Аккумуляторная батарея и генератор
Аккумуляторная батарея включает в себя шесть свинцово-кислотных аккумуляторов. Она представляет собой химический источник постоянного тока и предназначена для питания электрическим током приборов электрооборудования при неработающем двигателе, при работе двигателя на малой частоте вращения коленчатого вала, а также при пуске двигателя стартером.
Аккумуляторная батарея имеет кислотостойкий корпус, который разделен на шесть отсеков. Каждый отсек аккумуляторной батареи представляет собой отдельный аккумулятор. Сверху батарея закрыта общей крышкой, которая приварена при помощи ультразвуковой сварки. В крышке имеются отверстия, через которые осуществляется заливка электролита в каждый аккумулятор. Кроме этого через отверстия проходят полюсные выводы батареи.
Аккумулятор включает в себя два полублока чередующихся пластин (положительных и отрицательных). Пластины одинаковой полярности привариваются к бортам, которые служат для крепления пластин и вывода электрического тока. Решетки пластин отливают из сплава свинца с добавлением кальция и сурьмы, в результате этого замедляется процесс саморазряда аккумулятора. Кроме этого в решетку пластин впрессовывают активную массу. Активная масса приготавливается на водном растворе серной кислоты и окислов свинца (для положительных пластин) И свинцового порошка (для отрицательных). Это позволяет увеличить емкость аккумулятора.
Одноименные пластины соединяются в полублоки, которые заканчиваются выводными штырями. Полублоки собираются таким образом, что положительные пластины располагаются между отрицательными, поэтому отрицательных пластин на одну больше. Такое расположение позволяет лучше использовать двухстороннюю активную массу крайних положительных пластин, а также исключает их коробление и разрушение.
Положительные пластины аккумулятора помещаются в сепараторы. Сепараторы представляют собой конверты, которые изготовлены из тонкого пластикового микропористого материала. Благодаря конвертам исключается возможность замыкания положительных пластин отрицательными. Кроме этого из-за малой толщины и большой пористости сепараторов не создается помех прохождению электролита, снижается внутреннее сопротивление и получается зарядный ток большей силы.
В каждом аккумуляторе снизу заливных отверстий находятся трубчатые индикаторы, которые показывают уровень электролита. Если уровень электролита соответствует норме, то его поверхность образует эллипс, который можно четко увидеть через наливное отверстие. Кроме этого на корпусе аккумулятора могут быть отметки min и шах, которые показывают максимальный и минимальный уровни электролита.
Полублоки пластин соединяются между собой при помощи межэлементных соединений, которые проходят через пластмассовые перегородки. Межэлементные соединители соединяют пластины с положительными и отрицательными выводами аккумуляторной батареи.
Выводы многих аккумуляторных батарей имеют конусную форму. Такая форма обеспечивает сохранение надежного контакта с клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации. Причем диаметр отрицательного вывода меньше диаметра положительного. Это исключает возможность нарушения полярности при установке аккумуляторной батареи на автомобиль.
Сверху отверстия для заливки электролита закрываются пробками, которые имеют вентиляционные отверстия для выхода газов, образующихся в процессе работы батареи. Электролит представляет собой раствор серной кислоты с дистиллированной водой.
Генератор
Генератор предназначен для питания током всех потребителей электрооборудования, а также для заряда аккумуляторной батареи при средних и высоких оборотах двигателя.
На автомобилях устанавливают трехфазные генераторы переменного тока с выпрямителями на основе кремниевых диодов.
На стальном статоре генератора располагаются три катушки под углом в 120°. Концы катушек соединяются звездой (когда одни концы обмоток соединяются в одной точке, а другие выводятся в общую цепь потребителей). Катушка и включенный в нее потребитель образуют фазу. Внутри статора вращается ротор. Во время вращения ротора к катушкам каждые 120° попеременно подходят северный и южный полюса. При этом обмотки катушек статора пересекают силовые магнитные линии, в результате этого в них индуцируется переменная по своему направлению ЭДС. ЭДС создает переменный ток в цепи каждой фазы. При этом ток, который индуцируется в одной из фаз, обязательно проходит в цепи двух других фаз. За один оборот ротора через равные промежутки времени в цепи каждой фазы меняется направление тока.
Переменный ток не может использоваться для зарядки аккумуляторной батареи, поэтому в генераторе устанавливается блок выпрямителей. Блок выпрямителей включает в себя шесть кремниевых диодов, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Кремниевые диоды имеют достаточно большой срок службы, пропускают малый обратный ток, а также достаточно надежно работают при температуре от -60 до + 125 С. Кроме этого диоды имеют малые габариты и массу, что позволяет их устанавливать в крышку генератора автомобиля.
