Visuose automobiliuose yra gausybė elektros sistemų, kurioms visada reikia elektros energijos. Negana to, tiekiama energija turi būti pastovi ir nepertraukiama, priešingu atveju galima sugadinti valdymo blokus, jutiklius ir kitus jautrius elektronikos elementus. Automobilio generatorius yra pagrindinis šios energijos šaltinis, o jo maksimali srovės galia lemia, kiek elektros energijos gali būti pagaminta ir tiekiama.
Įvadas ir generatoriaus paskirtis
Automobilio generatoriaus pagrindinis tikslas yra mechaninę energiją paversti elektra. Jis nuolat tiekia energiją visoms automobilio elektros sistemoms, tokioms kaip žibintai, radijas, klimato kontrolė ir įvairūs jutikliai. Taip pat, generatorius yra atsakingas už akumuliatoriaus įkrovimą. Pagrindinė automobilyje montuojamo akumuliatoriaus funkcija - suteikti pakankamai energijos variklio užvedimui. Greta to, akumuliatorius taip pat veikia ir kaip atsarginis elektros prietaisų energijos šaltinis, kuris naudojamas tuomet, kai generatorius veikia ne visu pajėgumu. Taip būna esant žemiems variklio sūkiams, pavyzdžiui, vairuojant mieste, todėl akumuliatorius intensyviau naudojamas dažniems sustojimams ir stovėjimui spūstyje.
Generatoriaus veikimo principas
Automobilio generatorius yra tiesiog paprastas, mažas elektros generatorius. Pirmąjį tokio tipo įrenginį sukonstravo Nikola Tesla jau 1891 m. Nuo to laiko pasikeitė jo efektyvumui įtakos turinčios detalės, tačiau generatoriaus konstrukcija išliko tokia pati. Kintamosios srovės generatorius yra pritvirtintas prie variklio ir sujungtas su alkūniniu velenu, kuris jį valdo per daugiabriaunį diržą. Kai variklis yra užvestas, jis suka su generatoriumi sujungtą diržą.
Kai diržas sukasi, kintamosios srovės generatoriaus rotorius, aplink kurį apvynioti variniai laidai, sukasi stacionariųjų ričių rinkinyje, vadinamame statoriumi. Šis judėjimas sukuria magnetinį lauką, kuris ir gamina energiją. Pagrindiniai kintamosios srovės generatoriaus elementai yra fiksuotas statorius ir elektromagnetinis rotorius, kuris sukuria magnetinį lauką ir sukelia elektros srovę.
Generatoriaus inkarą sukame pastoviu kampiniu greičiu ω, laikrodžio rodyklės judėjimo kryptimi. Kai prie generatoriaus yra prijungtas imtuvas, išorine grandine ir inkaro laidininkais teka srovė. Kadangi laidininkai yra magnetiniame lauke, juos veikia elektromagnetinės jėgos Fem, kurių kryptis nusakoma kairiosios rankos taisykle. Ją pritaikę pastebime, kad Fem kryptis yra priešinga rėmelio sukimo krypčiai. Kuo didesnė srovė teka imtuvu, t. y. kuo didesnė jo galia P=UIa, tuo didesnės inkarą stabdančios elektromagnetinės jėgos Fem = IBIa.
Kintamosios srovės generatorius yra padalintas į dvi statoriaus apvijos ir rotoriaus apvijos dalis. Trifazė statoriaus apvija yra paskirstyta ant korpuso pagal elektrinį 120 laipsnių kampo skirtumą tarpusavyje, o rotoriaus apvija susideda iš dviejų polių nagų. Kai rotoriaus apvija yra prijungta prie nuolatinės srovės, ji sužadinama, ir dvi polių žnyplės sudaro N polius ir S polius. Magnetinio lauko linija prasideda nuo N poliaus, per oro tarpą patenka į statoriaus šerdį ir grįžta į gretimą S polius. Kai rotorius pasukamas, rotoriaus apvija nukirs magnetinę jėgos liniją ir generuos sinusoidinę elektrovaros jėgą su 120 laipsnių elektrinio kampo skirtumu statoriaus apvijoje, ty trifazę kintamąją srovę, o tada per lygintuvo elementą (diodų tiltelį) paverčiama į nuolatinę srovę.
