Плавает напряжение генератора от оборотов двигателя

Важные моменты

Напряжение (U) и емкость АКБ автомобиля — главные параметры, на которые необходимо уделять внимание при выборе и проверке источника питания.

Главным назначением аккумулятора является пуск двигателя в период, когда генератор машины еще не подключился к работе, а АКБ является единственным источником питания.

Чтобы исключить проблемы в эксплуатации, автовладелец должен знать следующие моменты:

• От чего зависит ресурс аккумуляторной батареи;
• Каким должно быть напряжение (в обычном режиме, после пуска двигателя и под нагрузкой);
• Чем вызвано снижение емкости в холодное время года и прочие моменты.

Рассмотрим эти вопросы подробно.

От чего зависит срок годности АКБ?

Каждый производитель после изготовления батареи устанавливает гарантийный срок ее эксплуатации.

Кроме этого параметра, существует и фактический период, зависящий от многих факторов — своевременности обслуживания, соблюдения правил эксплуатации, состояния электропроводки и прочих моментов.

Из-за того, что условия обслуживания АКБ отличаются, различается и срок годности изделия.

У автовладельцев, которые эксплуатируют машину только в теплое время года, аккумулятор живет дольше всего. Другое дело, когда автомобиль нужен круглый год, вне зависимости от температуры на улице.

В такой ситуации срок годности АКБ снижается. Это вызвано и тем, что во втором случае водитель может накатать больший километраж.

Также на ресурс аккумулятора влияет:

• Исправность и правильность работы генератора и регулятора напряжения.
• Подключение к электропроводке автомобиля дополнительного оборудования, имеющего большой номинальный ток.
• Режим эксплуатации. Меньше всего «живут» аккумуляторные батареи на такси, которые прохаживают большой километраж в течение года. Кроме того, такие автомобили работают в режиме частого пуска двигателя, что создает нагрузку на АКБ и генератор. При активном применении транспортного средства срок службы источника питания не превышает 1,5 лет.

При обычном режиме эксплуатации, когда автовладелец регулярно проверяет аккумулятор и проводит ТО, ресурс батареи составляет 4-5 лет при общем пробеге за этот период в 60-80 тысяч километров.

Чтобы избежать проблем, желательно периодически проверять напряжение генератора и аккумулятора.

Но упомянутый срок службы не наивысший, ведь при аккуратном обслуживании АКБ может проработать до восьми лет.

Но стоит знать, что рано или поздно замена аккумулятора потребуется, ведь с момента начала эксплуатации рабочие пластины постепенно изнашиваются. Чем больше циклов заряда и разрядки проходит батарея, тем быстрее она выходит из строя.

Практика показывает, что ключевую роль играет генератор, его исправность и текущее напряжение. Вот почему этому аспекту необходимо уделять ключевое внимание.

Расчет трехфазного генератора на постоянных магнитах

• Главная
• >Изготовление генераторов

Напряжение и ток от генератора зависит от множества факторов, таких как обороты генератора, мощность магнитов, скорость движения магнитов на роторе, количество витков в обмотках участвующих в выработке электричества за единицу времени и др. Основным показателем в выработке напряжения является линейная скорость движения магнитов, которая зависит от оборотов генератора и длинны окружности по которой эти магниты вращаются.

Напряжение генератора переменного тока прямо пропорционально скорости движения магнитов, и соответственно оборотом генератора. То-есть если обороты увеличились в два раза, то и напряжение соответственно увеличится в два раза.

Чтобы вычислить напряжение генератора на определенных оборотах нужно магнитную индукцию магнитов (Тл) умножить на активную длину проводника (м), и умножить на скорость движения магнитов (м/с). Формула расчета выглядит так.

>

E=B·V·L где: Е-напряжение генератора (V). B-магнитная индукция (Тл). V-скорость движения магнитов (м/с). L-активная длина проводника (м).

Формула очень простая, скорость магнитов вычислить легко, достаточно вычислить длину окружности и умножить на количество оборотов генератора. Активная длинна проводника это та часть которую перекрывают магниты. А вот индукцию магнитов можно только измерить или вычислить путем прокрутки готового генератора. Если индукция магнитов не известна то ее можно брать равной 0,8Тл. Это значение справедливо для аксиальных генераторов где расстояние между магнитами равно толщине самих магнитов. У генераторов с железными статорами не все так однозначно, но тоже при использовании разумной толщины магнитов (3-5мм) индукция в зазоре будет примерно 0,8Тл.

