Как работает генератор в автомобиле

Этот значок — контрольный индикатор отсутствия зарядки аккумулятора — загорается при напряжении ниже 12,8 В, то есть когда генератор не работает, а автомобильная электросеть питается только от аккумулятора.

Не всегда это означает, что генератор вышел из строя. Например, в исправном автомобиле этот индикатор загорается, когда двигатель не работает и водитель включает зажигание, и гаснет, как только мотор запускается и начинает крутить генератор.

Но если индикатор загорается при работающем двигателе, есть повод насторожиться: генератор либо не вращается, либо неисправен. При этом все бортовые системы автомобиля — от зажигания до аудиосистемы — питаются от аккумулятора, и машина будет работать лишь до тех пор, пока батарея полностью не разрядится. Поэтому ехать с горящим индикатором желательно сразу в сервис, чтобы потом не доставлять туда машину на эвакуаторе.

Рассказываем, как работает генератор, как он ломается и что можно сделать, если это случилось.

Автомобильный генератор — устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. Он стоит под капотом и приводится в действие от двигателя с помощью поликлинового ремня. Когда работает двигатель — работает и генератор. Он снабжает электроэнергией все, что работает в машине от электричества: электронные блоки управления, осветительные приборы, катушки зажигания, усилитель рулевого управления, если он электрический, аудиосистему и многое другое. А еще заряжает аккумулятор.

В автомобилях с системой «мягкий гибрид» генератор выполняет функции стартера. Двигатель запускается почти бесшумно, а система «старт-стоп» не доставляет дискомфорта в пробках и на светофорах.

Ротор — вращающийся элемент, вал с двумя стальными сердечниками полюсов, между которыми расположена обмотка возбуждения. Ее концы выходят на медные или стальные контактные кольца, по которым ток поступает с регулятора напряжения на катушку возбуждения.

Статор — неподвижный элемент. Состоит из сердечника, набранного из металлических пластин, на которые навиты медные якорные обмотки. Типовой генератор современного легкового автомобиля — трехфазный синхронный переменного тока. В его статоре 36 пластин сердечника и три обмотки, соединенные схемой «звезда» — с четырьмя выводами.

Диодный мост, он же выпрямительный блок, — схема, которая преобразует переменный ток в постоянный. Именно постоянным током заряжается аккумулятор и питаются все автомобильные потребители. Мост состоит из набора силовых диодов, обычно запрессованных в массивные теплоотводящие пластины радиатора. Для питания обмотки возбуждения обычно используется отдельный каскад выпрямителя.

Регулятор напряжения. Полупроводниковая схема, которая регулирует ток в обмотке возбуждения ротора, поддерживая стабильное выходное напряжение независимо от мощности подключенных потребителей и частоты вращения ротора. При включении «прожорливых» устройств — обогрева стекол, фар, подогрева сидений — регулятор увеличивает ток в обмотке возбуждения. Он также обеспечивает условия для правильной зарядки аккумулятора: увеличивает напряжение в бортовой сети при низкой температуре воздуха зимой и уменьшает — при высокой летом. Это позволяет оптимизировать зарядку батареи, предупреждая ее перезаряд и перегрев.

Щеточный узел. Пластиковый фиксатор с графитовыми подпружиненными щетками, которые касаются контактных — токосъемных — колец на валу ротора. Часто этот узел выполняют в одном корпусе с регулятором напряжения. Это позволяет не менять генератор каждый раз, когда стираются щетки или выходит из строя регулятор: проще заказать и поменять деталь.

Корпус обычно сделан из алюминиевого сплава. Он состоит из задней и передней крышки. Со стороны задней крышки устанавливают диодный мост, регулятор напряжения и щетки генератора, а к передней крепят статор. Также в каждой крышке есть подшипники для свободного вращения ротора.

Привод, или шкив, — не часть генератора, но элемент, соединяющий ротор генератора с коленчатым валом двигателя через клиновый ремень. Диаметр шкива напрямую влияет на скорость вращения генератора: чем он меньше, тем быстрее вращается. Чтобы вращение передавалось без рывков, на шкив ставится обгонная муфта.

