Генератор (двигатели ВАЗ и УЗАМ) Москвич 2141 с 1986 по 2001 год

Генератор (двигатели ВАЗ и УЗАМ)

Общие сведения

На двигателях ВАЗ и УЗАМ установлены генераторы соответственно Г222 (или 37.3701) и 581.3701 (или 58.3701). Они представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину переменного тока с электромагнитным возбуждением, встроенным кремниевым выпрямителем и малогабаритным интегральным регулятором напряжения (ИРН).

Оба генератора по устройству и принципу действия идентичны. Их конструктивные различия связаны со способом крепления на двигателе и подключения соединительных проводов. Поэтому конструкция генераторов рассматривается на примере генератора 581.3701 (см. рисунок 9.6).

Рисунок 9.6. Генератор 581.3710:

1. статор;
2. крышки;
3. задний подшипник;
4. крышка подшипника;
5. щеткодержатель с регулятором напряжения;
6. пружинные шайбы;
7. специальный болт;
8. ротор;
9. втулка;
10. шпонка;
11. гайка;
12. пружинные шайбы;
13. шкив;
14. вентилятор;
15. передний подшипник;
16. крышки.

Техническая характеристика генераторов приведена в таблице 9.6.

Таблица 9.6. Характеристика генераторов

Возможные неисправности генераторов, их причины и способы устранения приведены в таблице 9.7.

Таблица 9.7. Возможные неисправности генераторов

Устройство генератора

Статор генератора 581.3701 представляет собой пакет пластин из электротехнической стали, соединенных сваркой, в пазы которого заложена трехфазная обмотка. Концы обмоток фаз, соединенных между собой звездой, присоединены к выпрямительному блоку. Электрическая схема генератора показана на рисунке 9.7. С помощью четырех стяжных винтов к статору генератора привернуты передняя и задняя алюминиевые крышки с установленными в них шариковыми подшипниками, в которых вращается вал ротора.

Рисунок 9.7. Электрическая схема генератора 581.3701:

1. конденсатор;
2. выпрямительный блок;
3. регулятор напряжения.

Подшипники - закрытого типа, не требующие дополнительной смазки в эксплуатации. На валу ротора на шпонке укреплены шкив с крыльчаткой вентилятора, зафиксированные в осевом направлении гайкой с пружинной шайбой.

Обмотка возбуждения генератора расположена в двух клювообразных полюсных наконечниках ротора, напрессованных на вал до упора в торцы стальной распорной втулки. На валу ротора установлены медные контактные кольца, к которым припаяны концы обмотки возбуждения. Через кольца с помощью скользящих по ним щеток при включении зажигания в обмотку возбуждения подается электрический ток.

К задней крышке изнутри прикреплен выпрямительный блок, состоящий их двух пластин, в которых установлено шесть кремниевых диодов. Изолированная пластина закреплена клеммовым болтом с маркировкой «+», а неизолированная - винтами, ввернутыми в тело крышки.

Снаружи на задней крышке генератора установлен регулятор напряжения, собранный в единый узел с пластмассовым щеткодержателем. В щеткодержателе расположены две щетки марки М1, прижатые пружинами к контактным кольцам ротора. Токопроводящие канатики щеток приварены к токоведущим шинам щеткодержателя. При затяжке винтов, крепящих ИРН на щеткодержателе, изолированные выводы «В» и «Ш» регулятора прижимаются и контактируют с соответствующими шинами щеткодержателя. Минус регулятора, выведенный на его металлическое основание, соединяется с крышкой (массой) генератора через металлический кожух при затяжке болтов крепления ИРН и щеточного узла на крышке генератора.

С помощью ИРН, изменяющего силу тока в обмотке возбуждения, автоматически поддерживается в заданных пределах напряжение на выводной клемме «+» генератора (см. рисунок 9.8).

Рисунок 9.8. Схема подключения генератора в систему электрооборудования автомобиля:

1. аккумуляторная батарея;
2. генератор;
3. монтажный блок;
4. выключатель зажигания;
5. вольтметр.