Генератор включает в себя:
1) статор;
2) ротор;
3) щетки;
4) выпрямительный блок;
5) электронный регулятор напряжения;
6) проводниковый шкив;
7) конденсатор.
Конструкция статора включает в себя сердечник и катушки обмотки. Сердечник изготовляют из отдельных пластин, изолированных лаком. Сердечник статора выполнен в виде кольца. На внутренней поверхности сердечника имеются зубья, на которые надеваются катушки. Катушки образуют обмотку статора, разделенную на три фазы. Одни концы фаз соединены между собой в одной точке, которая называется нулевой. Другие концы фаз выводятся непосредственно в цепь.
Ротор генератора включает в себя вал и шесть пар магнитных полюсных наконечников. На валу напрессована втулка с обмоткой возбуждения. Магнитные наконечники под действием обмотки возбуждения создают магнитное поле. Кроме этого на валу ротора есть Два контактных кольца. Через контактные кольца в обмотку возбуждения подается электрический ток. Ло контактным кольцам скользят графитовые щетки, которые соединены с регулятором напряжения. Вращение ротора происходит в шариковых подшипниках, которые установлены в передней и задней крышках. Подшипники не требуют смазки, так как они заполнены специальной смазкой, которая рассчитана на весь срок службы генератора.
Выпрямительный блок состоит из двух алюминиевых пластинок с запрессованными в них шестью диодами. Диоды выпрямительного блока пропускают электрический ток только в одном направлении, создавая тем самым постоянный ток. Кроме этого На пластине выпрямительного блока есть дополнительные три диода. Напряжение, снимаемое с дополнительных диодов, идет на питание постоянным током обмотки ротора.
Электронный регулятор напряжения представляет собой неразборный и нерегулируемый узел. В паз регулятора напряжения вставляется щеточный узел, который представляет собой пластмассовый щеткодержатель с двумя щетками.
Приводной шкив с вентилятором устанавливается на переднем конце вала ротора.
Вентилятор предназначен для охлаждения статора, ротора и выпрямительного блока. Охлаждающий воздух засасывается через отверстия в задней крышке, циркулирует внутри генератора и затем выходит наружу через отверстия в передней крышке.
Конденсатор устанавливается в генераторе для подавления радиопомех и для защиты электронного оборудования от импульсов напряжения в системе зажигания.
При включении зажигания на обмотку генератора поступает ток от аккумуляторной батареи. Ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает вокруг полюсов ротора электромагнитное поле. После пуска двигателя ротор генератора начинает вращаться и под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный полюс ротора, в результате этого магнитный поток, проходящий через зубцы статора, меняет свое «направление. Переменный магнитный поток пересекает витки обмотки статора, в результате этого в ней индуцируется ЭДС.
Переменный электрический ток, который индуцируется в обмотке статора, выпрямляется выпрямительным блоком. После этого постоянный ток подается для питания потребителей. Кроме этого с выводов дополнительных диодов подается напряжение для питания обмотки возбуждения ротора.
При увеличении частоты вращения ротора происходит увеличение выходного напряжения генератора. Если напряжение начинает превышать 13,7-14,5 В, регулятор напряжения прекращает подачу тока в обмотку возбуждения. После этого происходит падение напряжения генератора, регулятор снова начинает подавать ток в обмотку, и весь процесс повторяется. Благодаря высокой частоте протекания этого процесса напряжение генератора остается практически постоянным в пределах от 13,7 до 14,5 В. Размыкание и замыкание цепи питания электрооборудования происходит за счет открытия и закрытия выходного транзистора в регуляторе напряжения. Открытие и закрытие транзистора происходит под действием управляющего напряжения на выводе регулятора напряжения. Более точный контроль напряжения в цепи электрооборудования может осуществляться при помощи вольтметра, который установлен на щитке приборов.
Крепление генератора к двигателю автомобиля в большинстве случаев осуществляется при помощи болтов, вставляемых в отверстие приливов крышек со втулками. С верхней стороны генератор крепится к двигателю через натяжную планку, которая обеспечивает перемещение генератора при регулировке натяжения или при замене приводного ремня.
Источник
Аккумуляторная батарея и генератор на автомобиле
Аккумуляторная батарея и генератор
Это два главных источниках тока в автомобиле. Многие люди о них слышали, однако далеко не все знают особенности и условия работы последних. У многих из нас автомобили советского производства и, по-видимому, многие из нас сталкивались с проблемой отказа пуска двигателя при низком уровне заряда батареи (аккумуляторной, конечно), особенно зимой. Давайте немного ознакомимся с этими электрическими приборами. 
