45 для чего предназначен выпрямительный блок генератора

Выпрямительные блоки генераторов

В современных генераторах устанавливают выпрямители в виде блоков, соединенных с обмоткой статора генератора. Общим для всех выпрямительных блоков является то, что они собраны по мостовой схеме. На отечественных генераторах применяют выпрямительные блоки двух типов — БПВ и ВБГ. Выпрямительные блоки ВБГ можно встретить только на генераторах устаревших конструкций.

Выпрямительные блоки БПВ (рис. 8) представляют собой две алюминиевые пластины — теплоотводы, соединенные в монолитную конструкцию через изоляционные втулки заклепками. Один теплоотвод соединен с «массой» генератора, другой изолирован от нее и соединен с выводом генератора.

Рис. 8. Выпрямительный блок БПВ: 1 — силовой выпрямитель; 2 — дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения; 3 — крышка генератора; 4 — диод обратной полярности Д104-20Х; 5 — теплоотвод, не изолированный от массы; 6- вывод обмотки статора генератора; 7 — болт крепления блока; 8 — монтажная шина; 9 — диод прямой полярности Д104-20; 10 — теплоотвод, изолированный от массы

Общим для всех блоков БПВ является то, что силовыми выпрямительными элементами в них являются диоды прямой и обратной полярностей, корпуса которых выполнены с учетом запрессовки в теплоотводы. Конструкция этих диодов одинаковая, они взаимозаменяемы, так как у диода прямой полярности (Д104-20) на корпусе расположен катод, а у диода обратной полярности (Д104-20Х) — анод.

Максимально допустимая сила прямого тока через диод — 20 А. Падение напряжения при подключении в прямом направлении при силе тока 20 А не должно превышать 1,4 В. Максимальное обратное напряжение — 150 В, сила обратного тока при максимальном обратном напряжении должна быть не более 5 мА.

В генераторах большой мощности применяют блоки с 12 диодами, соединенными попарно параллельно. Выпрямительные блоки БПВ63-100Т2 пятифазного генератора 955.3701 содержат 10 силовых и 5 маломощных диодов.

Дополнительные выпрямители обмоток возбуждения в блоках БПВ 11-60 и БПВ62-100Т2 выполняются на диодах КД223А, имеющих пластмассовый цилиндрический корпус диаметром 6,2 мм и длиной 9,65 мм и проволочные выводы диаметром 1,2 мм. Диоды размещены в пластмассовой подковке, обрамляющей конструкцию выпрямительных блоков. Некоторые типы выпрямительных блоков дополнительного выпрямителя не имеют.

Сила, тока, протекающего через отдельный диод в мостовой трехфазной схеме, равна силе тока выпрямителя, деленной на число фаз. Поэтому в выпрямительных блоках БПВ8-100, БПВ62-100Т2 генераторов, сила тока которых превышает 60 А, приходится применять 12 диодов, соединенных попарно параллельно. Исключение составляет выпрямительный блок БПВ34-65 генератора 16.3701, в котором, для того чтобы обеспечить повышенную силу тока — 65 А, устанавливают диоды, рассчитанные на большую допустимую силу тока.

В генераторах с выпрямительными блоками БПВ чрезвычайно опасным является короткое замыкание изолированного от ’’массы» теплоотвода блока на крышку случайно попавшими внутрь генератора металлическими предметами. Такое замыкание создает опасность для всей системы электрооборудования автомобиля, так как аккумуляторная батарея оказывается замкнутой накоротко внутри генератора.

Выпрямительный блок типа ВБГ имеет три литых оребренных теплоотвода 1 (рис. 9), закрепленных на пластмассовом основании. В углублениях каждого теплоотвода имеются два герметичных кремниевых р-п перехода, причем один соединен с теплоотводом областью р, а другой — областью п. Выводы этих переходов соединены вместе жесткими шинами, одна из которых, образуя вывод выпрямителя, соединяется при монтаже на генераторе с «массой», а другая — с выводом «+» генератора. Три отверстия 2 в теплоотводах служат для присоединения выводов обмоток фаз статора.

Рис. 9. Выпрямительный блок ВБГ-2А: 1 — теплоотводы с р-п переходами; 2 — отверстие для присоединения вывода обмотки фазы; 3 -шина вывода «+» генератора

Выпрямительный блок ВБГ-2А, установленный на генераторе Г502А, рассчитан на максимальную силу тока 35 А и максимальное обратное напряжение 100 В.

11. Выпрямительные блоки и их схемы

Выпрямительные блоки БПВ представляют собой две алюминиевые пластины — теплоотводы, соединенные в монолитную конструкцию через изоляционные втулки заклепками. Один теплоотвод соединен с «массой» генератора, другой изолирован от нее и соединен с выводом генератора.

Дополнительные выпрямители обмоток возбуждения в блоках БПВ 11-60 и БПВ62-100Т2 выполняются на диодах КД223А. Диоды размещены в пластмассовой подковке, обрамляющей конструкцию выпрямительных блоков. Некоторые типы выпрямительных блоков дополнительного выпрямителя не имеют.

В генераторах с выпрямительными блоками БПВ чрезвычайно опасным является короткое замыкание изолированного от «массы» теплоотвода блока на крышку случайно попавшими внутрь генератора металлическими предметами. Такое замыкание создает опасность для всей системы электрооборудования автомобиля, так как аккумуляторная батарея оказывается замкнутой накоротко внутри генератора.

