Генератор авто работает как двигатель

Проверка возможностей автомобильного генератора в качестве электродвигателя.

Решил провести эксперимент, по возможности использования генератора от легкового автомобиля, как тягового двигателя с прямым приводом на колесо, для велосипеда или что-либо подобного.
У меня как раз есть исправный генератор, но использовать его в автомобиль я не могу, как и некоторые другие вещи, но зато попробую провести этот эксперимент сам. В интернете на специализированных форумах есть размышления, что так не делают, что и в конструкции генератора специально особым образом подобраны формы ротора и статора, для работы его как генератора. Да и наличие отдельной катушки возбуждения усложняет конструкцию. Но из достоинств – генератор не создает практически никаких сопротивлений вращению, если на него не подан ток, и он есть за бесплатно. Заниматься самому математическим анализом реализации такой возможности, нет достаточного опыта и данных, пока (если кто разложит все по полочкам — буду признателен).
Схема подключения генератора:

Генератор был аккуратно разобран:

Из него был удален диодный мост и схема регулятора напряжения, подключены провода к обмоткам генератора, и щеточному узлу катушки возбуждения:

Затем все было собрано аккуратно и стало иметь такой вид:

Скрепка – торчащая из задней крышки генератора, фиксирует подпружиненные щетки в заглубленном состоянии, что позволяет правильно установить заднюю крышку, ничего не сломав. Затем скрепка вытягивается, и щетки упираются в коллектор.

Далее, из имеющегося блока электроусилителя руля, работающего на трехфазный мотор, изымаем блок силовых транзисторов. К сожалению, использовать его как полноценный блок управления трехфазным мотором (BLDC) нельзя.

Поэтому подключим блок силовых транзисторов к имеющейся плате 2CAN (описано ранее), через самодельную плату с драйверами управления транзисторами. А так как лето у нас короткое, то плата сделана самым простым и быстрым проверенным способом лазерной печати и утюга:

Общая схема получилась примерно такая:

Так как на плате 2CAN разведены не все выводы платы и микроконтроллера, пришлось добавить соединений навесным монтажом:

Написана простая программа управления трехфазным двигателем, используя таймер №1.Пока решил не использовать датчики положения ротора, ограничившись только регулировкой частоты вращения и заполнением ШИМ (амплитуду синусоид). Если генератор покажет оптимистичные характеристики, то тогда и усложню схему и программу. Форму напряжения выбрал синусоидальную, коэффициенты для таймера рассчитал простой программой на javascript, (позволяет писать программы в любом текстовом редакторе и запускать на выполнение любым браузером), файл sine.html (в zip) прилагаю ниже.

При открытии его браузером, можно просмотреть значения, и скопировать в буфер обмена:

Такая конструкция получилось в итоге:

Форма результирующего напряжения двух фаз такая (осциллограф двухлучевой к сожалению):

(после простого R-C фильтра для щупа осциллографа), а так без фильтра на прямую:

В качестве источника питания был выбран аккумулятор 12В 7А, через предохранитель 30 Ампер питание подавалось на схему. Обороты генератора, которые меня интересовали, были в пределах от 0 до 420 оборотов в минуту. Исходя из того, что если на шкив генератора надеть колесо диаметром 20 см, и при этом скорость максимальную ограничить в 16км/час. Подключим генератор:

Примитивным способом оценить крутящий момент, развиваемый генератором, решили с помощью поднятия груза, подвешенного за веревку к шкиву генератора.