Bendros generatoriaus trifazės statoriaus apvijos pagrindu padidinamas apvijų apsisukimų skaičius ir išvedamas gnybtas, pridedamas trifazio tiltinio lygintuvo komplektas. Kai išorinė grandinė įjungia lauko apviją per šepetį, sukuriamas magnetinis laukas, todėl nagų polius įmagnetinamas į N polius ir S polius. Kai rotorius sukasi, magnetinis srautas pakaitomis kinta statoriaus apvijoje, pagal elektromagnetinės indukcijos principą, statoriaus trifazė apvija sukurs kintamą indukuojamą elektrovaros jėgą. Pagrindinis variklis tempia nuolatinės srovės sužadinto sinchroninio generatoriaus rotorių, kad jis suktųsi tam tikru greičiu (apsukų per minutę), o trifazė statoriaus apvija indukuoja kintamosios srovės potencialą.
Maksimali srovės galia ir jos įtaka
Automobilių generatorių galia gali skirtis priklausomai nuo automobilio elektros sistemos reikalavimų. Apskritai, daugumos standartinių automobilių generatorių, randamų lengvuosiuose automobiliuose, srovės galia yra nuo 70 iki 150 amperų (A). Tačiau yra ir padidintos galios generatorių, kurie gali užtikrinti ir iki 200 amperų galią ar daugiau. Šie didesnės galios kintamosios srovės auto generatoriai dažnai naudojami transporto priemonėse, kurioms reikia daugiau elektros energijos. Dažniausiai tai būna automobiliai su įvairiais patobulinimais, kaip galingos garso sistemos, papildomas apšvietimas ir kita įranga. Daugumos lengvųjų automobilių generatorių srovės stipris siekia nuo 130 iki 200 amperų, tačiau siūlomos ir detalės, kurių srovės stipris siekia net iki 400 amperų.
Generatoriai ne visuomet veikia maksimaliu pajėgumu. Varikliui dirbant tuščia eiga, pavyzdžiui, stovint spūstyje ar prie šviesoforo, sūkiai yra pernelyg žemi tam, kad generatorius gamintų maksimalų energijos kiekį. Tuomet srovė nukreipiama variklio degimo sistemai ir svarbiausių mazgų, kaip antai ventiliatorius ar vandens siurblys, veikimui.
Generatoriaus ir akumuliatoriaus suderinamumas: srovė (A) ir talpa (Ah)
Svarbu atskirti amperus (A), nurodančius srovės stiprumą, ir ampervalandes (Ah), nurodančias akumuliatoriaus talpą. Šie du parametrai nėra tiesiogiai keičiami. Dažnai kyla klausimų, kodėl generatoriaus specifikacijose nurodomas srovės diapazonas, o ne tiksli vertė. Tai daroma universalumo tikslais, kad generatorius tiktų įvairiems automobilių modeliams. Nors teoriškai 80A generatorius galėtų įkrauti 80Ah akumuliatorių per vieną valandą, praktikoje akumuliatoriaus įkrovimo laikas priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant jo iškrovimo lygį, vidinę varžą ir generatoriaus apkrovą.
Dėl to neretai baiminamasi, kad didesnės talpos akumuliatorius (pvz., 100-120Ah) nebus pilnai įkrautas standartiniu generatoriumi, ypač jei dažnai važinėjama trumpais, apie 20 km atstumais. Generatoriaus gebėjimas visiškai įkrauti didelės talpos akumuliatorių, ypač esant trumpiems važiavimo atstumams ir žemiems variklio sūkiams, yra ribotas. Tokiu atveju, siekiant palaikyti optimalią akumuliatoriaus būklę, gali prireikti periodiškai jį įkrauti stacionariu įkrovikliu.
Gilaus iškrovimo akumuliatoriai automobilyje
Gilaus iškrovimo akumuliatoriai, dažniausiai naudojami kemperiuose ar valčių varikliams, pasižymi ilgesniu tarnavimo laiku, tačiau jų pritaikymas automobilyje turi ir savų niuansų. Nors gilaus iškrovimo akumuliatoriai tarnaus ilgiau, jie gali turėti mažesnę maksimalią srovę, reikalingą starteriui pasukti. Jei starteris pasukamas be problemų, tuomet gilaus iškrovimo akumuliatorius gali būti tinkamas pasirinkimas. Priešingu atveju, esant silpnai starterio srovei, variklio užvedimas gali tapti sudėtingas.