По конструкции генератор идентичен синхронному электродвигателю переменного тока, который работает за счет электромагнитной индукции. Различие только в основном назначении: генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а электродвигатель — наоборот.

Любой генератор может работать как электродвигатель, а любой электродвигатель — как генератор. Поэтому в «мягких гибридах» генератор выполняет роль в том числе стартера.

Разберем, как работает электрогенератор:

1. Когда двигатель вращается, крутящий момент с коленвала передается через ремень на шкив генератора.
2. Шкив вращает ротор. Ток, протекающий через обмотку возбуждения ротора, создает постоянное магнитное поле — ротор как бы превращается во вращающийся постоянный магнит. Вращающееся магнитное поле за счет электромагнитной индукции создает в обмотках статора электродвижущую силу — электрическое напряжение.
3. Выпрямитель преобразует трехфазный переменный ток, который снимается с обмоток статора генератора, в постоянный.
4. Регулятор контролирует ток возбуждения ротора и тем самым поддерживает напряжение бортовой сети на уровне 13—13,5 В летом и 14—14,5 В зимой: при разной температуре аккумулятор требует разного напряжения зарядки.

Номинальное напряжение для легковых авто — 12 В, для мототехники — 6—12 В, для грузовиков и спецтехники — от 24 В. Напряжение генератора должно соответствовать стандарту напряжения бортовой сети: 6, 12 или 24 В.

Номинальный ток — сила тока, при которой генератор работает в оптимальном тепловом режиме, а его обмотки не перегреваются. Для каждого автомобиля номинальный ток рассчитывается исходя из мощности всех энергопотребителей. Обычно на легковые авто устанавливают генераторы с током от 60 до 140 А.

Если установить в машину мощный сабвуфер, стекла с обогревом или дополнительное освещение, штатный генератор может не справиться — придется ставить более мощный. Отбор мощности от двигателя на электропитание увеличится, но потеря мощности «на колесах» составит 2—3 л. с., что для современных авто от 80—100 л. с. не выглядит существенным.

Точно рассчитать номинальный ток нового генератора помогут в сервисном центре, но обычно хватает модели с током на 30—50 А больше.

Номинальная частота вращения — частота вращения ротора, при которой генератор способен выработать номинальный ток. Обычно это значение принимают за 5000 или 6000 оборотов в минуту.

Частота самовозбуждения — частота вращения ротора, при которой генератор выходит «на самообеспечение», то есть дает минимальный ток, способный питать обмотку возбуждения. Она должна быть меньше, чем скорость вращения генератора при работе двигателя на холостом ходу, чтобы даже в этом режиме не разряжать аккумулятор.

Коэффициент полезного действия — отображает эффективность конвертации механической энергии в электрическую. Стандартный КПД генераторов — 60—80%.

Обрыв приводного ремня можно исправить относительно быстро, если есть запасной. Чтобы заменить ремень, достаточно ослабить натяжитель. Обычно ремень меняют каждые 80 000—100 000 км, к этому пробегу он стирается и растягивается, из-за чего может слететь или порваться.

Выход из строя регулятора напряжения. Возможные причины:

1. Короткое замыкание в цепи возбуждения, в том числе между витками обмотки возбуждения генератора. В последнем случае замена регулятора не поможет — придется разбираться и с генератором.
2. Пробило диоды выпрямителя.
3. Подключали аккумулятор и нарушили полярность.
4. Щетки разрушились.
5. Внутрь корпуса регулятора попала влага.

Генератор может отключиться от бортовой сети, тогда все потребители перейдут на питание от аккумулятора. Напряжение при этом падает ниже 12,8 В, а на панели загорается красный индикатор отсутствия зарядки.

В некоторых случаях напряжение в бортовой сети может подняться выше 15 В, тогда контрольный индикатор не загорится. Аккумулятор будет перезаряжаться, электронные системы начнут вести себя неадекватно, могут перегореть лампы и предохранители.