Пример расчета генератора

Например у нас планируется изготовление трехфазного аксиального генератора на постоянных магнитах. Магниты 40*20*5мм., количество магнитов по 12 на диске. Катушек у нас 18, в каждой катушке по 70 витков, намотанных проводом 1мм. Диаметр ротора 27см.
Так-как высота магнитов 40мм, то значит и активная длинна в катушках 40мм или 0,04м. За один оборот генератора магниты продавливают расстояние (L=2πr) 27/2*3,14=84,78см. Получается за один оборот магниты преодолеют 0,84м. Возьмем формулу выше E=B·V·L и подставим значения.

0,8*0,84*0,04=0,02V, это означает что при скорости вращения 1об/с или 60об/м напряжение одного витка катушки составит 0,02 вольта.

Чтобы узнать напряжение фазы генератора нужно посчитать количество витков. Из информации выше известно что в генераторе 18 катушек по 70 витков, значит в фазе 6 катушек. 6*70=420витков. теперь 420*0,02=8,4вольта. Таким образом мы знаем что напряжение фазы при 60об/м равно 8,4вольта. Если фазы генератора соединить в звезду то напряжение поднимется в 1,7раза, это значит 8,4*1,7=12,28вольта. Вот так вычисляется напряжение генератора. Так-как напряжение генератора пропорционально скорости движения магнитов, то при 60об/м=12,2вольта, при 120об/м=24,4вольта, при 180об/м=36,6вольта, и так далее.

Еще момент: Но если на бумаге начертить схему расположения магнитов и катушек в этом генераторе, то будет видно что магниты перекрывают лишь половину катушек фазы, это значит что не все сразу витки катушек фаз участвуют в выработке энергии. И это надо учитывать, выше написано что в фазе 420 витков, но только половина из них перекрывается магнитами значит всего 210витков будет вырабатывать напряжение. А это получается 420/2=210*0,02=4,2вольта при 60об/м с фазы, если фазы соединить в звезду, то 4,2*1,7=7,14 вольта. Площадь магнитов тоже не маловажный фактор.

Как вычислить силу тока генератора.

Зная напряжение генератора и сопротивление его катушек можно легко вычислить силу тока. Но сопротивление нам не известно, его можно вычислить исходя из длинны проводника и толщины провода. Чтобы вычислить силу тока на аккумулятор 12 вольт нужно от напряжения генератора отнять напряжение аккумулятора и полученную сумму разделить на общее сопротивление генератора+аккумулятора.
>

Формула расчета силы тока выглядит так, Ug-Ua=U/(R+r)=I, где Ug-напряжение генератора без нагрузки, Ua-напряжение аккумулятора, U-разность напряжений, (R+r)-общее сопротивление всех элементов в цепи, I -сила тока.

Можно посчитать какой ток выдаст генератор на аккумулятор, но не известно сопротивление фазы. Тогда можно сопротивление вычислить. Если в генераторе катушки намотаны проводом 1мм, а средняя длинна витка в катушке 0,08м, а витков в катушках по 70. Получается 420*0,08=33,6метра. Сопротивление 1м провода толщиной 1мм равно 0,0224Ом значит 33,6*0,0224=0,75Ом. Сопротивление фазы равно 0,75Ом, чтобы узнать сопротивление всего генератора при соединении звезду нужно сопротивление умножить на 1,7 получится 0,75*1,7=1,27Ом. Теперь когда известно сопротивление можно посчитать ток генератора.

Например нам надо узнать какой ток генератор выдаст на аккумулятор 14 вольт при 300об/м. Тогда от напряжения генератора 44,4вольта (7,4*6) нужно отнять напряжение аккумулятора 14 вольт и разделить на сопротивление генератора 44,4-14=30.4/1,27=23А. Получается что ток на аккумулятор составит 23А.

Но в реальности ток будет меньше потому что не учтено сопротивление аккумулятора, оно хоть и небольшое, но присутствует. Так-же сопротивление соединяющих проводов, например если провода 20 метров и он тонкий то это существенное сопротивление. Так-же есть еще активное и реактивное сопротивление генератора, которое может быть достаточно большим и значимым.

