Динамо

Предмети:

Загальний
Операція
ротор
Статор
Попереднє збудження, самозбудження та зарядний струм
Регулятор напруги
Динамо з'єднання
Випрямні діоди
Пульсації напруги
Регулятор напруги
Шків вільного ходу
Вентилятор
Відновлення енергії
Можливі дефекти генератора
Перевірка зарядної напруги та зарядного струму

Загальне:
Коли двигун працює, динамо (англійською мовою називається «альтернатор») забезпечує зарядку батареї та живлення споживачів (наприклад, радіо, освітлення тощо). . Багаторемінний ремінь приводить в рух шків генератора, який з’єднаний з салоном на валу. Кінетична енергія перетворюється в електричну енергію (і тепло) в динамо.
Частота обертання двигуна впливає на напругу генератора. Чим швидше двигун обертається, тим швидше обертається шків, що дозволяє генерувати більше енергії. Напруга може бути не надто високою і тому обмежена регулятором напруги.
Про регулятор напруги далі.

У динамо генерується змінна напруга. Напруга постійного струму подається по всій електронній схемі автомобіля. Акумулятор також можна заряджати лише постійним струмом. Змінна напруга перетворюється в постійну за допомогою діодів у діодному мосту. Величина генерованої напруги залежить від:

Швидкість, з якою провідник і магнітне поле розходяться
Довжина обмоток
Сила магнітного поля

Є можливість їздити без генератора. Наприклад, якщо він несправний і більше не подає напругу, ви можете продовжувати рух, поки акумулятор повністю не розрядиться. Звичайно, це не рекомендується, тому що глибокий розряд може призвести до виходу акумулятора з ладу, але автомобіль можна проїхати (невелику відстань) без генератора і без мультиременя (щоб його можна було загнати на причіп для транспортування) .

Операція:
Струм створюється ротором, що обертається в статорі. Ротор — електромагніт; він стає магнітним лише тоді, коли через нього протікає струм. Таким чином, генератор потребує допомоги від акумулятора, перш ніж він зможе почати зарядку. Залишкового магнетизму в генераторі змінного струму недостатньо, щоб електричний струм проходив через діоди.

Струм, який робить ротор магнітним, проходить від батареї через замок запалювання та індикатор струму зарядки до з’єднання D+ генератора. Потім струм тече до ротора. Від ротора струм тече через регулятор на землю. При включенні замка запалювання загоряється індикатор зарядного струму і одночасно відбувається намагнічування генератора. Коли генератор починає заряджатися, індикатор зарядного струму згасне.
Коли генератор заряджається, північний і південний полюси рухаються відносно статора. Це створює змінну напругу в статорі. Після одного оберту магніту напруга, індукована в провіднику, має форму синусоїди, як показано на малюнку.

Оскільки це змінна напруга і всі споживачі в автомобілі працюють лише від постійної напруги, випрямлення все одно має відбутися. Діоди забезпечують перетворення змінної напруги в постійну.
Зарядна напруга і зарядний струм також повинні бути обмежені; Коли двигун працює на високих обертах і мало споживачів увімкнено, генератор змінного струму потрібно заряджати дуже мало. Коли ввімкнено більше споживачів, генератор змінного струму повинен видавати більший зарядний струм. При повному навантаженні це може становити від 75 до 120 ампер (залежно від типу автомобіля). Як все це працює, описано в розділах нижче.

Ротор:
Ротор не постійний магніт, а електромагніт. Пропускаючи струм через ротор, він стає магнітним і може генеруватися змінна напруга. Виробленою напругою можна керувати, збільшуючи або зменшуючи струм ротора. Це робота регулятора напруги.
Ротор має полюсні кігті (північний і південний полюси). Кожна половина з полюсними кігтями зазвичай складається з 6 або 7 полюсів. Інша половина складається з такої ж кількості полюсів, тому є 6 або 7 північних полюсів і 6 або 7 південних полюсів. Тоді ми говоримо про 12 або 14 пар полюсів. Кількість пар полюсів впливає на напругу, що генерується в статорі.

Магнітне поле в генераторі створюється, коли на ротор подається напруга. Це відбувається вже при включенні запалювання автомобіля. Для живлення ротора через обмотки збудження пропускається струм збудження. Цей струм надходить від батареї та передається на обмотки збудження через контактні кільця та вугільні щітки. Він проходить від північного до південного полюса, тому що одне контактне кільце з’єднане з північним полюсом, а інше – з південним.

