На изучаемых автомобилях устанавливаются трехфазные генераторы переменного тока с выпрямителями на кремниевых диодах.
Принципиальная схема работы трехфазного генератора переменного тока показана на рис. 158.
Рис. 158. Принципиальные схемы тоехфазного генератора переменного тока и его выпрямителя: а - схема устройства трехфазного генератора переменного тока; б, в, г - схемы работы выпрямителя из шести диодов; 1 - статор; 2 - ротор; О - нулевая точка
На стальном статоре 1 (рис. 158, а) с внутренней стороны под углом 120° расположены три катушки К1, К2 и К3 с обмотками, которые между собой соединяются звездой, т. е. одни концы обмоток катушек соединяются в одну точку 0, а другие выводятся в общую цепь потребителей (Л1, Л2 и Л3). Катушка с включенным в нее потребителем образует фазу. Внутри статора вращается магнитный ротор 2. При вращении ротора к катушкам за каждые 120° попеременно подходят северный и южный полюсы. При этом обмотки катушек статора пересекаются магнитными линиями, в которых индуктируется переменная по направлению ЭДС, создающая переменный ток в цепи каждой фазы. Магнитный поток (показан на рис. прерывистыми стрелками) замыкается через корпус 1 статора. При этом ток, созданный в одной любой фазе, обязательно проходит в цепи двух других фаз. За один оборот ротора через равные промежутки времени в каждой цепи фазы меняется направление тока в зависимости от количества пар полюсов и частоты вращения ротора.
Однако переменный ток не может быть использован для заряда аккумуляторной батареи, поэтому в генераторе установлен блок выпрямителей, состоящий из шести кремниевых диодов, преобразующих переменный ток в постоянный (диодом называют двухэлектродный полупроводниковый прибор, который проводит ток только в одном направлении). Кремниевые диоды имеют большой срок службы, пропускают весьма малый обратный ток, надежно работают в широком диапазоне температур (от —60 до +125°C), а также имеют малые габариты и массу, что позволяет устанавливать их в крышке генератора автомобиля.
Схемы работы выпрямителя на шести диодах показаны на рис. 158 (б, в, г), на которых стрелочками показан путь тока. Из схем видно, что при прохождении тока через катушки (фазы) KI, К2 и КЗ в любом направлении тока, подаваемого к потребителями Л остается постоянным.
На автомобилях ВАЗ-2109 и ЗАЗ-1102 устанавливаются унифицированные генераторы, имеющие ряд взаимозаменяемых деталей (подшипники, приводной шкив с крыльчаткой, конденсатор и др.) с также полностью унифицированными генераторами автомобилей АЗЛК-2141 и ВАЗ-2105. На автомобилях АЗЛК-21412 и ИЖ-21251 генераторы также унифицированы.
Все генераторы, устанавливаемые на изучаемых автомобилях, имеют одинаковое устройство и принцип действия. Поэтому рассмотрим устройство и работу генератора на примере генератора 37.3701, устанавливаемого на автомобиль ВАЗ-2109.
Устройство генератора
Генератор (рис. 159) состоит из статора, ротора, щеток 10 и 12, выпрямительного блока, электронного регулятора напряжения двух крышек, которые стягиваются при помощи стяжных болтов 21, а также приводного шкива с вентилятором и конденсатора.
Рис. 159. Генератор 37.3701 автомобиля ВАЗ-2109: а - общий вид; б - ротор; 1 - крышка генератора со стороны контактных колес; 2 - болт крепления выпрямительного блока; 3 - контактные кольца; 4 - конденсатор для подавления радиопомех; 5 - вал ротора; 6 - провод общего вывода дополнительных диодов; 7 - клемма 30 генератора для подключения потребителей; 8 - штекер 61 генератора (общий вывод дополнительных диодов); 9 - провод вывода В регулятора напряжения; 10 и 12 - щетки; 11 - регулятор напряжения; 13 - шпилька для крепления генератора к натяжному устройству; 14' - вентилятор со шкивом привода генератора; 15 - полюсный наконечник ротора; 16 - стальная втулка; 17 - обмотка ротора (обмотка возбуждения); 18 и 19 - сердечник и обмотка статора; 20 - выпрямительный блок; 21 - стяжной болт генератора; 22 - буферная втулка; 23 - втулка; 24 - поджимная втулка; 25 - отверстия для вывода обмотки возбуждения
Статор состоит из сердечника и катушек обмотки. Сердечник 18 (рис. 159, а) статора изготавливают в виде кольца из отдельных стальных пластин, изолированных друг от друга лаком. На его внутренней поверхности имеются зубцы, на которых надеты катушки. Катушки образуют обмотку 19 статора, которая разделена на три фазы, расположенные под углом 120° по отношению друг к другу. Одни концы каждой фазы соединены между собой в одну точку называемую нулевой, а другие выводятся в цепь.
