Генератор автомобиля: Принцип устройства

Генератор должен снабжать систему электрооборудования автомобиля достаточным током при всех рабочих условиях для поддержания заряженного источника накопления электрической энергии (например, аккумулятора) на адекватном уровне. Скоростной режим генератора и токоскоростная характеристика должны выбираться в целях обеспечения того, чтобы количество тока, вырабатываемого генератором, было достаточным для потребления всеми электрическими устройствами.

Генератор вырабатывает переменный электрический ток, в то время, как для зарядки аккумуляторной батареи и работы электрического оборудования требуется постоянный.

Поэтому основными требованиями являются:
- подача постоянного тока для электрического оборудования системы;
- обеспечение дополнительных резервов по мощности для обеспечения заряда аккумуляторной батареи даже при постоянно включенной нагрузке от непрерывно эксплуатируемых электрических устройств;
- поддержание постоянного напряжения генератора в полном диапазоне скорости вращения и нагрузки;
- прочность конструкции, небольшая масса, компактные размеры и продолжительный срок эксплуатации;
- минимальный шум;
- высокий к.п.д.

Генератор вместе с элементами контроля работоспособности и защиты от возможных аварийных режимов, образуют систему электроснабжения автомобиля. Даже на холостом ходу двигателя генератор должен развивать мощность, достаточную для электропитания наиболее важных потребителей. В мировой практике генераторные установки на холостом ходу двигателя развивают 40-50% от номинальной мощности. Напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузок. Стабильность напряжения, обеспечиваемая работой регулятора, является непременным условием надежной работы аккумуляторной батареи и других электропотребителей.

Превышение напряжения сверх допустимых пределов служит причиной перезаряда аккумуляторной батареи с последующим выходом ее из строя, пониженное напряжение вызывает недозаряд батареи. Увеличение напряжения на 10% сверх номинального снижает срок службы ламп примерно на 50%. Генераторы рассчитаны на номинальное напряжение 14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем.
Конструктивные факторы генератора

Частота вращения генератора
Эффективность работы генератора (удельная мощность выражается как отношение генерируемой энергии к массе) увеличивается при увеличении частоты вращения, что предполагает использование максимально высокого передаточного отношения между генератором и коленчатым валом двигателя. Но при этом должны приниматься во внимание и другие факторы: возрастающие центробежные силы при высоких частотах вращения генератора; шум от генератора и вентилятора; влияние высокой частоты вращения на продолжительность эксплуатации подверженных износу компонентов (подшипники, коллекторные кольца, угольные щетки); влияние инерционных сил, передаваемых генератором на коленчатый вал и сопутствующие напряжения в ременной передаче. Типичные передаточные отношения находятся в пределах 1:2-1:3; отношения до 1:5 используются для грузовых автомобилей большой грузоподъемности универсального назначения.

Температура
Потери, которыми сопровождается преобразование энергии, приводят к высокому нагреву деталей. Эффективность работы вентилятора повышается пропорционально рабочей скорости вращения, а величина тока, начиная с определенной скорости вращения, меняется мало. Поэтому температура нагрева деталей имеет максимум около 4000 мин-1. Высокий нагрев генератора также является результатом излучения тепла от компонентов двигателя и вспомогательных устройств (таких как системы выпуска отработавших газов, турбонагнетатели). Нагрев является наибольшим, когда двигатель работает с высокой частотой вращения коленчатого вала и при высоких нагрузках. Подача охлаждающего воздуха обычно осуществляется из отсека двигателя. Все более широкое распространение получает капсулирование отсека двигателя как мера уменьшения шума с применением отдельного способа подачи свежего воздуха для генератора.

Внешние влияния
В зависимости от схемы установки и характеристики колебаний двигателя на генератор действуют ускорения порядка 500 - 800 м/с2. Такое ускорение подвергает средства установки и компоненты генератора воздействию предельных сил, вынуждая принимать различные контрмеры. Крайне необходимо избегать резонансов.

Другим видом вредного воздействия является коррозия.