Після зняття ротора його можна виміряти, щоб перевірити наявність дефектів. Опір ротора часто становить близько 3 Ом. Для отримання точного значення зверніться до заводських даних.

статор:
Майже у всіх автомобілях використовується трифазний генератор. Це означає, що генератор змінного струму складається з трьох котушок статора, які з’єднані з одним сердечником статора та ротором. Кожна котушка статора виробляє власну генеровану змінну напругу. Оскільки всі котушки статора встановлені під кутом 120 градусів одна до одної, генерована напруга також зсувається по фазі на 120 градусів. Ці напруги випрямляються трьома негативними і трьома позитивними діодами (тому всього шість діодів).

Сердечник статора складається з пластин, відокремлених одна від одної ізоляційним матеріалом. Сердечник статора посилює магнітне поле в генераторі змінного струму і таким чином збільшує вироблену напругу. Котушки статора можна з'єднати двома способами; за допомогою трикутного з’єднання (розпізнається за з’єднаннями 3×2) та з’єднання зіркою (4 з’єднання, з яких 3 є вільними з’єднаннями та одне з’єднання, де 3 кінці котушок з’єднані один з одним. З’єднання у зірку є найбільш поширеним , тому що це дозволяє швидше досягти високої напруги З’єднання «трикутник» використовується для динамо-машин, які повинні постачати велику потужність.
У момент контакту котушки статора з сердечником статора (замикання на землю) або якщо одна з котушок обривається (розрив дроту), статор більше не працює належним чином. За допомогою мультиметра можна перевірити, чи немає замикання на землю або обриву дроту. За однієї умови; котушки статора повинні бути відключені; обидва кінці не повинні торкатися інших компонентів. Часто достатньо відпаювання. Опір котушок має бути дуже малим; приблизно 0,05 Ом. Опір між котушками статора і осердям статора має бути нескінченно великим. Якщо є опір (якщо він надзвичайно високий), то зв’язок є.

На зображенні нижче показано розібрані статор і ротор. Насправді ротор обертається в статорі і вони просто не торкаються один одного.

Струм попереднього збудження, самозбудження та заряду:

Попередня потужність:
Двигун зупинений, індикатор горить. Струм попереднього збудження йде на землю через акумулятор, замок запалювання, ротор і контролер. Це можливо тому, що стабілітрон у регуляторі напруги відключається, а базовий струм T1 стає провідним, оскільки T2 перестає проводити.

Саморозвиток:
Коли двигун запускається, ротор робиться достатньо магнітним, щоб перейти в режим самозбудження. Потім струм самозбудження проходить через випрямні діоди (мінус) до котушки статора, потім через польові діоди до ротора і через регулятор до землі.

Струм зарядки:
Змінна напруга генерується в котушці статора, оскільки ротор обертається через неї. Зелена лінія позначає шлях течії струму від котушки статора V. Струм випрямляється випрямним діодом (зі змінної напруги на постійну напругу) і йде через з’єднання B+ до батареї та споживачів.

Зарядний струм, який надходить до акумулятора та споживачів через з’єднання B+ генератора змінного струму, забезпечує повне електропостачання автомобіля. Коли двигун вимкнено, генератор змінного струму не подає електроенергію. Тому всі споживачі будуть використовувати живлення від батареї.
Під час роботи двигуна генератор змінного струму повинен мати достатню потужність для живлення всіх споживачів. Коли двигун працює, живлення від батареї ніколи не використовуватиметься. Зарядний струм генератора змінного струму залежить від кількості споживачів і стану заряду акумулятора. Максимальний зарядний струм вказано на генераторі (зазвичай від 60 до 90 А).

Зарядну напругу генератора змінного струму можна легко перевірити, якщо є сумніви щодо того, чи заряджається генератор належним чином. Вимірявши позитивний і негативний полюси батареї за допомогою вимірювача напруги (мультиметра) під час роботи двигуна (напруга від генератора безпосередньо залежить від цього), ви можете перевірити, чи генератор заряджається належним чином:

Якщо напруга близько 14,2 вольт під час роботи двигуна, генератор змінного струму працює належним чином
Якщо напруга 13,8 вольт, батарея майже повна і споживачі відключені. Генератор змінного струму не повинен подавати велику напругу, тому цього не робить. Напруга зарядки цілком нормальна
Якщо напруга 12,4 вольт або нижче, ви знаєте, що генератор змінного струму не заряджається належним чином. Це напруга, яку також має повний акумулятор. Отже, є проблема з генератором.
Якщо напруга нижче 12,4 вольт, генератор більше не заряджатиметься. Акумулятор буде продовжувати розряджатися, поки напруга не досягне 8 вольт. Тоді двигун заглохне і більше нічого не працюватиме.

