Вопрос. Тенденции развития автомобильных генераторных установок.

До 60-х годов основным источником электрической энергии на автомобилях являлись генераторы постоянного тока.

Развитие автомобилестроения потребовало значительного увеличения срока службы автомобилей, снижение эксплуатационных затрат на их техническое обслуживание и ремонт, повышение тре­бований к безопасности дорожного движения и комфорту при эксп­луатации автотранспортных средств. В связи с этим появилась необ­ходимость значительного увеличения мощности генератора, срока его службы, улучшения его характеристик и снижения эксплуатаци­онных затрат. Одновременно стало необходимым увеличение мак­симальной частоты вращения коленчатого вала и уменьшения габа­ритных размеров генератора, исходя из условий его компоновки в ограниченном подкапотном пространстве автомобиля.

Удовлетворение данных требований путем совершенствования конструкции и технологии производства генераторов постоянного тока, учитывая низкую надежность и малый срок службы щеточно-коллекторного узла, а также габаритные размеры и массу данно­го генератора, стало неосуществимо. Поэтому было выбрано новое направление в развитии автомобильных генераторов — создание ге­нераторов переменного тока.

Название «генератор переменного тока» несколько условно и касается в основном особенностей конструкции генератора, так как они имеют встроенные полупроводниковые выпрямители, и питают потребителей постоянным (выпрямленным) током. В генераторах постоянного тока таким выпрямителем является, щеточно-коллекторный узел, осуществляющий выпрямление переменного тока, по­лученного в обмотках якоря. Развитие полупроводниковой техники позволило применить в генераторах переменного тока более совершенный выпрямитель на полупроводниковых диодах.

К основным преимуществам генераторов переменного тока относительно генераторов постоянного тока по технико-экономичесим показателям можно отнести следующие:

· при той же мощности их масса меньше в 1,8—2,5 раза и при­мерно в 3 раза меньше расходуется меди;

· больше максимальная мощность при одинаковых габаритных размерах;

· меньше значение начальной частоты вращения;

· проще схема и конструкция регулирующего устройства вследствие отсутствия элемента ограничения силы тока и реле обратного тока;

· меньше эксплуатационные затраты из-за высокой надежности рабогы и увеличения срока службы.

Первые автомобильные генераторы переменного тока были спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрямите­лями и вибрационными регуляторами напряжения. Селеновые вы­прямители имели значительные размеры, и их приходилось разме­щать отдельно от генератора в местах, где обеспечивалось хорошее охлаждение. Для соединения селенового выпрямителя с генерато­ром требовалась дополнительная проводка. Кроме того, селеновые выпрямители были недостаточно теплостойки и допускали макси­мальную рабочую температуру не выше +80 °С. Поэтому в дальней­шем они были заменены выпрямителями из кремниевых диодов, которые были более теплостойки и имели значительно меньшие размеры, что позволяло размещать их внутри генератора. На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли сначала контакт­но-транзисторные, а затем бесконтактные на дискретных элементах и бесконтактные интегральные регуляторы.

Габаритные размеры интегральных регуляторов позволяют встраивать их в генератор, который совместно со встроенными ре­гулятором и выпрямительным блоком называется генераторной установкой.

Для автомобильных генераторов надежность и срок службы определяются тремя факторами:

· качеством электрической изоляции;

· качеством подшипниковых узлов;

· надежностью щеточно-контактных устройств.

Первые два фактора зависят от уровня развития смежных производств. Третий фактор может быть исключен путем использова­ния бесконтактных генераторов, имеющих более высокую надеж­ность и, следовательно, больший ресурс, чем контактные. Это сти­мулировало создание автомобильных бесконтактных генераторов переменного тока с электромагнитным возбуждением — индукторных генераторов и генераторов с укороченными полюсами.

Применение на автомобилях существующих конструкций ин­дукторных генераторов сдерживалось следующими недостатками.

· невысокие удельные показатели;

· повышенный уровень пульсации выпрямленного напряже­ния;

· повышенный уровень шума.

Дальнейшее совершенствование конструкции и устранение вы­шеперечисленных недостатков позволили использовать индуктор­ные генераторы на автомобилях.

Впервые бесщеточные генераторы с укороченными полюсами 45.3701 и 49.3701 были установлены на автомобилях марки «УАЗ».

Генераторная установка состоит из электрогенератора и регулятора напря­жения. Они, вместе с элементами контроля работоспособности и защиты от воз­можных аварийных режимов, образуют систему электроснабжения автомобиля.

Генераторная установка обеспечивает питанием электропотребители, вклю­ченные 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. 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%.

Генераторные установки рассчитаны на номинальное напряжение 14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем. Однако на дизельных автомобилях, например, на автомобилях ЗИЛ 5301 («Бычок»), ЗИЛ 4331, ЗИЛ 133ГЯ возможна и двухуровневая система: 14 В непосредственно на генерато­ре для электроснабжения основных потребителей, 28 В - на выходе трансформаторно-выпрямительного блока для подзарядки аккумуляторной батареи.

Генераторные установки выполняются по однопроводной схеме, в которой с корпусом соединен отрицательный полюс системы. Отечественной нормативной документацией предусматривается изготовление установок и по двухпроводной схеме, но практически такое исполнение реализуется в основном на специальных транспортных средствах.

Генераторная установка питает ботовую сеть автомобиля постоянным то­ком. Однако известно, что механическую энергию можно преобразовать в электрическую только посредством переменного тока. Поэтому ранее автомо­били снабжались выпрямителем-коллектором со щетками в генераторах по­стоянного тока, а теперь - полупроводниковым выпрямителем в повсеместно применяющихся автомобильных вентильных генераторах.

Для питания вспомогательных устройств, например, реле блокировки старте­ра, трансформаторно-выпрямительного блока систем на два уровня напряже­ния, тахометра и т.п., используется переменный ток, вырабатываемый генера­тором. В последнее время наблюдается тенденция использовать переменный ток и для управления работой регулятора напряжения самой генераторной ус­тановки.