Регулятор напряжения

Совместно с генератором Г222 работает регулятор Я112-В, а с генератором 581.3701 - регулятор Я112-А. У них одинаковый принцип работы и различаются они отдельными конструктивными элементами и способа подсоединения к системе электрооборудования.

На рисунке 9.9 показана принципиальная схема интегрального регулятора напряжения Я112-А. Регулятор выполнен на базе гибридной интегральной схемы и размещен в пластмассовом корпусе на металлическом основании. При включении зажигания электрический ток проходит через клемму «Ш» щеточного узла генератора, щетку, обмотку возбуждения генератора, вторую щетку, клемму «Ш» регулятора, резисторы R7 и R8, коллекторно-эмиттерный переход регулирующего транзистора V5 и массу. Напряжение генератора должно поддерживаться 13,5-14,8 В при изменении силы тока нагрузки в предела 5-32 А, частоты вращения ротора генератора 3000-10 000 oб/мин и температуры окружающей среды от -25 до +70 °C.

Рисунок 9.9. Электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я112-A

При достижении генератором напряжения соответствующего заданному значению, на резисторе R2 напряжение достигнет значения, при котором происходит пробой стабилитрона V1, после чего управляющий транзистор открывается, что, в свою очередь, приводит к запиранию регулирующего транзистора V5. Сила тока в обмотке возбуждения генератора снижается, соответственно падает выходное напряжение тока. Стабилизатор снова запирается, и схема регулятора переходит в исходное состояние. Напряжение генератора вновь возрастает, и процесс повторяется. Регулирование напряжения происходит с большой частотой, заданный уровень напряжения поддерживается автоматически за счет изменения соотношения времени открытого и закрытого состояния регулирующего транзистора.

Техническое обслуживание генератора

Генератор необходимо содержать в чистоте, следить за его исправильностью по показаниям вольтметра, входящего в комбинацию приборов, и немедленно устранять причины нарушений в работе.

При работе генератора на средних эксплуатационных частотах вращения стрелка вольтметра должна находиться в правой части белой зоны шкалы прибора. Раздел между белой и красной зонами шкалы соответствует напряжению в цепи, равному 15 В, а раздел между белой и желтой зонами соответствует 12 В. Если после запуска двигателя и увеличения частоты вращения коленчатого вала стрелка вольтметра не отклоняется вправо к краю белой зоны, значит отсутствует зарядный ток в цепи и питание потребителей происходит только за счет энергии аккумуляторной батареи. Дальнейшая эксплуатация при этом недопустима из-за чрезмерного разряда аккумуляторной батареи и отказа запуска двигателя стартером.

Вялое отклонение стрелки вольтметра с запаздыванием по времени относительно увеличения частоты вращения обычно связано с пробуксовкой приводного ремня генератора приводящей к нарушению заряда и выходу из строя аккумуляторной батареи.

Отклонение стрелки влево при включении нескольких энергоемких потребителей на средних частотах вращения коленчатого вала двигателя связано с нарушением нагрузочной характеристики генератора из-за дефектов его деталей или выпрямительного блока. Через каждые 10 тыс. км пробега автомобиля рекомендуется проверить и при необходимости подтянуть крепление кронштейнов к двигателю, а также крышек генератора к кронштейнам. Надо проверить натяжение приводного ремня, надежность крепления и чистоту наконечников проводов в местах подсоединения к генератору, ИРН и аккумуляторной батарее.

После каждых 60 тыс. км пробега также следует: продуть генератор сжатым воздухом для удаления пыли; проверить состояние щеточного узла; свободное, без заеданий перемещение щеток в гнездах щеткодержателя, их высоту; при необходимости подтянуть стяжные винты генератора и гайку крепления шкива.

Незначительно загрязненные щеткодержатель, щетки и контактные кольца протереть тканью, смоченной в бензине. Сильно загрязненные контактные кольца с небольшим подгоранием и мелкими шероховатостями поверхности зачистить (при снятом щеткодержателе) шлифовальной шкуркой зернистостью 80-100, вращая ротор от руки.