В останньому випадку, тобто коли генератор більше не заряджається, ви можете замінити генератор. Це часто дуже дорого, і дешевше шукати відремонтований генератор. Є багато компаній з капітального ремонту, які повністю розбирають генератор і роблять його знову як новий. Це може заощадити (більше) ніж половину нової ціни.
Завжди переконайтеся, що під час заміни генератора ви від’єднуєте мінусову клему від акумулятора! Якщо ви не зробите цього і з’єднання B+ (яке ви знімете з генератора) торкнеться кузова або металевого блоку двигуна, ви отримаєте іскри через коротке замикання. Дорогі електронні блоки управління можуть вийти з ладу.

Регулятор напруги:
Коли напруга підвищується вище регульованої напруги, стабілітрон (на схемі вище) включається, змушуючи базу T1 з'єднуватися з землею T2. T1 відключається, магнітне поле зникає, що призводить до падіння напруги генератора.
Це призводить до збою струму ротора, через що генератор змінного струму не заряджається протягом короткого часу. Напруга регулюється безперервним увімкненням і вимкненням T1.

На малюнку показано незакріплений ротор із слабко притиснутим до нього регулятором напруги. Регулятор напруги встановлений між з’єднаннями D+ і DF генератора змінного струму і переміщує вугільні щітки над ротором. При включенні споживача (наприклад, освітлення) зарядний струм короткочасно падає з 14,4 до 13,8 вольт. Регулятор напруги поглинає це і швидко регулює напругу вище до 14,4 вольт.

Нижче ви можете побачити 2 зображення, які були виміряні на з’єднанні DF генератора. Ці сигнали передаються на блок керування двигуном. Щоб було зрозуміло, ротор є магнітним на нижній частині обох зображень.

Сигнал на графіку вимірювався, коли мало або взагалі не було включено споживачів. Тому ротор є мінімально магнітним. Робочий цикл тут становить приблизно 10%.

Сигнал на графіку нижче було виміряно, коли багато споживачів були увімкнені. Тут ротор живиться набагато більше, щоб досягти зарядного струму 14,4 В. Робочий цикл тут становить приблизно 50%.

Динамо з'єднання:

B+ йде на батарею; Через нього проходять зарядна напруга та зарядний струм.
D+ — керуюча напруга ротора для регулювання напруги генератора.
D- маса генератора.
W - з'єднання, яке раніше використовувалося для тахометрів старих дизельних двигунів. Нині його вже не існує.
DF або LIN є можливим з’єднанням для керування збудженням ротора від системи керування двигуном.

Випрямні діоди:
Генератор забезпечує змінну напругу, але оскільки в автомобілі використовується лише постійна напруга, змінну напругу (AC) необхідно перетворити на постійну напругу (DC). Це робиться за допомогою випрямних діодів. Діоди пропускати струм тільки в одному напрямку. Позитивна частина змінного струму використовується, негативна частина втрачається.

На зображенні діодний міст у розібраному вигляді. Червоний вимірювальний штифт вказує на один із трьох міні-діодів.
Позитивні діоди знаходяться з іншого боку діодного моста. Шпилька - це з'єднання B+, на якому кріпиться товстий кабель, що йде до акумулятора.

Це принцип роботи однофазного генератора. На зображенні вище (праворуч) видно, що фаза постійно обривається, якийсь час немає напруги, а потім знову фаза. Таким чином, напруга не генерується в частині між фазами. Щоб запобігти цьому, в трифазних генераторах змінного струму використовують з’єднання зіркою і трикутником. Це дає наведений нижче результат.
На зображенні нижче показано 3 різні кольори; чорний, червоний і синій. Це все окремі фази. На зображенні видно, що між, наприклад, чорними фазами є багато простору. Цей простір перекривається шляхом з’єднання інших фаз. Це створює поступове живлення.