У каждого из нас в автомобиле есть аккумуляторная батарея (в дальнейшем буду говорить или аккумулятор, или батарея, чтобы кнопки на клавиатуре меньше изнашивались). И многие из нас знают, что когда двигатель не работает, то все приборы работают от аккумулятора. Спорить с этим никто не будет.
Аккумуляторная батарея
представляет собой пластиковый (раньше был деревянный) ящик, в котором расположены обычно шесть банок. Они все между собой соединены последовательно, мы же с вами наблюдаем два вывода — плюс и минус. Есть аккумуляторы, которые требуют обслуживания — сверху откручивается крышечка, надо контролировать уровень и плотность электролита, а есть уже такие, где водителям облегчили и упростили эти процедуры — закрытый аккумулятор, там уровень уже будет постоянным.
Вернемся к более старым. Когда есть автомобиль, у него есть фары, освещение в салоне, двигатель. Как многие из нас видели в старых фильмах, как водитель заводил двигатель вручную. Вручную проворачивал коленный вал с помощью рычага, который в народе так и называли «стартер«. Двигатель, получив от силы водителя вращение, подхватывался, заводился и в дальнейшем работал сам. Работает и генератор, который производит ток. Все хорошо, автомобиль работает!
Когда водитель выключает двигатель автомобиля, генератор останавливается, все электричество гаснет, а если нужно снова завести двигатель, водителю нужно опять выйти на улицу и вручную вращать двигатель. Конечно, это создает большой дискомфорт для водителя. Поэтому следовало разработать такие устройства, которые могли бы самостоятельно провернуть двигатель, задать ему такой начальный оборот, чтобы он сам ухватился и начал работать от собственной энергии (сгорание топлива). Как это сделать? Как его прокрутить? Ответ нашли с помощью электрической энергии. К нашему топливному двигателю можно подсоединять электрический двигатель.
Когда нам нужно завести ДВС, то мы подаем ток на электрический двигатель, он начинает вращаться и вращать за собой бензиновый (дизельный ли, без разницы, потому в дальнейшем не буду на это обращать внимание) двигатель. Вращение пошло, наш ДВС завелся, электрический двигатель выключили и все хорошо. Все работает, силу водителя теперь поменяет электрический двигатель. Этот электрический двигатель называется стартером.
Мы о нем ниже еще поговорим, но вернемся ближе к теме. Следовательно, у нас есть электрический двигатель, его поставили с нужной мощностью, чтобы последней хватило на прокрутку ДВС с необходимой скоростью, но у нас нечем вырабатывать ток стартеру. Конечно можно на каждом столбе вешать розетки, протянуть кабель, включить вилку. Стартер от розетки получит питание, раскрутит наш ДВС. Затем выключить провод из розетки и поехать.
Представили картину! Смешно! Верно. Поэтому надо иметь собственную «розетку» в автомобиле. Конечно электростанцию за собой возить немного неудобно, поэтому инженерам пришлось искать другие методы и средства. Было решено следующее: на автомобиле иметь собственный источник электрической энергии, который может ее отдавать независимо от работы всех других систем машины в целом. Поэтому, чтобы там был этот запас энергии, последнюю нужно туда «закачать». Вот это и есть наш аккумулятор. Это такой химический источник энергии, который способен получать и копить в определенных мерах и объемах электрическую энергию (путем превращения в химическую, но это уже мы глубоко влезаем), а при потребности ее отдать. Я не буду рассказывать, что такое КПД аккумулятора, что он с потерями нам меньше энергии вернет, но это нам и не нужно. Нам главное понимать, что есть аккумулятор, его можно зарядить электрической энергией, а когда нам надо, ее оттуда брать и отдавать на стартер.
Стартер нам прокручивает ДВС и мы достигаем цели — водитель завел двигатель без особенных физических нагрузок, не выходя из автомобиля. А в качестве бонуса мы можем эту же электрическую энергию, которую накопили в батарее, брать и на собственные потребности. Не только же у нас стартер есть. У нас есть лампочки в салоне, магнитола и тому подобное. И благодаря аккумулятору мы стали более независимы от ДВС. Нам не обязательно его заводить, чтобы в салоне или кузове автомобиля включить свет.
У нас есть источник тока, который готов нам его отдавать (в определенных конечно объемах).
Какие же требования мы можем предъявить к аккумулятору. Во-первых, он не должен быть большим, он не должен занимать много место, но, при этом, он должен иметь достаточную емкость. Количества электрической энергии, которое мы хотим хранить в аккумуляторе, должно хватать на все наши потребности. А еще важно, чтобы этой энергии в аккумуляторе хватало на многократную попытку запуска двигателя. А не так, чтоб у нас была одна попытка завести двигатель, и, если он не завелся, аккумулятор всю энергию отдал, разрядился, и мы попали.