При эксплуатации и обслуживании генераторной установки переменного тока в целях предупреждения выхода генератора из строя необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Отрицательный вывод аккумуляторной батареи всегда должен соединяться с массой, а положительный через клемму контактного болта стартера подключаться к клемме «30» («+») генератора. Ошибочное обратное подключение полярности батареи немедленно вызовет прохождение повышенного тока через выпрямитель генератора, и он выйдет из строя.

2. При работающем генераторе не допускается отсоединение от клемм «30» («+») проводов потребителей, а также отключение аккумуляторной батареи от сети электрооборудования.

Это вызывает резкое повышение напряжения, приводящее к пробою выпрямительного блока и повреждению ИРН.

3. Не следует в эксплуатации производить проверку цепей электрооборудования мегомметром или лампой, питаемой напряжением 36 В.

Если такая проверка необходима, то предварительно нужно отсоединить провода от генератора и регулятора напряжения.

4. Проверку работоспособности генератора можно производить только с помощью контрольно-измерительных приборов - вольтметра и амперметра. Даже при кратковременном соединении клеммы «30» («+») генератора с массой («на искру») через выпрямитель проходит значительный ток, и он выходит из строя.

5. Проверять прочность изоляции статора повышенным напряжением следует только на стенде с обязательным отключением выпрямительного блока от выводов фазных обмоток.

6. При электросварочных работах на автомобиле следует отсоединить провода от всех клемм генератора и аккумуляторной батареи.

7. Вентили выпрямительного блока генератора ни в коем случае не должны проверяться в схеме переменного тока напряжением 110 или 220 В и выше даже при наличии сигнальной неоновой лампы и не должны проверяться мегомметром, так как он имеет слишком высокое для вентилей напряжение. В этих случаях вентиль при проверке будет пробит (произойдет короткое замыкание).

Проверка генератора

Исправность генератора оценивается проверкой минимальной частоты вращения его ротора при достижении напряжения 12,5 В во время работы генератора как на холостом ходу, так и под нагрузкой. Кроме того, определяется значение регулируемого напряжения при различных частотах вращения якоря и нагрузках в системе электрооборудования.

Проверка проводится на стенде типа Sun GST 215 или ELKON U400 с приводом, обеспечивающим возможность плавного изменения частоты вращения в пределах от 0 до 5000 об/мин. Для измерения параметров необходимы: вольтметр и амперметр постоянного тока соответственно класса точности не ниже 0,5 со шкалой 0-30 В и класса точности не ниже 1,5 со шкалой 0-60 А; тахометр, позволяющий измерить частоту вращения ротора генератора в указанных пределах, нагрузочный реостат на ток до 60 А.

Рисунок 9.10. Схема подсоединения генератора к стенду:

1. тахометр;
2. вольтметры;
3. выключатели;
4. реостаты;
5. выключатели;
6. выключатели;
7. аккумуляторная батарея;
8. выключатели;
9. реостаты;
10. вольтметры;
11. тахометр.

Проверка минимальной частоты вращения ротора генератора

Схема подсоединения генератора на контрольно-испытательном стенде приведена на рисунке 9.10. Питание обмоток возбуждения осуществляется от источника постоянного тока напряжением 12,5 В и контролируется вольтметром 2. При испытании генератора без нагрузки выключатель 5 замкнут, а выключатели 3 и 6 разомкнуты. Выключатель 8 замыкается при проведении испытаний генератора под нагрузкой:

При проведении обоих видов испытаний частота вращения ротора генератора повышается до тех пор, пока напряжение, замеряемое вольтметром 10, не достигнет 12,5 В, а при испытании под нагрузкой сила тока в 32 А, фиксируемого амперметром, устанавливается реостатом 9. При этом частота вращения ротора, обеспечивающая напряжение 12,5 В, не должна превышать 1100 об/мин при работе генератора без нагрузки и 2000 об/мин при токе нагрузки 32 А.