Dažniausi generatoriaus gedimai ir diagnostika
Generatoriaus gedimai gali sukelti rimtų problemų visai automobilio elektros sistemai. Dažniausiai pasitaikančios automobilių generatorių problemos yra per maža arba per didelė įkrova, pažeistas diržas, įtampos reguliatoriaus gedimas, diodo gedimas, susidėvėjęs guolis, laidų ar jungčių problemos ir susidėvėję šepetėliai. Akivaizdžiausias sugedusio generatoriaus požymis yra prietaisų skydelio lemputė, apibūdinama kaip „problema įkraunant akumuliatorių“. Tai reiškia, kad į akumuliatorių tiekiama elektros įtampa yra neteisinga. Tokiu atveju akumuliatorius greitai išsikrauna. Savo ruožtu per aukšta tiekiama įtampa akumuliatorių gali sugadinti.
Prietaisų skydelyje užsidedanti akumuliatoriaus lemputė niekada nėra geras ženklas, tačiau ne visi vairuotojai žino, ką šis indikatorius iš tiesų reiškia ir kaip nustatyti dažniausiai pasitaikančius elektros sistemos gedimus. Jei išsikrovus akumuliatoriui automobilis neužsiveda, pabandykite pasinaudoti užvedimo laidais. Jei variklis užsiveda, tačiau labai greitai vėl užgęsta, tai taip pat yra lengvai atpažįstamas generatoriaus gedimo simptomas. Kadangi pagrindinis generatoriaus vaidmuo yra įkrauti automobilio akumuliatorių, jam to nepadarius, akumuliatorius gali išsikrauti. Susidėvėjęs, laisvas arba pažeistas diržas gali neleisti generatoriui suktis reikiamu greičiu. Įtampos reguliatorius reguliuoja kintamosios srovės generatoriaus išėjimą, o jo gedimas gali sukelti įtampos šuolius. Diodo gedimas taip pat sukelia elektros šuolius ir įkrovimo problemas, o guolių gedimas sukelia triukšmą, vibraciją ir gali visiškai užkirsti generatorių. Šias problemas spręsti reikia kuo greičiau, kad nesugadintumėte ir kitų elektronikos komponentų.
Įkrovimo indikatoriaus lemputės veikimas
Kai jungiklis uždarytas, akumuliatorius pirmiausia tiekia srovę. Jos kelias yra: akumuliatoriaus teigiamas gnybtas → įkrovimo lemputė → reguliatoriaus kontaktas → sužadinimo apvija → juosmens lygintuvas → akumuliatoriaus neigiamas gnybtas. Tačiau užvedus variklį, didėjant generatoriaus sūkių dažniui, didėja ir generatoriaus gnybtų įtampa. Kai generatoriaus išėjimo įtampa lygi akumuliatoriaus įtampai, generatoriaus "B" ir "D" gnybtų potencialai yra lygūs, šiuo metu įkrovimo indikatoriaus lemputė užgęsta, nes potencialų skirtumas tarp jų galų lygus nuliui. Tai rodo, kad generatorius veikia normaliai, o žadinimo srovę tiekia pats generatorius.
Didelio ir mažo greičio maitinimo grandinės konvertavimas yra automatinis, nepridedamas joks elektromechaninis valdymo įtaisas. Mažo greičio diapazone dėl mažo generatoriaus greičio trifazės apvijos serijinis išėjimas pagerina generatoriaus išėjimo įtampą, o generatoriaus mažo greičio įkrovimo našumas labai pagerėja. Didelio greičio diapazone, didėjant generatoriaus greičiui, didėja nuosekliai sujungtos trifazės apvijos indukcinė reaktyvumas, didėja vidinis slėgio kritimas ir sustiprėja armatūros reakcija, todėl išėjimo įtampa krenta.
Generatoriaus ir akumuliatoriaus patikra
Mūsų laikais automobilio elektros sistemų patikrinimą ir diagnostiką ne tik solidžiame autoservise, bet ir daugelyje mažų dirbtuvių vis dažniau atlieka su specialiais prietaisais autotesteriais. Jų konstrukcija (o taip pat ir kaina) priklauso nuo matuojamų parametrų skaičiaus ir tikslumo. Automobilių mėgėjams skirti paprasčiausi prietaisai matuoja įtampą, srovę, elektros varžą, o taip pat alkūninio veleno apsisukimų dažnį.
Norint įvertinti baterijos būklę, prie jos išvadų pajungiame autotesterį (galima naudoti ir paprastą testerį-autometrą). Visiems automobiliams įtampa akumuliatoriuje be apkrovimo turi būti vidutiniškai 12,6 V. Jeigu ji mažesnė, akumuliatorius nepilnai pakrautas arba sugedęs, o dėl to starteris suksis lėčiau. Techninio aptarnavimo stotyse akumuliatoriaus talpa įvertinama apkrovos šakutės pagalba. Matuojant įtampą autotesterio voltmetru, galima kaip apkrovą įjungti gabaritinius žibintus ir tolimąsias šviesas. Esant tokiai apkrovai, iškrovos srovė bus 5-6 A. Įtampa ant akumuliatoriaus gnybtų paleidžiant variklį neturi nukristi žemiau negu 9,5 V. Priešingu atveju sugedęs starteris vartoja labai daug energijos. Kuo jis senesnis, tuo labiau oksiduoti visi jo kontaktai - skydelis, relė ir t.t.
Apie srovės matavimą: paprastai šiam tikslui ampermetrą įjungia į grandinės plyšį. Automobilyje nutraukti grandines nepageidautina, be to, ne visi prietaisai galės užfiksuoti tokius didelius skaičius, kaip paleidžiant variklį. Variklių testeriuose naudojami specialūs, nereikalaujantys grandinės nutraukimo, uždėtiniai davikliai. Juose naudojamas magnetinio lauko įtampos pasikeitimo efektas, kai praeina tam tikro dydžio srovė.
Tęsiame patikrinimą: paleidus variklį, kontroliuojame įtampą akumuliatoriaus išvaduose ir srovę. Į darbą įsijungia dar du svarbūs automobilio elektros įrangos mazgai - generatorius ir relė-reguliatorius, reguliuojantis įtampą. Praėjus kelioms sekundėms po variklio paleidimo, įtampa išvaduose pakyla aukščiau negu 12,6 V. Generatorius pradeda krauti akumuliatorių. Keliame variklio apsisukimus iki 2000 per minutę ir kontroliuojame įkrovos įtampą. Generatoriaus darbą esant apkrovimui galima įvertinti, įjungus žibintus. Įtampa turi būti aukštesnė negu 13,8 V. Jeigu ji žemesnė (12,6-13 V), reikia patikrinti generatoriaus pavaros diržo įtempimą. Žemos įtampos priežastis gali būti ir paties generatoriaus defektai. Bet jeigu jis veikia gerai, ieškoti priežasties reikia relėje-reguliatoriuje. Senose mechaninėse relėse įtampą galima pakelti reguliuojant jos apatinį lygį. Šiuolaikinėse elektroninėse reguliavimas neįmanomas, todėl reikia patikrinti kontaktų su grandine tvirtumą.
Įvertinkime įtampą kituose elektros įrangos sistemos taškuose. Skirtumas tarp įtampos, išmatuotos akumuliatoriaus baterijoje, ir įtampos tarp jos „minuso“ ir baterijos kontakto uždegimo ritėje sako apie praradimus grandinėje, kuri eina nuo akumuliatoriaus prie ritės. Jie turi būti minimalūs - ne daugiau kaip 1 V. Jeigu automobilyje įmontuota ritė, neturinti balastinio rezistoriaus, arba jeigu rezistorius prijungtas iš baterijos pusės ir skirtumas didesnis negu 1 V, priežasties reikia ieškoti laidų kontaktuose su prietaisais, visų pirma - uždegime. Atrodytų, toks menkniekis, o juk dėl jo uždegimo ritės antrinėje apvijoje bus aukšta įtampa mažesnė už nominalią. Ričių su balastiniu rezistoriumi (išvade po balastinio rezistoriaus) įtampa turi būti 5-9 V ribose. Jeigu blogi kontaktai atvedimo laiduose arba sugedus rezistoriui, įtampa gali būti žemesnė negu 5 V. Išmatavus įtampą tarp akumuliatoriaus „minuso“ ir to uždegimo ritės kontakto, kuris sujungtas su pertraukikliu, galime įvertinti pertraukiklio kontaktų švarumo laipsnį mūsų senuose klasikiniuose automobilių modeliuose. Jeigu pertraukikliai mechaniniai, į tai vertėtų atkreipti dėmesį, jei įtampa didesnė negu 0,3 V. Jeigu kontaktuose viskas gerai, reikia patikrinti, ar gerai sujungta atraminė plokštė pertraukiklio viduje su „mase“.
Situacijos vertinimą reikėtų pradėti nuo akumuliatoriaus įtampos patikrinimo. Tam galite naudoti paprasčiausią multimetrą, kurį galite įsigyti bet kurioje automobilių prekių parduotuvėje. Jei įtariate, kad akumuliatorius praranda darbines charakteristikas, pilnai jį įkraukite, palikite stovėti visą dieną ir po to dar kartą pamatuokite įtampą. Norėdami patikrinti generatorių, užveskite automobilį ir naudodami multimetrą pamatuokite įtampą tarp akumuliatoriaus gnybtų. Jei įtampa siekia nuo 13 iki 14,5 volto, generatorius krauna taip, kaip numatyta. Papildomai galima pamatuoti, ar generatorius užtikrina pakankamą srovę esant apkrovai. Jei įtampa nesiekia 13 voltų arba pastebimai svyruoja, galima įtarti generatoriaus gedimą. Automobilių elektrikai gali greitai nustatyti, ar gedimas susijęs su generatoriumi.
Automobilio elektros sistemos priežiūra ir eksploatacija
Elektros instaliacija automobilyje privalo būti tvarkinga, nuolat prižiūrima. Elektros laidai privalo būti automobilio gamintojo numatytoje vietoje, tinkamai pritvirtinti ir švarūs: be dulkių, purvo, tepalų ar techninių skysčių apnašo. Akumuliatorių baterija privalo būti techniškai tvarkinga. Tai reiškia, kad akumuliatorius parinktas pagal automobilio gamintojo nustatytus reikalavimus. Tikėtina, kad akumuliatorių baterijos gamintojas nurodys tą patį pasirinkimą. Akumuliatorius privalo būti pilnai įkrautas.
Tikrinama akumuliatoriaus baterijų elektrolito tankis aerometriniu matuokliu arba elektroniniu-optiniu matuokliu. Pilnai įkrautos akumuliatorių baterijos elektrolito tankis Lietuvos klimatinėmis sąlygomis privalo būti 1.27 ± 0.01 g/cm³, prie +20° C aplinkos temperatūros. Esant kitai temperatūrai elektrolito tankiui nustatyti reikia pasinaudoti koregavimo koeficientais. Elektrolito lygis turi būti 10 - 15mm virš separatoriaus. Akumuliatorius automobilyje turi būti švarus ir sausas, patikimai pritvirtintas jam skirtoje vietoje. Akumuliatoriaus gnybtams ir jų prijungimui prie automobilio elektros įrangos turi būti skiriamas ypatingas dėmesys. Iškrautą akumuliatorių reikia nedelsiant įkrauti, nes kitaip net įkrovus stacionariu įkrovikliu baterija neįgaus buvusio pajėgumo. Kartą per mėnesį reikėtų patikrinti elektrolito tankį. Jei tankis yra žemiau 1.21 g/cm³, būtina įkrauti akumuliatorių. Įkraunant akumuliatorių reikia išsukti baterijų ventiliacinių angų kamščius arba kitaip įsitikinti, kad kiekvienos atskiros baterijos ventiliacijos angos ir kanalai neužkimšti, tai yra pralaidūs įkrovimo metu gausiai išsiskiriančioms vandenilio dujoms. Pradėti įkrovimą rekomenduojama dešimt kartų mažesne srove nei akumuliatoriaus talpa (pvz., 60Ah talpos akumuliatoriaus įkrovimo srovė turėtų būti 6A). Įkrovimo metu aplinkos temperatūra (ir akumuliatoriaus) rekomenduojama ne žemesnė kaip 10° C. Stipriai iškrautą akumuliatorių tenka krauti apie 24 valandas.
Generatoriaus eksploatacinės sąlygos turi atitikti techninius reikalavimus, nurodytus automobilio gamintojo: generatoriaus pavaros dirželis turi būti reikiamo modelio ir tinkamai įtemptas. Nėra jokios taisyklės dėl generatoriaus patvarumo. Daug kas priklauso nuo gamintojo ir jo naudojamų sprendimų. Taip pat yra svarbi tiksli įrenginio vieta - pavyzdžiui, per žema vieta gali sukelti greitą generatoriaus užteršimą purvu, o tai prisidės prie greitesnio šio įtaiso gedimo.
Neleistina vykdyti pagalbinio kito automobilio variklio paleidimo (užvedimo nuo veikiančio automobilio generatoriaus), net tam skirtais laidais, kai jūsų automobilio variklis yra paleistas. Tai gali pažeisti abiejų automobilių elektros sistemas. Tik tvarkingas ir gerai veikiantis automobilio starteris nekels jums rūpesčių paleidžiant automobilio variklį net šaltą žiemą. Starterio įjungimų skaičius negali būti begalinis. Jeigu automobilio variklis pasileidžia sunkiai arba visai nepasileidžia, starterio įjungimo variklio paleidimui ribinis kiekis yra 3 kartai po 5-10 sekundžių su 1 minutės pertraukomis tarp bandymų.
tags: #automobilio #generatoriaus #maksimali #srove