Аккумулятор — запас. Он нужен для пуска и когда двигатель заглушен. На ходу аккумулятор лишь сглаживает провалы и подзаряжается.
Генератор — источник. Двигатель через ремень крутит ротор-электромагнит. Чем быстрее он вращается и чем сильнее его поле, тем больше ток.
Регулятор держит 14 В. Обороты меняются в 6 раз, нагрузки — в 10 раз, а напряжение должно оставаться 14,0–14,6 В. Регулятор меняет ток ротора сотни раз в секунду.
Баланс токов. Ток генератора = потребители + заряд аккумулятора. Если потребителей больше, чем может дать генератор, разницу отдаёт аккумулятор.
Детали в модели «Электропитание: генератор и аккумулятор»
Генератор. Вращающийся электромагнит (ротор) наводит переменный ток в трёх обмотках статора. На холостом генератор даёт 40–60 А, с 2500 об/мин двигателя — почти все 120 А.
Ротор и щётки. Обмотка возбуждения между двумя когтеобразными полюсами по 6 «когтей». Ток 2–5 А подводится через щётки к контактным кольцам: передние когти становятся северными полюсами, задние — южными. Вентиляторы на роторе прогоняют воздух через диоды и обмотки.
Статор. Пакет стальных пластин с 36 пазами и тремя обмотками, соединёнными звездой. При 6000 об/мин генератора частота тока около 600 Гц.
Диодный мост. Шесть диодов превращают трёхфазный переменный ток в постоянный. Остаются пульсации около 0,3 В.
Регулятор напряжения. Включает и выключает ток возбуждения сотни раз в секунду и держит 14,0–14,6 В независимо от оборотов и нагрузки. Холодному аккумулятору даёт больше.
Аккумулятор. Шесть банок по 2,1 В со свинцовыми пластинами в растворе серной кислоты. Запасает около 0,7 кВт·ч и отдаёт стартеру до 500 А.
Приводной ремень и натяжитель. Поликлиновой ремень передаёт до 4 кВт. Автоматический натяжитель держит натяжение около 300 Н.
Преобразователь 12 В (в гибриде и электромобиле). В гибридах и электромобилях генератора 12 В нет: бортовую сеть питает преобразователь напряжения от тяговой батареи. Его работа разобрана в лаборатории электропривода.
Показ по шагам
Двигатель заглушен. Все потребители питаются от аккумулятора. Фары берут около 10 А: напряжение 12,3 В и медленно падает.
Завели двигатель. Ремень крутит генератор в 2,8 раза быстрее коленвала. Регулятор подаёт ток на ротор, и напряжение сети поднимается до 14,3 В — аккумулятор заряжается.
Внутри генератора. Корпус прозрачный. Ротор — вращающийся электромагнит: щётки подают ток в обмотку, и когти становятся полюсами N и S. Проходя мимо пазов статора, они наводят ток по очереди в трёх фазах — вспыхивают их обмотки.
Диоды и регулятор. Шесть диодов выпрямляют ток: в каждый момент светятся два — плюсовой у фазы с наибольшим напряжением и минусовой у фазы с наименьшим. Регулятор меняет ток ротора: больше нагрузка — больше ток возбуждения.
Все нагрузки на холостом. Фары, обогрев и вентилятор вместе берут больше 70 А. На холостом генератор не успевает, и недостающее отдаёт аккумулятор.
Поехали. На 2500 об/мин генератор может выдать почти все 120 А: хватает всем и аккумулятору на заряд.
Что ломается и как это проявляется
Изношены щётки генератора. Признаки: на панели горит красная лампа с аккумулятором, напряжение около 12 В и падает. Машина едет, пока не разрядится аккумулятор, потом гаснут приборы и глохнет двигатель. Что проверить: напряжение на клеммах при работающем двигателе (норма 13,8–14,6 В), длина щёток (менять при 5 мм и меньше), контактные кольца.
Пробит диод моста. Признаки: свет фар мерцает, в магнитоле слышен вой, меняющийся с оборотами. Генератор не тянет все нагрузки, а за ночь аккумулятор может разрядиться. Что проверить: пульсации напряжения осциллографом или тестером в режиме переменного (норма до 0,5 В), ток утечки на стоянке, проверка моста на снятом генераторе.
Отказ регулятора: перезаряд. Признаки: часто перегорают лампы, пахнет кислотой, аккумулятор горячий и «кипит». Вольтметр показывает 15–16 В. Что проверить: напряжение на клеммах на 2000–3000 об/мин (выше 14,8 В — неисправность), уровень электролита. Регулятор меняют, аккумулятор проверяют.
Проскальзывает ремень. Признаки: короткий свист после пуска, при включении обогрева и вентилятора, особенно в сырость. Под нагрузкой мигает лампа заряда. Что проверить: ремень на трещины и блеск рёбер, ход и усилие натяжителя, соосность шкивов. Менять ремень с роликами.
Изношенный аккумулятор. Признаки: утром стартер крутит вяло, после ночи на морозе машина не заводится. Заряд держится недолго. Что проверить: напряжение покоя через 2 часа после поездки (12,6 В — полный заряд), проверка тестером пускового тока, возраст (обычно 4–6 лет).
Упрощения модели
Характеристика генератора, токи потребителей и сопротивления — типичные значения, а не данные конкретной машины.
Магнитное поле и токи показаны условно подсветкой и частицами; вращение и частота тока в модели замедлены.
Корпус, задняя крышка, щёткодержатель и пакет статора показаны полупрозрачными; переключатель «Прозрачный корпус» возвращает обычный вид. Обмотка статора упрощена до одного жгута на фазу.
Современные машины часто управляют генератором от блока по шине и снижают напряжение до 12,5–13 В ради экономии топлива — здесь показан классический регулятор.
Заряд аккумулятора меняется в модели быстрее, чем в реальности.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.