Далее все расчеты довольно примитивны, и возможно есть ошибки. В качестве груза выбрал две 5-литровых емкости с водой. При диаметре шкива 5,5см, генератор с уверенно поднимал этот груз при 50 % заполнении ШИМ таймера на высоту 50 см за 3 секунды. Ток от аккумулятора составлял порядка 16 Ампер, но и напряжение на нем падало до 11 Вольт (слабоват аккумулятор). Получается, гарантирован крутящий момент примерно 2,75 ньютона на метр, при 3 оборотах в секунду. Сила тяги генератора с колесом диаметром 20см, одетого напрямую на вал, составила бы 12,5 ньютона (условная скорость составила бы примерно 7км/час). Для ребёнка, стоящего на роликах может быть и хватит. Для реализации полной мощности потребовался бы аккумулятор большей емкости, и более толстые провода. Без нагрузки, генератор вращается без подачи тока на катушку возбуждения (как несинхронный трехфазный электродвигатель). По идее, учитывая, что при потребляемой мощности в 176 ватт, получаем мощность на совершение работы, очень примерно оцененной в 16 Ватт, КПД полученного устройства не радует. Даже если удастся увеличить КПД использованием датчиков положения ротора в два -три раза, тяга маловата все таки для взрослого человека. Значительная часть тока тратится на катушку возбуждения, при этом, в зависимости от нагрузки, оборотов и температуры генератора составляет это порядка 5 — 12 Ампер. Да и генератор в родном рабочем режиме крутится на горазбо более высоких оборотах (2100 — 18000 об/мин). Выходить на рабочие токи больше 30 Ампер в схеме посчитал нецелесообразным. Конечно, используя мотор с постоянными магнитами, можно значительно поднять КПД устройства. Но все равно, значительные токи в узлах схемы, при напряжении питания в 12 Вольт, не позволяют добиться приемлемых параметров при длительной работе мотора в тяговом режиме. А перематывать катушки статора генератора под другое напряжение, количество оборотов, делать ротор с неодимовыми магнитами — это уже надо быть сильно мотивированным на это. Практичнее переходить на готовые, относительно легко доступные BLDC моторы для велосипедов, скутеров и т.д. с напряжением 36 Вольт и более. Также был подключен оригинальный двигатель, и это совсем другая тема и возможности:

Читайте также:  Асинхронный двигатель 10000 оборотов

В автомобильных вентиляторах охлаждения, часто применяются двухфазные электродвигатели с постоянными магнитами, выдавая мощность под 300ватт (но коррозия и большие токи зачастую выводят из строя компактную схему управления, встроенную в мотор).

Других целей больше не было, остался удовлетворенным полученным отрицательным результатом 🙂

Приведу настройки таймера:

А табличные значения получаем как написано выше (редактируем имя распечатываемого на экран массива ) 🙂 Плохо что видео нельзя тут приложить, довольно забавно. Если есть вопросы – без проблем задавайте, пишите 🙂

С уважением, Астанин Сергей, ICQ 164487932.

Добавил сам проект, правда внутри много лишнего осталось от проекта общения по CAN, но мотору не мешает.

Источник

Генератор авто. Устройство и как работает

Генератор в автомобиле

Генератор появился в автомобильной промышленности в начале 20 века наряду с АКБ, который требовал постоянно подзарядки. Это были огромные узлы постоянного тока, требующие постоянного обслуживания. Современные генераторы стали компактными, высокая надежность отдельных деталей обусловлена внедрением новых технологий производства. Далее разберем устройство, принцип работы и типичные неисправности генератора подробнее.

Что такое генератор авто

Автомобильный генератор — узел, который преобразовывает механическую энергию в электрическую и выполняет следующие функции:

  • обеспечивает постоянный и непрерывный заряд аккумулятора при работающем двигателе;
  • обеспечивает электропитанием все системы во время запуска двигателя, когда стартер потребляет большое количество электроэнергии.

Генератор устанавливается в подкапотное пространство. За счет кронштейнов крепится к блоку ДВС, приводится в движение посредством приводного ремня от шкива коленчатого вала. Подключен электрогенератор в электроцепи параллельно аккумуляторной батареи. Заряд АКБ производится только тогда, когда вырабатываемое электричество превышает напряжение батареи. Мощность вырабатываемого тока зависит от оборотов коленчатого вала, соответственно напряжение возрастает с оборотами шкива с геометрической прогрессией. Для предотвращения перезаряда генератор оснащен регулятором напряжения, который регулирует количество напряжения на выходе, обеспечивая 13.5-14.7V.