Из-за активного и реактивного генератора падает общий КПД самого генератора, так-как на внутреннем сопротивлении теряется мощность ( нагрев катушек и т.п.). Поэтому в реальности сила тока будет меньше. На малых оборотах и при небольшом токе можно КПД генератора брать около 0,8мм, тогда 23*0,8=18,4Ампер.В среднем из-за разных других потерь рекомендуют брать средний КПД около 0,5, тогда в реальности будет 23*0,5=11,5Ампер, но все же основной показатель это сопротивление генератора.

В общем для примерного расчета генератора нужны всего две основные формулы, это формула расчета напряжения генератора, и формула расчета силы тока генератора.

Конечно, как я уже упоминал здесь учитывается не все моменты от которых зависит напряжение и ток генератора, но основные моменты, от которых координатно зависят характеристики генератора здесь учтены. Если вооружиться этими двумя формулами и проверить готовые генераторы, все параметры которых известны, то результаты будут очень близки к реальным генераторам. Перед написанием статьи я проверил так-же и свои генераторы, если брать КПД 50% то данные практически совпадают, разброс на разных оборотах 10-20%.

Если возникли вопросы, или вы заметили неточности, то оставляйте комментарии под этой статьей.

Какое напряжение генератора считается нормой?

Чтобы проверить напряжение генератора, необходимо завести мотор и отключить всю нагрузку. В этом случае мультиметр должен показывать 14.3 -15,5 Вольт (смотрите видео в конце статьи). Допускается отклонение на 0,1 Вольта в одну и другую сторону.

После этого необходимо поочередно подключать потребителей и проверять напряжение генератора.

В идеале оно должно «подсесть» где-то на 0,2 Вольта при включении каждой новой нагрузки. При этом общее U не должно опуститься ниже уровня 12,8 Вольт. В противном случае АКБ разрядится.

Минимальный параметр напряжения на входе батареи

При проверке параметров генератора стоит брать во внимание характеристики самого АКБ.

Многие автовладельцы интересуются, каким должно быть напряжение на выходе аккумулятора для нормального пуска двигателя.

Точного ответа здесь нет, но средний параметр должен составлять 12,6-12,7 В. В зависимости от условий эксплуатации этот показатель может корректироваться.

Некоторые производители уверяют, что их продукт имеет напряжение 13-13,2 Вольт. Этот параметр реален, но не стоит измерять напряжение сразу после подзарядки генератором или ЗУ.

Перед проведением работы желательно выждать 1-2 часа. В этом случае U должно опуститься до уровня 12,7-13 В.

Если этот параметр начинает «плавать» или опускается ниже 12 В, это говорит о разряде батареи на 50% или неисправности генератора.

Здесь рекомендуется проверка цепи зарядки или применение внешнего зарядного устройства.

Если продолжать эксплуатацию батареи в этом состоянии, возникает сульфатация свинцовых пластин, что уменьшает работоспособность АКБ и уменьшает срок ее службы.

На практике такое снижение напряжение не является критичным, ведь запустить батарею еще можно, а дальше генератор производит подзарядку до необходимого уровня.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Ремонт генератора своими руками

Главное — убедиться в исправности цепи заряда и увеличении напряжении на выводах аккумуляторной батареи.

Если U на выходе опустилось ниже 11,6 В, можно говорить о полном разряде источника питания.

Дальнейшее применение батареи в этом случае невозможно — ее необходимо снимать, выполнить проверку исправности и обеспечить заряд от внешнего устройства.

С учетом сказанного выше можно делать вывод, что напряжение на АКБ при исправном генераторе должно составлять (при заглушенном моторе) 12,6-13,2 В. На практике этот параметр немного ниже и составляет 12,3-12,5 В.

Такое напряжение свидетельствует о незначительном недозарядке АКБ. В этом нет ничего страшного. Главное — не допускать уменьшение U ниже 12 В.

Генератор выдает недостаточное напряжение. Что делать?

Недостаточный уровень зарядки автомобильного аккумулятора является причиной отказа запуска двигателя. В темное время суток недостаточное напряжение на выходе генератора может привести к остановке двигателя во время движения. Если индикаторная лампа зарядки аккумулятора на приборной панели начинает моргать, либо постоянно светиться в процессе работы двигателя, следует немедленно измерить напряжение генератора, подаваемое для заряда АКБ. Также следует измерить напряжение на аккумуляторе при заведенном двигателе.