Пульсації напруги:
Після випрямлення напруги випрямними діодами завжди залишається невелика пульсація. Сигнал ніколи не буває рівним і рівним. Пульсації напруги ніколи не повинні перевищувати 500 мВ, оскільки це може призвести до несправностей або дефектів електроніки автомобіля.
На зображенні показано зображення прицілу, яке було виміряно на акумуляторі. Це зображення буде змінюватися при зміні обертів двигуна або при включенні споживачів.

Регулятор напруги:
Регулятор напруги вмикає і вимикає магнітне поле, вмикаючи і вимикаючи струм через ротор. Регулятор напруги забезпечує постійність зарядної напруги (від 13,2 до 14,6 вольт). Рівень зарядної напруги залежить, серед іншого, від швидкості. Чим швидше обертається колінчастий вал, тим швидше буде обертатися ротор. Якщо напругу не регулювати, вона може піднятися до 30 вольт на високій швидкості. Цьому перешкоджає регулятор напруги. На зображенні показаний окремий регулятор напруги. У більшості випадків це видимо прикріплено до генератора.

Генерована напруга залежить не тільки від швидкості двигуна, а й від числа обертів статора і сили магнітного поля ротора. Кількість обертів статора визначається при проектуванні генератора, але напруженість магнітного поля ротора можна контролювати. Це можна зменшити, швидко вимкнувши та ввімкнувши ротор. Якщо напруга стає високою, ротор вимикається. Якщо напруга занадто низька, ротор включається знову. Роблячи це дуже швидко поспіль, створюється середня напруженість поля. Таким чином, зарядна напруга залишається постійною, наскільки це можливо.

Коли напруга на плюсовій клемі генератора змінного струму (D+) нижча за напругу налаштування, струм тече від D+ через ротор до D- (негативна клема), і в генераторі змінного струму генерується напруга. Згенерована напруга знову встановлюється на D+. Коли напруга на D+ вища за напругу налаштування, досягається напруга Зенера (див. зображення нижче), що викликає увімкнення транзистора T2. Тоді транзистор T1 не проводить, тому через ротор більше не може протікати струм. При цьому магнітне поле вимикається, тому зарядна напруга падає. Ця напруга продовжує падати, поки напруга Зенера більше не буде досягнута. Згодом транзистор T2 відключиться, а T1 знову почне проводити. Цей цикл постійно повторюється.

Шків вільного ходу:
Сьогодні багато генераторів змінного струму оснащені обгінним шківом (див. зображення нижче). Ці шківи можна рухати лише в одному напрямку. Коли багаторебристий ремінь знімається зі шківа та повертається шків вручну, ви помітите, що внутрішня частина генератора змінного струму обертається лише в одному напрямку та залишається нерухомою в іншому напрямку. Ця система призначена для захисту мультиременя. Коли двигун працює на високих обертах і педаль газу відразу відпускається, оберти двигуна швидко падають. Потужне динамо може сповільнюватися дещо менш швидко. Ця швидкість падає повільніше, ніж швидкість двигуна. Результатом цього є те, що мультиремінь піддається більшому навантаженню і, в гіршому випадку, розрізається навпіл, тому що мультіремінь повинен гальмувати генератор. Зі шківом вільного ходу генератор рухатиметься під час прискорення, але працюватиме зі своєю власною швидкістю під час уповільнення.

Шків кріпиться за допомогою різьби на валу ротора (див. зображення вище). Зовнішня частина шківа веде лише внутрішню частину в одному напрямку обертання. Блокуючий пристрій забезпечує притискання внутрішньої частини до зовнішньої. Після цього весь шків буде заблоковано, так що генератор змінного струму приводиться в рух мультипасом. Коли ви відпускаєте педаль акселератора, внутрішня частина обертається з більшою швидкістю, ніж зовнішня; швидкість двигуна впала швидше, ніж швидкість ротора. Тоді блокуючий пристрій не працює, а це означає, що шарикопідшипники дозволяють ротору мати швидкість, відмінну від швидкості колінчастого вала.

На зображенні показано генератор змінного струму, оснащений обгінним шківом.

Вентилятор:
Генератор змінного струму нагрівається, коли він повинен постачати енергію. Щоб він не перегрівся, його необхідно охолодити. Внутрішній вентилятор генератора забезпечує охолодження. В даний час також існують генератори, які підключаються до системи охолодження двигуна. Охолоджуюча рідина забезпечує охолодження.