Сам регулятор ставят у задней крышки генератора, обычно его несложно заменить, если он выйдет из строя.

Износ щеток и/или токосъемных колец — и то и другое попросту стирается. В современных автомобильных генераторах щеточный узел стоит в корпусе регулятора напряжения. Поэтому в большинстве случаев достаточно заменить регулятор напряжения, хотя иногда конструкция позволяет заменить щетки отдельно.

С токосъемными кольцами сложнее: чтобы их заменить, придется разбирать корпус генератора, а для этого — отпаивать концы обмотки от диодного моста. Сделать это человеку без опыта довольно сложно.

Осматривать щетки и токосъемные кольца стоит каждые три-четыре года или 100 000 км пробега, а также перед любой дальней поездкой.

Повреждение корпуса. На некоторых машинах генератор устанавливают близко к днищу, и наезд на высокое препятствие может повредить его корпус. Для авто с такой особенностью помимо защиты картера дополнительно выпускают защиту генератора, иногда ее нужно докупать отдельно.

Износ подшипников. Проблема диагностируется шумом или свистом подшипников, в запущенных случаях ротор может заклинить. Менять их самостоятельно хлопотно, лучше обратиться в сервис. Подшипники могут зашуметь при пробеге 120 000—150 000 км или раньше, если на автомобиле не стоит защита двигателя — хотя бы пластиковая, от пыли и грязи.

Обрыв или оплавление обмотки возбуждения или контактных колец. Чаще всего это происходит из-за люфта подшипников. Ротор может тереться о неподвижные детали статора. В редких случаях проблема возникает из-за грязи в вентиляционных отверстиях корпуса: генератор охлаждается плохо, обмотка оплавляется.

Обмотку проверяют мультиметром в режиме сопротивления. У исправной обмотки оно должно быть 2—5 Ом. Меньшее значение указывает на замыкание между витками, обычно дело в разрушенном слое изоляции. Более высокое сопротивление говорит об обрыве или плохом контакте.

Пробой выпрямителя — диодного моста. Обычно мост выгорает при скачке напряжения: например, когда машину подключают проводами к другой машине, чтобы запустить. Или когда отключают аккумулятор от бортовой сети при работающем моторе, чтобы проверить генератор «народным методом». Мы не рекомендуем так делать. Аккумулятор сглаживает скачки напряжения, а если его отключить, может сгореть что угодно: например, регулятор напряжения или блок управления двигателем.

Еще диоды может пробить, если перепутать полярность при установке аккумулятора.

Проблемы с проводкой. Контакты могут прогореть или закиснуть, а проводка — оборваться. Поэтому стоит проверить все соединения. Проблема чаще проявляется на авто с большим пробегом или если под капот попало много воды — например, когда мыли подкапотное пространство.

Для ремонта генераторов есть профильные сервисы. Там ремонтируют и восстанавливают генераторы: перематывают обмотки, меняют диодные мосты, регуляторы, щетки, токосъемные кольца, подшипники и так далее. Генератор подбирают как любую другую запчасть: ищут по VIN в оригинальном каталоге.

1. Генератор обеспечивает автомобиль энергией после запуска двигателя.
2. Если в дороге загорелся красный значок АКБ, лучше сразу остановиться и заглянуть под капот. Порвался или соскочил ремень генератора — вызывайте эвакуатор. Ремень на месте — можно выключить ближний свет, музыку, кондиционер и рискнуть добраться до сервиса своим ходом. Но лучше все-таки вызвать эвакуатор.
3. На легковые автомобили обычно устанавливают трехфазные генераторы переменного тока на 12 В. Конструкция и принцип действия схожи — для замены нужно будет подобрать генератор нужной мощности, габаритов и расположения крепежа.
4. При желании на автомобиль можно поставить генератор большей мощности. Это пригодится при установке дополнительных электропотребителей: акустики или электрообогрева.