Причины низкого напряжения, методы контроля и ремонта

Напряжение, подаваемое на аккумуляторную батарею в время работы силового агрегата должно быть в пределах от 13,2 до 15,0 Вольт. Если оно больше 15 Вольт, возможен перезаряд аккумуляторной батареи, выход из строя электронных устройств автомобиля и дополнительных устройств. Если напряжение менее 13 Вольт, аккумулятор неэффективно заряжается, при включении мощных энергопотребителей авто, возможно экстремальное падение бортовой сети. Если менее 12 вольт – АКБ не заряжается вообще.

1. Слабое натяжение ремня.

Часто такая причина сопровождается свистом ременной передачи. Также возможно попадание на зоны ременной передачи (шкивы, ролики) смазочных материалов, других жидкостей. Следует с помощью неагрессивных растворителей очистить ремень. Также необходимо подтянуть ремень. Уровень «провисания» ремня на длинном свободном участке при надавливании на него большим пальцем должен быть в пределах от 0,5 до 1,0 сантиметров. Перенатяжение также опасно: это приводит к преждевременному выходу из строя роликов, подшипников и втулок.

2. Выход из строя «таблетки» (шоколадки) генератора

. Так иногда называют реле-регулятор напряжения. Обычно она ремонту не подлежит, ее следует менять на аналогичную. Во многих случаях замену регулятора можно произвести без демонтажа генератора.

3. Износ щеток генератора.

Иногда они входят в систему реле-регулятора, и заменяются совместно с ним. Остаточная длина щеток должна быть не менее 7 миллиметров, если менее, их заменяют.

Напряжение генератора на ХХ

Для проверки работоспособности генератора необходимо завести двигатель и измерить напряжение на клеммах АКБ. Нормальное U составляет 13,5-14 В.

Если этот параметр возрастает выше 14,2 В, можно сделать вывод о снижении заряда батареи и переходе генератора в усиленный режим заряда.

Такая ситуация возникает в редких случаях, когда аккумулятор разрядился из-за длительного простоя на холоде или подключенной нагрузки.

Возможны ситуации, когда электроника автомобиля не допускает повышения напряжения генератора, опираясь на температуру окружающего воздуха.

Повышение уровня U, которое поступает на АКБ от генератора, не критично. Если электрооборудование машины исправно, уже через 5-10 минут напряжение заряда снизится до необходимого уровня в 13,5-14,0 Вольт.

В случае, когда U не снижается, необходимо приступать к ремонту цепи питания или генератора. В противном случае дело закончится выкипевшим электролитом.

Если при работающем моторе на ХХ генератор выдает напряжение 13,0-13,4 В, это свидетельствует о проблемах с АКБ (последний не берет часть заряда).

В такой ситуации стоит выполнить проверку генератора при включении всех потребителей — фар, музыки, кондиционера и прочих. Об этом поговорим ниже.

Как ее решить?

Единственное, что может стать причиной подобного поведения генератора — это реле-регулятор напряжения в паре со щетками. Щетки в процессе трения, если они сильно изношены, теряют контакт с контактными кольцами и зарядка пропадает. Щетки мы решили снять и осмотреть. Остаточная длина должна быть не менее 5 миллиметров. Но самый лучший индикатор — рабочая часть должна блестеть и иметь соответствующие полосы.

Клиент привез новые щетки, мы заменили их за 5 минут и о чудо! Зарядка стала стабильной и лампочка загораться перестала. Клиент доволен, хотя бы в недоумении, что мы отказались менять ему диодный мост.

Фото взяты из свободных источников!

Источник

Напряжение генератора под нагрузкой

Чтобы убедиться в работоспособности источника питания, рекомендуется выполнить проверку под нагрузкой.

Для начала вспомним, что напряжение бывает трех видов:

• Номинальным — указывается в инструкции по эксплуатации. Оно составляет 12 Вольт. Этот показатель далек от реального значения U.
• Фактическим. Здесь речь идет о параметре напряжения после установки, подключения и начала пользования АКБ автомобиля. В среднем этот параметр 12.6-13,2 В (об этом упоминалось выше).
• Под нагрузкой. Здесь параметр напряжения, которое выдается генератором, может меняться.

Наличие нагрузки позволяет убедиться в исправности аккумулятора и генератора.

С виду исправная батарея, имеющая на выходе 12 В, может существенно «подсаживаться» после включения потребителей. В процессе проверки применяется дополнительное устройство — нагрузочная вилка, позволяющая обеспечить повышенную нагрузку на АКБ.

Приведем пример.