Устройство и особенности конструкции

Автомобильные генераторы выполняют одну и ту же функцию, работают по одинаковому принципу, но отличаются друг от друга размером, схемой реализации деталей узла, размерами шкива, характеристиками выпрямителей и регулятора напряжения, наличием охлаждения (жидкостное или воздушное часто применяются на дизельных двигателях). Генератор состоит из:

  • корпуса (передняя и задняя крышка);
  • статор;
  • ротор;
  • диодный мост;
  • шкив;
  • щеточный узел;
  • регулятор напряжения.
Читайте также:  Двигатели ваз описание технические характеристики

Корпус

Абсолютное большинство генераторов имеют корпус состоящий из двух крышек, которые соединяются между собой шпильками и стягиваются гайками. Исполнение детали из легкосплавного алюминия, который отличается хорошим теплоотводом и не намагничивается. На корпусе имеются вентиляционные отверстия, обеспечивающие теплообмен.

Статор

Имеет кольцевидную форму, установлен внутри корпуса . Является одним из главных деталей, который служит для создания переменного тока за счет магнитного поля ротора. Состоит статор из сердечника, который собран из 36 пластин. В пазах сердечника находится медная обмотка, которая служит для образования тока. Чаще всего обмотка трехфазная, по типу соединения:

  • звезда — концы обмотки соединены между собой;
  • треугольник — концы обмотки выводятся отдельно.

Ротор

Вращающаяся делать, ось которой вращается на шариковых подшипниках закрытого типа. На валу установлена обмотка возбуждения, которая служит для создания магнитного поля для статора. Для обеспечения правильного направления магнитного поля над обмоткой установлена два полюсных сердечника с шестью зубами для каждого. Также вал ротора оснащен двумя медными кольцами, иногда латунными или стальными, через которые поступает ток от аккумулятора на катушку возбуждения.

Диодный мост/ выпрямительный блок

Также один из главных компонентов, задача которого преобразовывать переменный ток в постоянный, обеспечивая стабильный заряд автомобильного аккумулятора. Диодный мост состоит из положительной и отрицательной радиаторной полосы, а также диодов. Диоды герметично впаяны в мост.

Ток подается на диодный мост с обмотки статора, выпрямляется и поступает на АКБ через выводной контакт в задней крышке.

Шкив посредством приводного ремня, передает крутящий момент на генератор от коленчатого вала. Размер шкива определяет передаточное число, чем больше его диаметр — тем меньше необходимо энергии на вращение генератора. Современные автомобили переходят на обгонную муфту, смысл которой сглаживать колебания вращения шкива, сохраняя натяжение и целостность ремня.

Щеточный узел

На современных авто, щетки объединены в один узел с регулятором напряжение, им меняются только в сборе, так как их срок службы довольно большой. Щетки служат для передачи напряжения на контактные кольца вала ротора. Графитовые щетки прижимаются пружинками.

Регулятор напряжения

Полупроводниковый регулятор обеспечивает поддержание необходимого напряжения в заданных параметрах. Находится на блоке щеткодержателей или может выводиться отдельно.

Как работает генератор авто

Схема работы генератора следующая: при повороте ключа в замке зажигания включается электросеть. Напряжение с аккумулятора поступает на регулятор, который в свою очередь, передает его на медные токосъемные кольца, конечный потребитель — обмотка возбуждения ротора. С момента вращения коленвала двигателя, через ременную передачу начинает вращаться вал ротора, создается электромагнитное поле. Ротор образует переменный ток, при достижении определенных оборотов обмотка возбуждения питается с самого генератора а не с АКБ.

Далее переменный ток поступает на диодный мост, где происходит процесс “выравнивания”. Регулятор напряжения следит за режимом работы ротора, при необходимости меняет напряжение обмотки возбуждения. Таким образом, при условии исправных деталей, на аккумулятор поступает стабильный ток, обеспечивающий бортовую сеть необходимым напряжением.

На панель приборов более современных авто выведен индикатор АКБ, который указывает на состояние генератора также (загорается при обрыве ремня или перезарядке). Такие автомобили как ВАЗ 2101-07, АЗЛК-2140, и другая советская “техника”, имеют стрелочный индикатор, амперметр или вольтметр, благодаря чему можно следить за состоянием генератора всегда.

Для чего нужен регулятор напряжения

Ситуация: при работающем двигателе заряд аккумулятора резко уменьшается, либо происходит перезаряд. Сначала необходимо проверить АКБ, и если он исправен, значит проблема в регуляторе напряжения. Регулятор может быть выносным, либюо интегрированным в щеточный узел.

