Автомобильный генератор
Автомобильные генераторы преобразуют механическую энергию двигателя в электрическую энергию, и используются для питания электрических потребителей, для заряда аккумуляторной батареи при работающем двигателе внутреннего сгорания, на средних и больших частоте оборотах вращения коленчатого вала.
Генератор обеспечивает питанием электропотребителей, включенных в бортовую сеть автомобиля, и заряжает его аккумуляторную батарею при работающем двигателе. Даже на холостом ходу двигателя генератор должен развивать мощность, достаточную для электропитания наиболее важных потребителей.
Устройство автомобильного генератора 
1. Шкив – служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора посредством ремня;
2. Корпус генератора состоит из двух крышек: передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования;
3. Ротор - стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками клювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами;
4. Статор - пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора;
5. Сборка с выпрямительными диодами - объединяет шесть мощных диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы;
6. Регулятор напряжения - устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды;
7. Щеточный узел – обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины; представляет собой два скользящих контакта;
8. Защитная крышка диодного модуля.
РОТОР
Ротор - вращающаяся часть генератора.
Ротор - стальной вал 1 с расположенными на нем двумя стальными втулками клювообразной формы 2.
Ротор генератора: 1. вал ротора; 2. полюса ротора; 3. обмотка возбуждения;
4. контактные кольца.
Между ними находится обмотка возбуждения 3, выводы которой соединены с контактными кольцами 4. Ротор является источником переменного магнитного поля. Полюсная система ротора имеет остаточный магнитный поток, который присутствует даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Однако его значение невелико и способно обеспечить самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому, для первоначального намагничивания ротора через его обмотку пропускают небольшой ток от аккумуляторной батареи.
Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, чтобы генератор мог возбудиться уже на холостых оборотах двигателя. После того, как напряжение на обмотках статора достигает рабочей величины, питание обмотки возбуждения осуществляется от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении;
СТАТОР
Статор – неподвижная часть генератора.
Статор генератора: 1. обмотка статора; 2. выводы обмоток;
3. магнитопровод.
Обмотка статора трехфазная. Она состоит из трех отдельных обмоток, называемых обмотками фаз или просто фазами, намотанных по определенной технологии на магнитопровод. Напряжение и токи в обмотках смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов, как это показано на рисунке.
Фазовые обмотки могут соединяться в "звезду" или "треугольник".
Виды соединения обмоток: 1. «звездой»; 2. «треугольником».
При соединении в "треугольник" ток в каждой из обмоток в 1,7 раза меньше тока, отдаваемого генератором. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках при соединении в "треугольник" значительно меньше, чем у "звезды". Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в "треугольник", т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Более тонкий провод можно применять и при соединении типа "звезда". В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в "звезду", т. е. получается "двойная звезда".
Для того, чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился непосредственно к обмотке статора и не рассеивался в пространстве, катушки помещены в пазы стальной конструкции - магнитопровода. Так как переменное магнитное поле наводится не только в катушках, но и в магнитопроводе статора, то это приводит к возникновению паразитных вихревых токов, которые ведут к потере мощности и нагревают статор. Для уменьшения проявления этого эффекта магнитопровод изготавливают из набора стальных пластин (пакета железа).
Блок выпрямителей (диодный мост) – предназначены для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий; представляют собой конструкцию из нескольких диодов.
Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом "+" генератора, а другие три с выводом "—" ("массой"). Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. Следует обратить внимание на то, что под термином "выпрямительный диод" не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.
Сборка с выпрямительными диодами: 1. силовые диоды; 2. дополнительные диоды;
3. теплоотвод.
Регулятор напряжения
Напряжение генератора без регулятора сильно зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки — тем меньше это напряжение. Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения.
Принцип работы автомобильного генератора
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 электрическое напряжение, пропорциональное скорости изменения магнитного потока. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются источник переменного магнитного поля и катушка, с которой непосредственно будет сниматься переменное напряжение.
В начале работы, для возбуждения генератора, обмотка возбуждения питается от энергии аккумулятора постоянным током, создавая электромагнитное поле. Когда ротор крутится, под катушкой статора меняются попеременно северный и южный полюса ротора. Магнитный поток, пронизывает обмотки статора, изменяет свое направление и величину, индуцируя при этом в статорных обмотках ЭДС, изменяющуюся по величине и направлению за время.
Индуцированный трехфазный ток в обмотках статора, подводится к выпрямителю.
Выпрямитель имеет шесть кремниевых диодов, расположенных внутри задней крышки генератора. Выпрямитель предназначен для выпрямления трехфазного переменного тока статора в постоянный ток. На генераторе имеются 2 основных вывода: плюс "+" и "-" (который соединен с "массой внутри генератора"). По мере увеличения оборотов ротора, когда напряжение генератора будет больше напряжения аккумуляторной батареи, катушка возбуждения станет питаться током генератора а не аккумулятора. Напряжение на выводах генератора зависит от скорости вращения ротора, величины магнитного поля и от силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю сеть.
Применение такой конструкции генераторов переменного тока позволяет массу генератора, уменьшить размеры и повысить надежность, при той же мощности по сравнению с генератором постоянного тока.