Если емкость вашего аккумулятора составляет 60 мА*ч, величина нагрузки должна быть равна 120 А. Продолжительность подключения — 3-5 секунд.

Об исправности источника питания можно говорить, если напряжение не опускается ниже 9 Вольт. Если же параметр снизился до 5-6 В, это свидетельствует о полном разряде АКБ. После проверки под нагрузкой напряжение должно вернуться до уровня 12,2-12,4 В.

При обнаружении сильной просадки необходимо проверить АКБ, а после еще раз повторить эксперимент с вилкой. При отсутствии просадки можно говорить об исправности батареи.

Для проверки генератора можно поступить следующим образом — завести машину, включить максимум потребителей, после чего выполнить измерение. Напряжение должно быть 13,5-14 В.

Если оно ниже, это свидетельствует о выходе из строя генератора. Нижним критичным пределом является 13,0 В.

Если напряжение генератора автомобиля сильно низкое, не торопитесь делать выводы — убедитесь, что контакты на АКБ не окислились. Если это так, протрите их с помощью шкурки.

Проверить генератор с помощью мультиметра

Если возникнет проблема, проверить генератор достаточно легко. Зарядное напряжение генератора проверяется мультиметром:

1. Установите на мультиметре диапазон напряжения (до 15 или 20 В);

2. Подключите черный щуп к минусовой клемме АКБ, а красным щупом касаемся «плюса»;

3. При выключенном двигателе напряжение автомобильного аккумулятора должно составлять от 12,2 до 13,6 вольт (если напряжение значительно ниже, то есть ниже 12 вольт, рекомендуется осуществить зарядку с помощью зарядного устройства);

4. Включите двигатель, напряжение зарядки должно возрасти и быть от 13,4 до 14,8 В на холостом ходу;

5. Затем повторите измерение на оборотах 4 000 об/мин, напряжение должно оставаться постоянным.

Если напряжение не поднимается до указанных значений при включенном двигателе (через несколько секунд), это указывает на неисправность генератора. Чтобы исключить повреждение проводки, можно проверить измерения на контактах генератора. Если есть явная разница, необходимо проверить проводку! Если напряжение заметно превышает значение, измеренное на холостом ходу и при 4 000 об/мин, это указывает на неисправность регулятора генератора. В этом случае аккумулятор может перегреться и повредить бортовую электронику.

Напряжение на генераторе для зарядки АКБ

Не секрет, что при заряде аккумулятора с помощью стационарного ЗУ напряжение на входе должно быть около 18 В.

Одновременно с этим необходимо следить за уровнем напряжения на клеммах АКБ. Как только U перестает расти, можно говорить о полном заряде. Если продолжить процесс, возможно «кипение» электролита.

После пуска двигателя зарядный ток находится на уровне 5-10 Ампер (иногда больше), но через несколько минут он снижается до 1-3 А, что считается оптимальным параметром для АКБ.

Косвенным показателем нормального режима работы генератора считается напряжение на выводах через несколько минут после пуска мотора. Этот показатель должен быть на уровне 13,9-14,2 В.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как заменить реле-регулятор и генератор на Лада Калина

Его величина во многом зависит от климатических условий, в которых эксплуатируется транспортное средство.

Описание проблемы

Клиент жалуется на то, что время от времени у него загоралась лампочка заряда АКБ. Автомобиль ВАЗ 2114 с 8-ми клапанным двигателем. Пока мы делали диагностику он все время твердил про диодный мост, но мост тут совершенно не причем.

Подключаем вольтметр и замеряем напряжение при работе двигателя. Все в норме, но через минуту начинаются скачки: то 12 Вольт, то 13, после включения ближнего света, скачки стали проявляться еще чаще. Естественно, все это шло не на пользу аккумулятору и бортовой сети.

Пара слов об электролите

Одним из главных показателей, по которым можно судить об исправности батареи, является уровень электролита. Именно от него зависит напряжение источника питания при различных режимах работы.

В процессе разрядки аккумулятора происходит расход кислоты, доля которой в общем объеме жидкости составляет третью часть (35-36%).

Результатом является уменьшение плотности жидкости. Когда производится зарядка батареи, происходит обратный процесс.

В такой ситуации вода расходуется, а кислота, наоборот, образовывается. Как результат, плотность электролита увеличивается.

В обычном состоянии, когда напряжение на АКБ равно 12,7 В, плотность составляет 1,27 г/куб.см. При этом все параметры напрямую зависят друг от друга.