Проверка регулируемого напряжения генератора

При проверке необходимо подключить аккумуляторную батарею, для чего выключатель 5 должен быть разомкнут, а выключатели 3, 6 и 8 замыкаются еще до начала вращения ротора. После замыкания выключателя 6 напряжение на клеммах аккумуляторной батареи должно быть 12,2-12,6 В. Снятие показаний испытываемого генератора производится при частоте вращения его ротора, равной 3500 об/мин.

Регулируемое напряжение, замеряемое вольтметром 2 при указанной частоте вращения ротора и токе нагрузки 16 А с подключенной аккумуляторной батареей, должно быть 13,7-14,4 В. В эксплуатации с достаточной точностью регулируемое напряжение генератора можно проверить непосредственно на автомобиле. Для этого, соблюдая полярность, к клемме «+» генератора и массе автомобиля подключается вольтметр. По показаниям тахометра, входящего в состав комбинации приборов автомобиля, устанавливается частота вращения коленчатого вала двигателя, равная 2000 об/мин, и включаются потребители электроэнергии (дальний свет фар, отопитель, габаритный свет). По показаниям вольтметра определяется регулируемое напряжение в системе электрооборудования, которое должно быть в пределах 13,7-14,4 В.

При нарушении регулируемого напряжения дефектный ИРН подлежит замене. Однако следует учесть, что нарушения в работе ИРН в процессе эксплуатации могут возникнуть из-за ненадежных контактов в цепи возбуждения генератора, окисления клемм и наконечников соединительных проводов или повышенного падения напряжения на контактах выключателя зажигания. Как сказано выше, причиной нарушения работоспособности ИРН может быть загрязнение его поверхности и отсутствие надежного контакта корпуса реле с крышкой генератора. Поэтому замену ИРН следует производить, убедившись в полной надежности соединения всех элементов цепи возбуждения генератора.

Проверка генератора осциллографом

Осциллограф позволяет по форме кривой выпрямленного напряжения точно и быстро проверить исправность генератора и определить характер повреждения.

Для проверки необходимо вращать ротор генератора с частотой 1500-2000 об/мин, подавая ток на обмотку возбуждения от аккумуляторной батареи. При этом от зажимов «30» и «+» генератора батарею отключить.

При исправных вентилях выпрямительного блока и обмотки статора диаграмма выпрямленного напряжения имеет пилообразную форму (см. рисунок 9.11, а) с равномерными зубцами. Если имеется короткое замыкание в вентилях выпрямительного блока (вентиль пробит) или произошел обрыв в цепи вентиля выпрямительного блока (обмотке статора), форма кривой резко меняется: нарушается равномерность зубцов и появляются глубокие впадины.

Рисунок 9.11. Диаграммы выпрямленного напряжения на осциллографе (а) и схемы проверки выпрямительного блока (б):

• I - форма напряжения исправного генератора;
• II - форма напряжения генератора, у которого пробит выпрямительный блок;
• III - форма напряжения генератора, у которого имеется обрыв в цепи выпрямительного блока;
• IV - проверка на одновременное замывание положительных и отрицательных вентилей;
• V, VI- проверка на замыкание соответственно отрицательных и положительных вентилей.

Проверка вентилей выпрямительного блока

Исправный вентиль пропускает ток только в одном направлении. Неисправный пропускает ток в обоих направлениях (короткое замыкание) или не пропускает вообще (обрыв цепи). В случае повреждения одного из вентилей необходимо заменить весь блок.

Короткое замыкание вентилей можно проверить без снятия генератора с автомобиля, отсоединив предварительно провода от аккумуляторной батареи и генератора. Проверку можно производить с помощью омметра или контрольной лампы (25-40 Вт) и аккумуляторной батареи.

Сначала следует проверить по схеме IV, нет ли замыкания одновременно в положительных и отрицательных вентилях. Для этого «+» батареи через лампу подсоединить к зажимам «30» для Г222 и для 581.3701, а «-» батареи - к корпусу генератора. Если лампа горит, то и положительные и отрицательные вентили имеют короткое замыкание.