Ротор состоит из вала 5 (рис. 159, б), на котором напрессована втулка 16 с обмоткой возбуждения 17, и шести пар электромагнитных полюсных наконечников 15, создающих под действием обмотки возбуждения 17 магнитное поле. На валу ротора установлены два контактных кольца 3 (см. рис. 159, а), через которые в обмотку возбуждения подается электрический ток. По контактным кольцам скользят графитовые щетки 10 и 12, соединенные с выводами В и Ш регулятора напряжения И. Ротор вращается в шариковых подшипниках, установленных в передней и задней крышках. Они заполнены специальной смазкой, рассчитанной на весь срок службы генератора. В связи с тем, что для заряда аккумуляторной батареи необходим постоянный ток, внутри задней крышки 1 генератора помещен выпрямительный блок 20, преобразующий переменный ток в постоянный.
Выпрямительный блок представляет собой две алюминиевые пластинки с запрессованными в них шестью диодами, пропускающими электрический ток только в одном направлении, т. е. создающими в цепи постоянный электрический ток (одного направления). На пластине выпрямительного блока установлены еще три дополнительных диода. Напряжение, снимаемое с этих дополнительных диодов, идет для питания постоянным током обмотки 17 ротора и цепи контроля исправности генератора с помощью контрольной лампы разряда аккумуляторной батареи, помещенной на щитке приборов.
Электронный регулятор 11 напряжения представляет собой не-, разборный и нерегулируемый узел, в котором нет обычных электромагнитных реле с контактами. В паз регулятора напряжения вставляется щеточный узел — пластмассовый щеткодержатель с двумя щетками.
Приводной шкив с вентилятором 14 установлен на переднем конце вала ротора.
Вентилятор служит для охлаждения статора, ротора и выпрямителя. Охлаждающий воздух засасывается через окна в задней крышке 1, проходит внутри генератора и выходит через окна передней крышки наружу.
Для подавления радиопомех и защиты электронного оборудования от импульсов напряжения в системе зажигания на генераторе устанавливается конденсатор 4.
Работа генератора
Работа генератора осуществляется следующим образом. При включении зажигания загорается контрольная лампа на щитке приборов, сигнализирующая о том, что в обмотку возбуждения ротора поступает ток от аккумуляторной батареи. Протекающий по обмотке возбуждения ток создает вокруг полюсов ротора магнитный поток. После пуска двигателя, когда ротор генератора стал вращаться, под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный полюс ротора. Поэтому магнитный поток, проходящий через зубцы статора, меняется по силе и направлению. Переменный магнитный поток пересекает витки обмотки статора, индуцируя в ней ЭДС.
Переменное напряжение и ток, индуцированные в обмотке статора, выпрямляются выпрямительным блоком 20, и для питания потребителей идет уже постоянный ток, снимаемый с клеммы 30 (поз. 7 на рис. 159, а) генератора. Одновременно с общего вывода дополнительных диодов подается выпрямленное напряжение для питания обмотки возбуждения ротора.
У работающего исправного генератора напряжение на клемме 30 и на общем выводе дополнительных диодов 8 равны. Поэтому в контрольную лампу щитка ток не поступает, и она не горит. В этом случае обмотка возбуждения генератора питается от выпрямителя на трех дополнительных диодах, а аккумуляторная батарея заряжается от генератора. Если контрольная лампа будет гореть, то это указывает на неисправность генератора, когда он вообще не дает напряжения или оно ниже напряжения аккумуляторной батареи.
При увеличении частоты вращения ротора, когда напряжение генератора превысит 13,7...14,5 В, при помощи регулятора напряжения прекращается поступление тока в обмотку возбуждения ротора. В результате этого напряжение генератора падает, регулятор снова пропускает ток в обмотку возбуждения и процесс повторяется. Благодаря большой частоте протекания этого процесса напряжение этого генератора остается практически постоянным в пределах 13,7...14,5 В. Замыкание и размыкание цепи питания обмотки возбуждения генератора происходит за счет открытия и закрытия выходного транзистора в регуляторе в зависимости от управляющего напряжения на выводе регулятора напряжения 11.
Более точный контроль напряжения в цепи электрооборудования осуществляется вольтметром, расположенным на щитке приборов. Если при работе двигателя стрелка находится в начале шкалы красной зоны, напряжение тока, отдаваемого генератором, ниже нормы, а если в конце шкалы — выше нормы. При нормальном напряжении стрелка должна находиться в зеленой зоне шкалы в пределах 13,7...14,5 В.
Крепление генератора к двигателю
Крепление генератора к двигателю на всех рассматриваемых автомобилях осуществляется подвижно на болтах, вставляемых в отверстие приливов крышек со втулками 23. С верхней стороны генератор крепится к двигателю через натяжную планку с прорезью, обеспечивающей перемещение генератора при регулировке натяжения или замене приводного ремня (ремня вентилятора).