Генератор, являясь основным источником электрической энергии на автомобиле, служит для питания всех ее потребителей и заряда аккумуляторной батареи при средней и большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.
На современных легковых автомобилях устанавливают генераторы переменного тока, что вызвано преимуществами их конструкции перед конструкцией генераторов постоянного тока: меньшая масса при той же мощности, больший срок службы, меньший расход меди (в 2...2,5 раза), возможность повышать передаточное число от двигателя к генератору до 2,5...3,0. В этом случае на оборотах холостого хода двигателя генератор отдает до 25...50 % своей мощности, улучшая условия заряда аккумуляторной батареи на автомобиле, а следовательно, и увеличивая срок ее службы.
Генератор переменного тока легковых автомобилей (рис. 39) состоит из ротора, статора 21, крышки 1 со стороны контактных колец, крышки 19 со стороны привода, шкива 15 с вентилятором и щеткодержателя с регулятором напряжения 12. Крышки вместе со статором стянуты четырьмя стяжными болтами.
Рис. 39. Генератор: 1 — крышка со стороны контактных колец, 2 — выпрямительный блок, 3 — вентиль (диод) выпрямительного блока, 4 — винт крепления выпрямительного блока, 5 — контактное кольцо, 6 — задний шарикоподшипник, 7 — конденсатор, 8 — вал ротора, 9 — вывод «30» генератора, 10 — вывод «61» генератора, 11 — вывод «В» регулятора напряжения, 12 — регулятор напряжений, 13 — щетка, 14 — шпилька крепления генератора к натяжной планке, 15 — шкив с вентилятором, 16 — полюсной наконечник ротора, 17 — дистанционная втулка, 18 — передний шарикоподшипник, 19 — крышка со стороны привода, 20 — обмотка ротора, 21 — статор, 22 — обмотка статора, 23 — полюсной наконечник ротора, 24 — буферная втулка, 25 — втулка, 26 — поджимная втулка.
На рифленую поверхность вала 8 ротора напрессованы клювообразные полюса 16, 23 и стальная втулка, образующие магнитную систему ротора. Между полюсами в пластмассовом каркасе находится обмотка 20 ротора, называемая обмоткой возбуждения. Концы обмотки выведены через отверстия в полюсе 23 и припаяны к медным контактным кольцам 5. Пластмассовая втулка с контактными кольцами также напрессованы на вал.
Ротор вращается в двух шариковых подшипниках 6 и 18 закрытого типа, заполненных при изготовлении специальной смазкой, достаточной на весь срок службы генератора.
Сердечник статора 21 набран из пластин электротехнической стали, в четырех местах соединенных электросваркой. На внутренней поверхности статора имеется 36 пазов полузакрытой формы, изолированных фторопластовой пленкой. В пазах уложена трехфазная обмотка статора, соединенная в звезду без вывода нулевой точки.
Крышки 1 и 19 генератора отлиты из алюминиевого сплава и имеют вентиляционные окна для охлаждения воздухом обмотки статора и выпрямителя. Воздух засасывается в окна крышки проходит между статором и ротором и через окна крышки 19 крыльчаткой вентилятора выбрасывается наружу. Детали шкива и вентилятора изготавливаются штамповкой из тонколистовой стали.
На крышке 1 генератора винтом закреплен узел, состоящий из регулятора напряжения 12 и щеткодержателя. Через щетки, прижатые пружинами к контактным кольцам ротора, подводится ток к обмотке возбуждения. Одна из щеток соединена с выводом «В» регулятора напряжения, а другая — с выводом «Ш». Регулятор напряжения — микроэлектронный, малогабаритный. Он представляет собой неразборный и нерегулируемый узел и в случае выхода из строя заменяется новым.
Детали выпрямителя также закреплены на крышке 1 генератора. Выпрямитель собран по трехфазной мостовой схеме из шести кремниевых вентилей типа ВА-20 — полупроводниковых приборов, пропускающих ток только в одном направлении. Они находятся в специальном выпрямительном блоке 2.
Для защиты электронного оборудования автомобиля от импульсов напряжения в бортовой сети, а также для снижения помех радиоприему устанавливается конденсатор 7.
Работа генератора происходит при включении зажигания, когда ток от аккумуляторной батареи поступает в обмотку возбуждения, установленную на роторе. При вращении ротора его магнитный поток пересекает витки обмоток статора, и в них индуктируется переменный ток, который затем выпрямляется и поступает на внешнюю цепь. Когда напряжение, вырабатываемое генератором, станет больше, чем напряжение аккумуляторной батареи, ток от генератора пойдет на заряд батареи и на питание других потребителей системы электрооборудования. В обмотку возбуждения генератора в это время ток поступает тоже от генератора, а не от аккумуляторной батареи.
Напряжение генератора с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя и связанного с ним ротора генератора возрастает. При высокой частоте вращения ротора, когда напряжение генератора становится более 13,6... 14,6 В, регулятор напряжения 12 запирается и ток через обмотку возбуждения не проходит. Напряжение генератора падает, регулятор отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения. Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше времени регулятор находится в запертом состоянии и, следовательно, тем ниже напряжение на выходе генератора. Процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой, поэтому колебания напряжения на выходе генератора незаметны.
Реле-регуляторы предназначены для поддержания постоянного уровня напряжения, вырабатываемого генератором, и ограничения тока. На автомобилях ЗАЗ-968 и ГАЗ-24 реле-регуляторы устанавливают отдельно от генераторов. На автомобиле ЗАЗ-968 применен регулятор вибрационного типа, на ГАЗ-34 — транзисторный. Принцип работы обоих регуляторов одинаков.
При невысокой частоте вращения коленчатого вала двигателя, когда напряжение генератора ниже 14...15 В, ток в обмотку возбуждения поступает, минуя добавочный резистор (сопротивление). Когда напряжение генератора повысится до 14...15 В, резистор включается в цепь обмотки возбуждения, в результате чего ее сопротивление увеличивается, уменьшаются ток в ней и создаваемое магнитное поле. Как следствие этого напряжение генератора снижается, дополнительный резистор отключается, после чего процесс повторяется.
Таким образом, благодаря периодическому включению и выключению дополнительного резистора в цепь обмотки возбуждения напряжение генератора поддерживается постоянным в заданных пределах независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя и определяется соотношением времени замкнутого и разомкнутого состояния контактов регулятора напряжения (вибрационный регулятор) или открытого и закрытого состояния транзистора (транзисторный регулятор).