушки возбуждения, питаемые постоянным током, размещены на сердечниках полюсов, которые с помощью щеток подводятся к контактным кольцам, расположенным на валу генератора.
Электромеханический индукционный генератор
Магнитное поле в электромеханическом генераторе создается с помощью постоянного или электромагнита, в обмотке индуцируется переменная электродвижущая сила. В промышленных генераторах поле создается вращающимся магнитом, обмотки остаются неподвижными.
Генератор индукционного тока
Индукционные генераторы энергии имеют широкий спектр применения: они часто используются в местах, где требуется постоянное электроснабжение, таких как медицинские учреждения, морозильные склады и т.д. Кроме того, такие генераторы могут потребоваться на строительных площадках и для электрификации страны дома.
Генератор индукционного нагрева
Индукционный нагрев — это нагрев электропроводящих материалов электрическими токами, индуцированными переменным магнитным полем. Индукционные теплогенераторы используются для:
- нагрев деталей из магнитных материалов, а также для гибки и термообработки деталей,
- термическая обработка мелких и хрупких деталей,
- поверхностное упрочнение изделий,
- плавка, сварка и пайка металлов,
- дезинфекция медицинских инструментов.
Электрическая схема управления генератором.
Очень многие думают, что самое сложное в педальном генераторе — это электрические схемы подключения генератора, но на самом деле схемы управления генератором простые.
При разработке электрической схемы важно исключить возможность неправильного подключения аккумулятора, при котором мгновенно повреждается автомобильный генератор. На всех наших педальных генераторах и солнечных панелях мы используем полярные штекеры и сокеты, подключающиеся одним и тем же способом. Другая важная деталь — предохранитель правильного номинала, близко расположенный к положительной клемме аккумулятора, который перегорает раньше, чем сгорят провода
В идеальном случае электропроводка от генератора к аккумулятору должна быть рассчитана не меньше, чем на 20 Ампер, иметь сечение от 2.5 мм2 и защищена предохранителем на 10 А. Старайтесь использовать гибкий кабель. Не пытайтесь использовать кабель со сплошной металлической жилой, так как он всё время гнётся и в какой-то момент сломается, что может привести к удару электрическим током. Вольтметр на руле можно подсоединить с помощью тонкого провода и защитить маленьким предохранителем на один или два ампера
Другая важная деталь — предохранитель правильного номинала, близко расположенный к положительной клемме аккумулятора, который перегорает раньше, чем сгорят провода. В идеальном случае электропроводка от генератора к аккумулятору должна быть рассчитана не меньше, чем на 20 Ампер, иметь сечение от 2.5 мм2 и защищена предохранителем на 10 А. Старайтесь использовать гибкий кабель. Не пытайтесь использовать кабель со сплошной металлической жилой, так как он всё время гнётся и в какой-то момент сломается, что может привести к удару электрическим током. Вольтметр на руле можно подсоединить с помощью тонкого провода и защитить маленьким предохранителем на один или два ампера.
Это самая простая версия принципиальной электрической схемы подключения автомобильного генератора. Вот так выглядит её демонстрационная версия.
В таблице представлен список основных компонентов с шифрами Maplin и Farnell. Maplin прекратили продавать некоторые 25 Вт резисторы, включая используемый в исходной схеме резистор на 0.47 Ом 25 Вт и многие другие компоненты.
| Maplin | Farnell | ||
| 1 | Маленький выключатель (1 А или меньше) | FH00 | 147 — 772 |
| 1 | Большой выключатель (5 А или больше) | JK25 | 140 — 600 |
| 2 | 0.47 Ом 25 Вт резистор | P0.47 (?) | 344 — 941 |
| 1 | Лампочка 24 В 3 Вт | WL82 | 328 — 388 |
| 1 | Патрон | JX87 или RX86 | 140 — 259 |
Возможно вам самостоятельно придется подобрать лампочку, чтобы она соответствовала генератору. Если лампочка включается на слишком низких оборотах, то потребуется лампочка, работающая на низком токе. В принципиальной схеме отсутствуют критически важные компоненты, так что можно использовать даже бывшие в употреблении лампочки. Люди, хорошо разбирающиеся в электротехнике, могут заметить, что значение 25 Вт для резистора слишком завышено. Это сделано на случай протекания очень высоких токов в аварийных ситуациях до момента сгорания предохранителя. Если планируется использовать генератор для публичных демонстраций, то в целях обеспечения дополнительной безопасности неплохо будет прикрепить его к металлической плите или радиатору. К тому же радиатор производит впечатление — с ним генератор кажется более мощным.
Создание постоянного тока
В генераторе, продуцирующем постоянный ток, проводящий контур вращается в пространстве магнитной насыщенности. Причем за определенный момент вращения каждая половина контура оказывается вблизи того или иного полюсника. Заряд в проводнике за этот полуоборот движется в одном направлении.
Чтобы получить съем частиц, сделан механизм отвода энергии. Его особенность в том, что каждая половина обмотки (рамки) соединена с токопроводящим полукольцом. Полукольца между собой не замкнуты, а закреплены на диэлектрическом материале. За период, когда одна часть обмотки начинает проходить определенный полюс, полукольцо замыкается в электрическую схему щеточными контактными группами. Получается, на каждую клемму приходит только одного вида потенциал.
Правильнее назвать энергию не постоянной, а пульсирующей, с неизменной полярностью. Пульсация вызвана тем, что магнитный поток на проводник при вращении оказывает как максимальное, так и минимальное влияние. Чтобы эту пульсацию выровнять, применяют несколько обмоток на роторе и мощные конденсаторы на входе схемы. Для уменьшения потерь магнитного потока зазор между якорем и статором делают минимальным.
Область применения
Применяют синхронные агрегаты как источники электроэнергии переменного тока: используют на мощных тепло-, гидро- и атомных станциях, на передвижных электрических станциях, транспортных системах (машинах, самолетах, тепловозах). Синхронный агрегат способен работать автономно – генератором, который питает подключаемую к ней какую-либо нагрузку, либо параллельно с сетью — в нее подключены иные генераторы.
Синхронный агрегат может включать устройства в тех местах, где нет центрального питания электрических сетей. Данные приборы можно применять в фермерских хозяйствах, которые расположены далеко от населенных пунктов.