Короткое замыкание отрицательных вентилей можно проверить по схеме V, соединив через лампу «+» батареи cо штекером нулевого провода обмотки статора, а «-» с корпусом генератора. Загорание лампы означает короткое замыкание в одном или нескольких отрицательных вентилях. Аналогичный эффект дает и замыкание витков обмотки статора на корпус генератора, однако такая неисправность встречается значительно реже, чем короткое замыкание вентилей.

Для проверки короткого замыкания в положительных вентилях по схеме VI «+» батареи через лампу соединить с зажимами «30» для Г222 или «+» для 581.3706, а «-» батареи со штекером вывода нулевой точки обмотки статора. Загорание лампы свидетельствует о коротком замыкании одного или нескольких положительных вентилей.

Обрыв в вентилях без разборки генератора можно определить только косвенно при проверке генератора на стенде, по значительному снижению (на 20-30%) отдаваемого тока по сравнению с номинальным.

Если обмотки генератора исправны, а в вентилях нет короткого замыкания, то причиной уменьшения отдаваемого тока является обрыв в вентилях.

Разборка и сборка генератора

1. Отвернуть болты 7 (см. рисунок 9.6) крепления ИРН и снять его с щеткодержателем 5 и кожухом.

2. Отвернуть винты в щеткодержателе и отсоединить их от ИРН.

3. Отвернуть стяжные винты генератора.

4. Снять крышку 16 вместе со статором 1.

5. Отсоединить фазные обмотки статора от выводов на выпрямительном блоке в задней крышке 2.

6. Отвернуть гайку 11 крепления шкива и при помощи съемника 02.7823.9504 снять шкив 13 с вала ротора.

7. Снять вентилятор 14, дистанционную втулку и установочную шпонку 10 шкива.

8. При помощи съемника демонтировать переднюю крышку 16 генератора.

9. Отвернуть винты держателя шарикоподшипника 15 и выпрессовать его из гнезда крышки.

Сборка генератора производится в обратном порядке с учетом следующего:

• несоосность отверстий в лапах крышек генератора должна быть не более 0,4 мм, поэтому при сборке необходимо вставлять в эти отверстия специальный калибр;
• коническая пружинная шайба шкива выпуклой стороной должна соприкасаться с гайкой.

Момент затяжки гайки шкива 45-72 Н·м.

Проверка деталей и устранение неисправностей

После тщательной очистки деталей следует замерить омметром сопротивление фазных обмоток статора. При исправной статорной обмотке разница сопротивлений обмоток всех фаз не должна превышать 10%.

Замерить омметром между контактными кольцами сопротивление обмотки ротора, которое (при отсутствии замыкания или обрыва) должно быть в пределах 3,7±0,2 Ом.

Осмотреть щеточный узел генератора, проверив легкость перемещения щеток в щеткодержателе, замерить высоту выступания щеток. В случае заедания или повышенного шума при вращении подшипники заменить новыми. При износе контактных колец более 0,5 мм по диаметру кольца проточить. Минимальный диаметр колец после проточки - не менее 28,5_-0,28 мм. Убедиться в надежности приварки канатиков щеток к токоведущим шинам. Проверить состояние и при необходимости очистить от загрязнения выводные клеммы и металлическое основание ИРН, внутреннюю поверхность кожуха и токоведущих шин.

С помощью аккумуляторной батареи или аналогичного источника постоянного тока напряжением 12 В проверить состояние диодов выпрямительного блока. Исправность диодов определяется при отсоединенной обмотке статора с помощью контрольной лампы, включенной последовательно с блоком.

Проверка диодов положительной пластины блока производится подсоединением к ней провода от «-» аккумуляторной батареи через контрольную лампу, а к фазным выводам (поочередно) - от «+». Затем провода меняют местами. При первом подсоединении лампа должна гореть, при втором - нет. Если контрольная лампа горит или не горит при обоих вариантах подсоединения (при приложении напряжения в обоих направлениях), то это свидетельствует о неисправности выпрямительного блока и необходимости его замены.

Затем производят проверку отрицательной пластины, присоединив к ней провод от «+» батареи, а от «-» батареи через контрольную лампу поочередно к фазным выводам на блоке.

Дальнейшие действия по проверке аналогичны описанным выше.