Нет, копящейся энергии должно хватить на то, чтобы у нас был запас шансов пуска двигателя, в пределах которых возможно устранить неисправность двигателя и повторно его пытаться привести в чувство. Также, кроме подачи тока на стартер, мы, согласно установленных норм и правил, должны сигнализировать автомобиль.
Видео, как тестировать аккумулятор
Если у нас бензиновый двигатель остановился по какой-либо причине, аккумулятор способен снабжать нас энергией так, чтобы у нас во время ремонта хватило ее на горение ламп габаритов и аварийной сигнализации, при условии, что этого запаса хватит до конца ремонта, и этот запас сможет сдвинуть с места стартер с ДВС.
Конечно, есть прямая зависимость размера аккумулятора от его емкости, поэтому инженерами, в зависимости от марки автомобиля, были избраны и установлены аккумуляторы определенных размеров и определенной емкости.
А вот теперь представим себе, что мы остановились на трассе. Пусть двигатель требует небольшого ремонта. Мы включили лампы аварийной сигнализации, ремонтировались в течение часа. За этот час шесть ламп постоянно подключались к аккумулятору, разряжали его, сигнализируя другим водителям, что мы сломаны. На протяжении часа аккумулятор разряжался, отдавал свою энергию на эти лампы. А теперь мы сели и заводим ДВС. И теперь аккумулятор начинает отдавать ток еще и стартеру.
Бензиновый двигатель провернуть достаточно тяжело, т.к. стартер сам по себе достаточно мощный двигатель. Во время запуска двигателя он забирает очень большое количество энергии у аккумулятора. Мы оказались хорошие мастера и двигатель завелся. Но что-то мы забыли. А забыли мы о том, что аккумулятор копит ток, который мы даем ему, а потом отдает.
Конечно, можно два — три дня снимать аккумулятор из автомобиля, подключать его к розетке, заряжать и снова ставить в автомобиль. Но это же не удобно. Значит нам надо иметь собственные средства на автомобиле, которые могли бы нам заряжать батарею. Именно поэтому, в автомобиле стоит электрический генератор и вращается он от бензинового двигателя. То есть когда мы завели бензиновый двигатель, сразу вместе с ним вращаться новый источник тока.
Мы больше не должны задумываться о количестве электричества в автомобиле, ведь у нас работает мощный бензиновый двигатель, сердце автомобиля. Это сердце должно обеспечивать нам надежный свет фар, свет салону, работу электрических систем автомобиля и тому подобное. Именно поэтому инженерами были выбраны генераторы таких мощностей, которые могли бы поставлять нам энергию на подзарядку аккумулятора и питание других электрических потребителей автомобиля.
Сначала мы забрали у аккумулятора энергию на пуск ДВС, теперь мы ее возвращаем назад аккумулятору — мы готовим его к следующему пуску двигателя, копим в нем энергию. И за все это отвечает генератор автомобиля. Следовательно, мы с вами более или менее ознакомились с этими вышеуказанными приборами и более или менее понимаем, зачем они нужны в автомобиле. Конечно выше я указывал идеальные случаи. В жизни же так бывает, что аккумуляторы уже стары и слабы, они уже не способны копить много энергии. Тогда водитель больше не может завести двигатель, не хватает энергии. Спрос на комфорт в автомобилях растет, появляется все больше и больше электроники. При рабочем ДВС бывают случаи, когда генератор автомобиля не способен заряжать аккумулятор — у него не хватает энергии.
Батарея продолжает разряжаться, мы не можем ее в полной мере подготовить к следующему запуску. Поэтому следующий запуск произвести тяжелее, а последующий может и вовсе сойти на нет. Летом аккумулятор достаточно неприхотливый прибор, а зимой он противное устройство, которое ни разряжаться, ни особенно заряжаться не хочет. Именно поэтому в эксплуатации автомобилей, из-за незнания этих систем, водители сталкиваются с самым неприятным: автомобиль не завелся, как всегда, именно тогда, когда он нужен. У аккумулятора не хватило мощности.
Вернемся к аккумулятору.
Как я уже говорил, летом это неприхотливое устройство. Когда на его клеммах повышается напряжение от постороннего источника (генератора автомобиля или зарядного устройства), он активно начинает заряжаться. Когда мы подключаем наш самый мощный потребитель энергии — стартер, аккумулятор с радостью и готовностью дает нам энергию. Да и двигатель летом не холоден, масло не вязкое и нет необходимости в такой мощности на его запуск, как зимой, когда все примерзло и мешает вращаться.