Выпрямительный блок типа ВБГ имеет три литых оребренных теплоотвода 1 (рис. 9), закрепленных на пластмассовом основании. В углублениях каждого теплоотвода имеются два герметичных кремниевых р-п перехода, причем один соединен с теплоотводом областью р, а другой — областью п. Выводы этих переходов соединены вместе жесткими шинами, одна из которых, образуя вывод»-» выпрямителя, соединяется при монтаже на генераторе с «массой», а другая — с выводом «+» генератора. Три отверстия 2 в теплоотводах служат для присоединения выводов обмоток фаз статора.

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

фото 1

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

постоянного тока;
переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

малая мощность и эффективность;
необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

фото 2

Генератор состоит из следующих основных элементов:

привод со шкивом, подшипниками и валом;
ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
статор с сердечником и обмоткой;
корпус, состоящий из двух крышек;
регулятор напряжения;
выпрямительный блок или диодный мост;
щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

фото 3

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

фото 4

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

фото 5

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

фото 6

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

номинальный ток и номинальное напряжение;
номинальная частота возбуждения;
частота самовозбуждения;
коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

фото 7

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

фото 8

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Так как генератор автомобиля и аккумулятор работают неотъемлемо друг от друга, при неисправности любого из устройств загорится лампа разряда аккумулятора, а также может загореться индикатор “Check Engine”. Проверить состояние аккумулятора и диагностировать неисправность можно с помощью универсального автомобильного сканера Rokodil ScanX Pro.

фото7

На неисправность, связанную с генератором или плохим электрическим соединением в цепи управления часто указывают ошибки P0620 и P0622.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Выпрямительный блок автомобильного генератора

Использование изобретения: относится к электротехнике. Сущность изобретения: выпрямительный блок содержит силовые диоды /1/, установленные на положительной /2/ и отрицательной /3/ шинах. Диоды разнополярных шин /1 и 3/ образуют пару, соединенную перемычкой /4/. Шины закреплены на изоляционной плате /5/. Оси пар диодов перпендикулярны оси платы /5/. Шины могут быть выполнены треугольного сечения. Изобретение улучшает теплообмен. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции выпрямительных блоков автомобильных генераторов переменного тока.

Известны выпрямительные блоки, содержащие полупроводниковые выпрямители, установленные на двух расположенных друг против друга токопроводящих шинах разной полярности [1] Недостатком такой конструкции является сложная технология изготовления.

Упрощение конструкции и технологии достигается в выпрямительном блоке, диоды одной из токоведущих шин которого смещены в радиальном направлении относительно диодов другой шины, а центральные электроды смещенных диодов проходят через отверстие в противолежащей шине [2] Однако расположение диодов в шинах и шин друг относительно друга создают препятствие для прохождения охлаждающего воздуха, теплообмен с окружающей средой затруднен.

Указанные недостатки устранены в предлагаемой конструкции выпрямительного блока, содержащего выпрямительные диоды, установленные на двух разнополярных токоведущих шинах. Шины закреплены на изолированной плате и расположены коаксиально так, что оси пар диодов, принадлежащих разным шинам, перпендикулярны центральной оси изоляционной платы. Для улучшения теплообмена шины выполнены треугольного сечения, а изолированная плата представляет собой плоский круг с тремя парами отверстий, расположенными напротив диодов.

На фиг. 1 и 2 изображен выпрямительный блок в сборе, на фиг. 3, фиг. 4 изоляционная плата.

Выпрямительный блок содержит выпрямительные силовые диоды 1, установленные на положительной 2 и отрицательной 3 шинах так, что диоды разнополярных шин образуют пару, соединенную перемычкой 4. Шины 2 и 3 закреплены на изоляционной плате 5, выполненной в виде круга с центральным отверстием 6, с помощью винтового соединения 7. Оси а-а пар диодов 1 перпендикулярны оси в-в платы 5 и составляют между собой углы, равные 120 о , Плата 5 имеет также три пары овальных отверстий 8, выполненных так, что при установке шин 2 и 3 они располагаются напротив пар диодов 1. По толщине платы 5 отверстия 8 имеют конусообразный профиль, меньшим сечением обращенный в сторону пар диодов 1.

Выпрямительный блок используется в автомобильном генераторе для преобразования переменного тока, вырабатываемого статором генератора, в постоянный ток. Для этого изоляционная плата 5 устанавливается во внутреннем пространстве так, что вал генератора (не показан) проходит сквозь центральное отверстие 6, а шины 2 и 3 обращены к статору генератора (не показан). Выводы статорной обмотки 9 прикрепляют к перемычкам 4 пар диодов 1. Переменный электрический ток, идущий от статора генератора, выпрямляется диодами 1 и с помощью токопроводящей шины 2 подается на вывод «+» генератора (не показан), а шина 3 подключается к «массе» генератора. При этом охлаждающий воздух поступает сквозь отверстия 8 непосредственно к парам диодов 1 и, проходя в промежутке между двумя шинами 2 и 3, поступает к статорной обмотке и ротору генератора, охлаждая их.

1. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ БЛОК АВТОМОБИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащий две токоведущие разнополярные шины с установленными на них диодами, отличающийся тем, что шины закреплены на изоляционной плате и оси пар диодов, принадлежащих разным шинам, перпендикулярны центральной оси изоляционной платы, при этом последняя имеет три пары вентиляционных отверстий, расположенных напротив пар диодов.

2. Блок автомобильного генератора по п. 1, отличающийся тем, что токоведущие шины выполнены треугольного сечения.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение