Генераторы: как они устроены, и как их ремонтируют
Генераторы: как они устроены, и как их ремонтируют
Уважительное «геннадий» или панибратское «гена» неспроста написаны с маленькой буквы! Это не имя автослесаря, а шутливо-жаргонное прозвище электрогенератора – одного из важнейших узлов автомобиля, практически не изменившего свою конструкцию за несколько десятилетий. Давайте познакомимся с «геннадием» поближе, изучив его сильные и слабые стороны и поняв, с каких фронтов можно ждать сюрпризов по электрической части автомобиля.
«Дитя света»
А втомобильный генератор в современном понимании порожден любовью человечества к электрическому свету. Машины эпохи зари автомобилизма имели лишь простейший узел под названием «магнето» – миниатюрный генератор, совмещенный с прерывателем зажигания, интегрированный в корпус двигателя и выдающий исключительно высоковольтные импульсы для работы свечей. Ни лампу, ни какой-то иной потребитель электроэнергии к магнето подключить было нельзя, поэтому машины XIX века освещали дорогу карбидными лампами, в которых горел ацетилен – от двигателя внутреннего сгорания помощи ждать не приходилось.
Однако достаточно скоро стало очевидно, что двигатель автомобиля должен порождать больше электричества: не только для собственной работы, но и для работы внешних потребителей – фар, клаксона, измерительных приборов передней панели, зарядки батареи и тому подобного. Поэтому рядом с высоковольтной «искровой» обмоткой магнето появилась дополнительная обмотка – низковольтная, дающая бортовое напряжение. МАГнето + ДИНамО-машина = магдино. Так стали называться первые генераторы.
Но поскольку магнето и магдино традиционно встраиваются непосредственно в двигатель, мощность их ограничена небольшими габаритами. И как только стало ясно, что рост мощности генераторов неизбежен, «гена» стал внешним – он переехал на кронштейн на блоке цилиндров и вращение стал получать от внешней передачи – ременной, а иногда цепной или шестеренчатой.
Первые генераторы вырабатывали постоянный ток, однако после развития в середине ХХ века полупроводниковой промышленности и появления мощных выпрямительных диодов генераторы стали производить переменный ток, который затем выпрямлялся до постоянного диодными мостами. Смена типа тока позволила скачкообразно в несколько раз и понизить габариты и массу генераторов, и поднять их мощность.
Собственно, современный генератор практически идентичен тому, что стоял на машинах, разработанных и 10, и 20, и 30, и более лет тому назад. Двигатели и КПП год за годом усложняются, а едва ли не главный внешний электроагрегат остается практически неизменным. Его конструкция неидеальна, но являет собой золотой баланс свойств и стоимости. Появляются, правда, дополнительные узлы и усовершенствования – например, вместо элементарного шкива для ремня на генератор может устанавливаться обгонная муфта, как в стартерном бендиксе, или в обмотке статора увеличивается количество катушек и усложняется диодный мост, но большинство генераторов все же по-прежнему обходятся классической конструкцией.
Как устроен генератор
Две половинки корпуса, отлитые из алюминия, образуют «бочонок» и стянуты друг с другом болтами. Внутри «бочонка» расположена кольцевая обмотка – катушка статора, с которой мы снимаем переменное напряжение. Снаружи к этой обмотке подключен диодный мост, прикрытый пластиковой защитной полукрышкой и делающий из переменного напряжения постоянное. Через корпус генератора проходит ось – вал, вращающийся на двух подшипниках и приводимый в движение за шкив ремнем от коленвала двигателя.
На валу генератора установлен и вращается вместе с ним ротор с катушкой внутри – электромагнит. Через пару скользящих контактов и угольные щетки на него подает управляющий ток регулятор напряжения, следящий за тем, чтобы генератор выдавал на выходе 14 вольт – без регулятора величина напряжения будет зависеть от оборотов и способна достичь нескольких десятков вольт, опасных для 12-вольтового автомобильного электрооборудования.
Неисправности генератора
Генератор на большинстве машин достаточно прост по конструкции, и благодаря этому количество разновидностей его неисправностей невелико, а диагностика несложна. «Плавающих» проблем, которые затруднительно выловить и локализовать, в нем практически никогда не бывает.
Самые слабые узлы генератора – не механические, а электронные: это диодный мост, состоящий из шести мощных диодов, объединенных в три группы на алюминиевой пластине-радиаторе, и регулятор напряжения. Выходят из строя они из-за перегрузки (из-за систематической работы с перегрузкой от нештатных потребителей тока, если прикуривать чужую машину, не заглушив свой двигатель, или из-за короткого замыкания в банках аккумулятора), из-за появления микротрещин от постоянной смены подкапотной температуры в широких пределах и проникновения в трещины влаги, а также иногда и вовсе без видимых причин – с электроникой это случается… В регуляторе напряжения еще вдобавок со временем стачиваются графитовые щетки. При этом и диодный мост, и регулятор напряжения в сборе со щетками могут быть заменены на новые.
На втором месте по выходу из строя – подшипники. Их в генераторе два — более мощный и массивный передний, а также задний – меньших габаритов. Страдает чаще всего передний, поскольку на него приходятся и нагрузка от туго натянутого ремня, и проникновение пыли и влаги извне. Подшипники проявляют себя гулом и визгом, который исчезает, если завести мотор при снятом ремне генератора. Они также могут быть заменены новыми.
На третьем месте – более неприятные неисправности, хотя и, к счастью, более редкие. Могут сточиться до основания два медных колечка на валу – контакты для питания обмотки ротора, по которым скользят графитовые щетки регулятора напряжения. Колечки эти достаточно долговечны, поскольку пружины щеток слабенькие, но, отработав несколько комплектов щеток, кольца с годами могут прийти в негодность. В качестве запчастей встречаются не всегда, и для конкретной модели генератора их можно не найти… Если же купить удалось, то снимаются с вала они единым блоком (залиты в пластик), и одним блоком же ставятся новые.
Еще от старости может произойти разрушение изоляции проводов обмотки статора и возникнуть короткое замыкание между витками. Как правило, такое ремонтировать невыгодно, хотя в принципе перемотка возможна. Неисправности типа разрушения корпуса рассматривать, наверное, не стоит, хотя и они, безусловно, случаются, и, как ни странно, некоторые отечественные производители генераторов поставляют в розничную продажу половинки «бочонка».
Ремонт генератора
Теперь рассмотрим ремонт генератора на живом примере. Автомобиль ВАЗ-2115 приехал на сервис с проблемой отсутствия зарядки аккумулятора. Электрик, к его чести, не приговорил, не глядя (как это часто делается), диодный мост и регулятор скопом, а сперва проверил проводку к генератору, затем (не снимая генератор с машины) извлек из него регулятор напряжения и проверил его при помощи внешнего источника напряжения 15-16 вольт и нагрузочной лампы, сымитировав штатную работу – регулятор оказался исправен. Целыми оказались и щетки регулятора, контактные кольца на валу и обмотка ротора. После этого мастер посветил фонариком на диодный мост, увидел обугленный диод, сделал вывод о неисправности моста… и предложил полную замену генератора!
Почему? Все просто: на наш генератор, рожденный Ржевским заводом автотракторного электрооборудования ЭЛТРА, модели 5102.3771, устанавливается 80-амперный диодный мост МП13-80-3-2, который стоит в магазине… 909 рублей, и меняется он не так, как, скажем на старой-доброй «девятке», где это делалось при помощи отвертки и без снятия генератора с машины. В нашем случае мост меняется с использованием мощного паяльника, и генератор для этого, по-хорошему, должен лечь на верстак. Это изрядная возня, требующая к тому же определенной аккуратности. Мастер не захотел связываться с этим менее, чем за 2 000 рублей, и намекнул владельцу, что стоимость запчасти и ремонта почти в 3 000 рублей на генератор 2006 года выпуска выглядят бледно на фоне цены нового генератора в сборе в 4 450 рублей. Иначе говоря, можно за 3 000 починить, а можно за дополнительные 1 500 рублей к цене ремонта получить нового «гену» на гарантии, с новыми подшипниками, обмотками, гарантированно лишенными усталостных трещин лака, и так далее. Владелец согласился с такими доводами, и генератор был заменен на новый.
Вот такой неожиданный исход… Мы хотели понаблюдать за недорогим восстановительным ремонтом, а столкнулись с крупноузловой дорогостоящей заменой. Впрочем, ремонт уже завершен, машина восстановила подвижность и уехала, и у нас появилась возможность в спокойной обстановке внимательно взглянуть на генератор изнутри, изучить конструкцию и разобраться, прав ли был мастер. Более того, нам никто не запрещает починить его самостоятельно.
Генератор изнутри
Разборку генератора начинаем со снятия шкива с вала: 6-ручьевой шкив под поликлиновый ремень аккуратно зажимаем в тисках через алюминиевые прокладки и откручиваем гайку пневмогайковертом. Легкие следы замятия на шкиве не страшны, если они контролируемы и прогнозируемы – ни канавки, ни кромки не деформированы.
На валу виден паз под шпонку, однако шпонки самой нет, как нет и паза для нее в шкиве. На данном генераторе шкив крепится трением – затяжкой гайки с гровером с упором во внутреннее кольцо подшипника, а через него – в ротор.
Снимаем пластиковую «полукрышку», под которой прячутся диодный мост и регулятор напряжения. Видим, что мост неисправен – пробит как минимум один диод из шести. Это заметно даже без проверки тестером – видно, что диод обуглен.
Регулятор напряжения снимается легко – откручиванием двух гаек М8. Электрически его уже проверяли, визуально тоже видно, что щетки изношены незначительно. Продуваем, вытираем и откладываем в сторону.
Распространённые неисправности генератора
- износ или повреждение шкива;
- износ токосъемных щеток;
- износ коллектора (токосъемных колец);
- повреждение регулятора напряжения;
- замыкание витков статорной обмотки;
- износ или разрушение подшипника;
- повреждение выпрямителя (диодного моста);
- повреждение проводов зарядной цепи.
Автомобилисту очень полезно знать основные причины неисправностей генератора, способы их устранения, а также профилактические меры по предотвращению поломок.
Все генераторы подразделяются на генераторы переменного и постоянного тока. Современный легковой транспорт оснащается генераторами переменного тока с встроенным диодным мостом (выпрямителем). Последний необходим для преобразования тока в постоянный, на котором работают электропотребители автомобиля. Выпрямитель, как правило, находится в крышке или корпусе генератора и представляет с последним одно целое.
Все электроприборы автомобиля рассчитаны на строго определенный диапазон рабочих токов по напряжению. Как правило, рабочие напряжения — в диапазоне 13,8–14,7 В. Ввиду того, что генератор «привязан» ремнем к коленчатому валу двигателя, от разных оборотов и скорости движения автомобиля, он будет работать по-разному. Именно для сглаживания и регулирования выдаваемого тока предназначен реле-регулятор напряжения, играющего роль стабилизатора и предотвращающего как скачки, так и провалы рабочего напряжения. Современные генераторы снабжены встроенными интегральными регуляторами напряжения, в просторечье именуемые «шоколадкой» или «таблеткой».
Уже понятно, что любой генератор — это достаточно сложный агрегат, чрезвычайно важный для любого автомобиля.
7 неисправностей
Многолетнее использования динамомашин переменного тока в автомобилях без особых изменений в их конструкции позволяет выделить типовые неисправности.
Разрушение подшипников якоря
Механика всегда теоретически менее надёжна, чем электроника, поскольку подвержена износу даже при штатной работе. Более всего это связано с подшипниками ротора (якоря).
Обычно они небольшого размера, что связано со стремлением выполнить узел более компактным, поэтому работают на пределе своих возможностей. Замена смазки не предусмотрена, а заложенная заводом быстро стареет и вырабатывается из-за несовершенства уплотнений.
Начинается локальный перегрев беговых дорожек и шариков, усталостное выкрашивание металла (питтинг), появляются зазоры. Подшипники сначала воют, а потом и хрустят. Нужна немедленная замена, иначе разрушатся все прочие детали получившим непредусмотренную свободу ротором.
Износ щеток
Для передачи напряжения на обмотку возбуждения, расположенную в роторе, используются подвижные контакты в виде медных колец и прилегающих к ним угольных (графитовых) щёток.
Несмотря на низкий коэффициент трения, щётки изнашиваются, это компенсируется их значительной длиной и поджиманием пружинами. Но со временем весь запас вырабатывается, контакт пропадает, и обмотка якоря остаётся без питания. Генерация прекращается. Кроме того, щётки могут зависнуть из-за попадания в их зазоры продуктов износа и просто грязи.
Износ токосъемных колец
После неоднократной замены щёточного узла настаёт очередь коллекторных колец, которые значительно твёрже графита, но всё равно истираются. Результат будет в точности тем же, что и при износе щёток.
Выход из строя реле-регулятора напряжения
Современные регуляторы выполняются по интегральной технологии и размещены в едином со щётками легкосъёмном узле. Принципиально слабых мест в электронном реле нет, но температура, вибрации и некачественное исполнение вызовут отказ. При этом напряжение может как уменьшиться, так и возрасти, смотря что именно в схеме выгорает.
Межвитковое замыкание обмоток
Статор намотан достаточно толстым медным проводом с лаковой изоляцией. Если со временем лак потеряет прочность и произойдёт контакт между соседними витками, то образовавшийся короткозамкнутый участок начнёт забирать на себя значительную часть мощности генератора, перегреваться и снижать отдачу узла в целом.
Проявится это шумом, возможно, задымлением, и падением выходного напряжения с добавлением нагрузки.
Пробой или обрыв диодов выпрямительного моста
Выпрямление происходит по трёхфазной схеме, в нём участвуют шесть мощных кремниевых диодов. Они выдерживают достаточно высокую температуру, но плохо охлаждаются, и предел легко превышается. Постепенно происходит деградация кристалла, диод выходит из строя. Генератор резко теряет мощность.
В современных генераторах установлены дополнительные диоды для питания обмотки возбуждения. Они меньше нагружены, но и сами по себе рассчитаны на небольшие токи. Поэтому отказывают не реже основных.
Недостаточная мощность
Практически любая неисправность ведёт к понижению максимальной отдачи. Генератор может нормально работать с малыми нагрузками, но просаживает напряжение после включения мощных потребителей или снижения оборотов двигателя. Точно измерить мощность можно лишь на стенде.
Заключение
Как показывает практика, если вы занимаетесь самостоятельным ремонтом своего «железного коня», то в принципе, от большинства неисправностей можно избавиться своими силами. Важно с умом подойти к процедуре ремонта, чтобы не сделать еще хуже, эта рекомендация особенно актуальна для начинающих автолюбителей. Следует также отметить, что некоторые ремонтные процессы могут оказаться не эффективными с экономической точки зрения, к примеру, речь идет о замене обмотки статора. В данном случае наиболее целесообразно будет произвести замену ГУ полностью. Если вы сомневаетесь в своих силах, лучше доверьте процедуру ремонта специалистам.