Відновлення енергії:
Якщо генератор змінного струму заряджається на максимальній потужності (з увімкненими багатьма споживачами), спостерігатиметься додаткова витрата палива. Це тому, що генератор змінного струму обертатиметься сильніше, тому що магнітне поле в статорі буде більше. Магнітне поле призведе до того, що ротор обертатиметься сильніше, і колінчастому валу доведеться сильніше тягнути мультиремінь, щоб рухати його. Нині виробники автомобілів знайшли для цього зручне рішення. Генератор завжди заряджається, але не просто заряджається до максимальної ємності під час руху (якщо акумулятор дійсно не розряджений). Максимальна підзарядка відбувається, коли автомобіль гальмує двигуном. Отже, коли водій знімає ногу з педалі газу та дозволяє автомобілю рухатися накатом (наприклад, на світлофорі чи на виїзді з автомагістралі). У цей момент автомобіль не споживає палива, а кінетична енергія (енергія руху) автомобіля забезпечує продовження котіння. Акумулятор повністю заряджений до повторного натискання на педаль газу. У цей момент генератор змінного струму забезпечує стабільність напруги.
Такий спосіб зарядки призводить до зниження витрати палива.

Можливі дефекти генератора:
У генераторі змінного струму може бути ряд типових проблем або дефектів. Технік часто знає, що він або вона може перевірити чи виміряти далі. Нижче наведено кілька типових скарг:

Індикатор зарядного струму горить нормально під час попереднього збудження, але гасне лише тоді, коли двигун працює на вищій швидкості; несправність генератора змінного струму (ймовірно, несправний польовий діод).
Те ж нарікання, що і вище, тільки при роботі двигуна на високих оборотах або при включенні багатьох споживачів ще й горить слабо; несправність генератора змінного струму (ймовірно, несправний діод).
Індикатор зарядного струму під час попереднього збудження горить слабо, але гасне лише при роботі двигуна на підвищених обертах; (ймовірно, несправність генератора змінного струму або несправність проводки чи її з’єднань).
Індикатор зарядного струму не світиться під час попереднього збудження або коли двигун працює; (несправний генератор змінного струму, погана проводка/з’єднання або несправний індикатор струму заряджання).

Перевірка зарядної напруги та зарядного струму:
Кількість енергії, яку постачає генератор змінного струму, залежить від його потужності та того, що потребують споживачі та увімкнений акумулятор. Наприклад, генератор змінного струму повинен видавати струм 100 А, щоб живити всіх споживачів і одночасно заряджати розряджену батарею. Кількість енергії, що постачається генератором змінного струму, падає майже до нуля, коли батарея повна і жоден споживач не включений. Максимальна потужність генератора часто вказується на заводській табличці або на наклейці на генераторі. Це часто становить від 65 А до 120 А. Це часто відображається так: 14 В 17/85 А. Це означає: регульована напруга (14 В), зарядний струм (17 А) при 1800 об/хв і зарядний струм (85 А) при 6000 об/хв генератора (не швидкість колінчастого вала).

Якщо є дефект генератора змінного струму або кабелю, максимальна потужність може не бути досягнута при максимальному навантаженні. Це можна перевірити, перевіривши зарядний струм. Це можна зробити, навантаживши генератор змінного струму якомога вище за допомогою спеціального тестового обладнання, коли двигун працює, або ввімкнувши якомога більше споживачів (таких як обігрів сидінь, обігрів заднього скла, все освітлення, двигун вентилятора на найвищому значенні). тощо). Значення зарядного струму можна визначити за допомогою a струмові кліщі бути перевіреним. Виміряне значення повинно відповідати значенню, зазначеному на генераторі.
Налаштовану напругу можна перевірити за допомогою мультиметр виміряйте напругу між з’єднанням B+ і землею при підвищеній швидкості двигуна (2000 об/хв). Регульована напруга має становити від 13.8 вольт до 14.5 вольт.
Щоб перевірити правильність проводки, можна виміряти різницю напруги між позитивним полюсом батареї та з’єднанням B+ генератора; напруга повинна бути нижче 0,3 В. Якщо ні, виникла проблема з кабелем або з’єднаннями кабелю.
Якщо ланцюг заземлення поганий, у вас виникнуть проблеми не тільки з системою зарядки, але й з іншими системами. Ланцюг заземлення можна перевірити, запустивши двигун на 2000 об/хв і підключивши вольтметр між мінусовою клемою акумулятора та корпусом генератора. Ця напруга також має бути менше 0,3 В.