При низкой температуре химическая реакция в аккумуляторе проходит медленно, поэтому он не хочет нам давать энергию интенсивно. Фары, лампы горят, а вот стартер, который требует большого тока на себя, уже «голодает». К аккумуляторам и стартерам выдвигаются повышенные требования для безотказной работы в плохих условиях. Аккумулятор при низких температурах все еще должен быть способен дать какое-то количество энергии, а у стартера от этого ограниченного количества энергии должно хватить силы сдвинуть с места замерзший двигатель.
Двигатель завелся, генератор начал производить ток и давать его на зарядку аккумулятору. Замедленность химической энергии дает о себе знать, аккумулятор очень нехотя заряжается, копит очень медленно в себе ток. Летом нам хватило бы 15 минут проехаться к работе и батарея была бы заряжена, а вот зимой (еще при условии постоянного включения печи отопления, обогрева окон, фар и тому подобного) аккумулятор не накапливает в себе столько энергии, чтобы хватило к следующему пуску.
При морозах перед пуском двигателя рекомендуется аккумулятор «прогреть». Включите на минутку габаритные огни. Лампы габаритов начнут брать на себя электрическую энергию, химическая энергия в аккумуляторе пойдет более интенсивно на выработку тока этим лампам, и аккумулятор немного прогреется. Сделайте все возможное, чтобы двигатель завелся из первых прокруток стартером, например подкачайте бензин механическим насосом к карбюратору.
Что такое генератор?
Обычно не рекомендуется после пуска включать потребители, например обогрев стекла и зеркал и тому подобное. Но я считаю, что это абсурд, потому что мы прогреваем двигатель на повышенных оборотах, на которых энергии генератора всегда хватает на все. Поэтому с прогревом двигателя на повышенных оборотах почему бы не прогреть окна и зеркала. А вот когда двигатель прогреется и работает на штатном холостом ходе, мощности генератора может не хватать. Многие люди считают, что если на приборке не горит красная лампочка аккумулятора, то он заряжается. Это не так. Лампочка горит только тогда, когда генератор не дает в сеть ток. Однако на холостом ходе двигателя генератор ток будет давать, но на все потребители этого тока может не хватить, и лампа не загорится. Однако и то количество, которого не хватает, забирается от аккумулятора — он идет в разрядку.
Дело в том, что количество тока, которое производит генератор, зависит от оборотов. Чем больше частота оборотов двигателя, тем больше обороты ротора генератора и энергия, которую он дает. При езде на передачах обороты двигателя, как правило, высоки и генератор в полной мере питает все потребители, заряжая батарею. А вот на холостом ходе двигателя обороты минимальны, потому и производит наш генератор минимальное количество энергии. И если вы включили печь, фары, обогрев, то этой энергии не хватает, аккумулятор разряжается, а вы об этом можете и не знать. И посчитайте сколько времени вы стоите в пробках, светофорах, проводя время на холостом ходе — все это время батарея разряжается. Поэтому отключайте ненужные потребители. Нагрелись окна — выключите обогрев. Много потребляют фары и противотуманные огни, а утром завестись вы уже не сможете. Отключайте, оставьте что-то одно.
Поэтому рекомендуется повысить обороты холостого хода при наступлении зимы. Рекомендуется проверить, какое напряжение дает ваш генератор. Зимой напряжение желательно иметь выше, чем летом. Подключите вольтметр к клеммам аккумулятора и поднимите обороты двигателя к середине. Напряжение должно быть выше 13,8 В, желательно — 14 В. Если оно окажется меньше, то лучше не поскупиться и заменить регулятор напряжения. Если напряжение не стабильное и слишком высокое в особенности при высоких оборотах двигателя, значит сгорел диодный мост на генераторе.
Если вы уже завели автомобиль, дайте ему поработать некоторое время. Например, если поехали в магазин, то оставьте кого-то в автомобиле.
- Пусть двигатель работает.
- Выключите ненужные потребители
- Оставьте только печь и следуйте за покупками.
Количество бензина, которое двигатель употребит, работая эти 5 -15 минут без вас на холостом ходе, окажется мелочью в сравнении с тем, что завтра утром вы потратите много нервов на улице в попытках завести автомобиль.
Если у вас была короткая поездка утром на работу или на рынок, не было возможности оставить авто заведенным, тогда оставьте его заведенным по приезду домой. Пусть авто еще тридцать минут поработает, прогреется аккумулятор, возьмет на себя заряд.
Источник