Читайте также:  Двигатель тойота 2az технические характеристики

При высоких оборотах двигателя напряжение от генератора может повышаться до 16 Вольт, а это пагубно влияет на соты аккумулятора. Регулятор “снимает” лишний ток, получая его с АКБ, а также регулирует напряжение в роторе.

Вредные правила эксплуатации генератора (по Остеру)

Далее приведены ключевые правила, соблюдение которых позволит без проблем вывести из строя генератор как можно скорее:

  • правило “переполюсовки” — поменяйте местами провода АКБ и вы устроите необычную яркую вспышку в генераторе, а также легкое облако, доносящееся от него. В тоже время почувствуете незабываемое акустическое удовольствие, слушая щелчки и шипение, а также невероятный запах горящих проводов, и самое главное — ожог 1-3 степени в зависимости от ваших амбиций. Такой “фокус” выводит из строя диодный мост, статор и регулятор частично, к счастью возгорание авто имеет шансы 1:1000. Из “побочек” могут быть выведены из строя комбинация приборов, бортовой компьютер, магнитола и другие комплектующие бортовой сети. Достоинство — осваивается новичками без долгих теорий;
  • правило мойки — как можно чаще и тщательнее мойте силовой агрегат, побольше воды и пены, особенно на альтернатор и стартер. Главное, чтобы поток воды обильно вымывал генератор изнутри, сушить категорически запрещается, сразу же запускаем мотор, включаем все энергопотребители и наблюдаем за эффектов. Если его нет — повторяем процедуру. Достоинство — сгоревший “гена” будет чистым;
  • дедовский метод — сдергивание провода с “+” клеммы, чтобы проверить заряд на работающем моторе, это главное правило! Вероятность выхода из строя всевозможных реле 50:50, главное обеспечить много искр для эффекта, а также включить все, что питается от электричества;
  • “летим” по лужам — многие даже не догадываются, что пользуются данным правилом в дождь. Главное быть всегда уверенным, что ваше авто вне всякого сравнения с водонепроницаемостью подводной лодки, чем глубже лужа — тем ярче эффект. Немаловажно выбирать скорость, при которой больше воды попадает в подкапотное пространство, главное выбросить все пластиковые кожухи и защиты! Главное достоинство — трюк можно повторять везде, где есть вода (даже ручьи и реки), не выходя из авто;
  • “меломан” — необходимо установить самую дорогую магнитолу, а лучше две, как можно больше динамиков, пару десятков минимум, усилителей и пару сабвуферов, включаем любимую музыку на всю громкость при работающем моторе, если из-под капота не пошел дым, а воздух остается чистым — значит вы приобрели слишком дешёвую аппаратуру;
  • “старый аккумулятор” — способ требует некоторых знаний физики, хотя бы закона Ома. Берем самый старый АКБ, и чем старше, тем вероятнее в нем окажется замкнутая банка. Возможно батарея будет издавать признаки бурной работы, обязательно будет потреблять дикое количество энергии, зато работа инжектора будет нестабильной, а за дальний свет можно забыть. Главное побольше эксплуатировать старый аккумулятор — эффект не заставит себя ждать.

Неисправности автомобильного генератора

Для генератора присущи неисправности механические и электрические.

  • обрыв приводного ремня — требуется замена;
  • сглаживание ребер шкива, из-за чего ремень проворачивается;
  • износ щеток;
  • повреждение корпуса генератора;
  • выход из строя подшипников.
  • износ токосъемных колец за счет трения;
  • выход из строя регулятора напряжения;
  • замыкание витков статора;
  • выгорание диодов выпрямительного моста;
  • выгорание конечных проводов заряда;
  • выгорание обмотки ротора.

Неисправность любой детали генератора влечет за собой недозаряд или наоборот. Чаще всего выходит из строя регулятор напряжения и подшипники, приводной ремень меняется согласно регламенту ТО.

Кстати, если при случае вы хотите установить улучшенные подшипники и регулятор — обращайте внимание на их характеристики, иначе высока вероятность того, что замена детали не даст нужного эффекта. Все остальные поломки требуют снятия генератора и его разборки, что лучше доверить специалисту. Главное запомните — если вы не будете соблюдать правила по Остеру, то есть все шансы на долгую и беспроблемную работу генератора.

Источник

Adblock
detector