Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых: VD1, VD3 и VD5 соединены с выводом "+" генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом "-" ("массой"). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис.1, пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в "звезду", т. к. дополнительное плечо запитывается от "нулевой" точки "звезды".

          У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9—VD 11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. По графику фазных напряжений (см. рис.1) можно определить, какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения Uф1 действует в обмотке первой фазы, Uф2 - второй, Uф3 - третьей. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t1, когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы - положительно, а третьей - отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам показанным на рис. 1. Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление - от вывода "+" генераторной установки к ее выводу "—" ("массе"), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени t1 открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9—VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25...35 А).

         Известно, что автомобильный генератор при работе нагревается, и изрядно — в основном из-за электромагнитных потерь в сердечнике, обмотках и воздушном зазоре между ротором и статором. Чтобы отводить тепло, выделяющееся в результате паразитных процессов, обычные генераторы снабжают ребристыми шкивами-вентиляторами, организуя таким образом воздушное охлаждение. Иногда этого бывает недостаточно. Например, на автомобилях Toyota Celica GT4 конструкторам пришлось предусмотреть подвод воздуха от специальной ноздри на капоте. Но в любом случае это тепло бесполезно рассеивается в окружающей среде, а вдобавок недостаточное охлаждение при малых оборотах двигателя может стать ограничением для повышения мощности генератора.

          А что, если снабдить генератор жидкостным охлаждением? По этому пути пошла фирма Delphi, разработав генератор, в закрытом литом корпусе которого предусмотрена рубашка охлаждения, подключаемая к системе охлаждения двигателя. Это имеет ряд преимуществ. Во-первых, исчезает необходимость в крыльчатке воздушного охлаждения, а значит, уменьшаются масса и момент инерции ротора. Во-вторых, теплоемкость штатной системы охлаждения автомобиля такова, что позволяет не бояться перегрева генератора и смело увеличить его отдачу на холостых оборотах. В-третьих, уменьшается время прогрева двигателя — а это дает сокращение токсичных выбросов и быстрый прогрев системы отопления. В-четвертых, слой жидкости поглощает шум при работе генератора. В-пятых, не надо бояться перегрева электронного интегрального регулятора напряжения.

               Рис 2.   Генератор с жидкостным охлаждением фирмы “Delphi”

            Новый генератор с системой водяного охлаждения, производства Bosch, принят на вооружение модельными рядами BMW 5 и 7 серий, оснащенными двигателями V8 и V12.

          Разработанный совместными усилиями Bosch и BMW, новый генератор позволяет получить большую выходную мощность при значительном снижении уровня шума по сравнению с традиционными генераторами с воздушным охлаждением. Он способен выдавать ток силой 150А, без всякой нужды в охлаждающих вентиляторах, что уменьшает шумность его работы. Кроме того,  генератор выполнен в виде единого цельного блока с двигателем, что уменьшает воздействие магнитных помех.

        Рис 3. Зависимость Т=f(n), C  диодов  выпрямителей генераторов с воздушным и жидкостным охлаждением

           Более того, водяное охлаждение уменьшает воздействие пиковых температур на генератор, к примеру, когда автомобиль паркуется с горячим двигателем. В результате поддерживается постоянная температура, уменьшается воздействие на компоненты генератора и увеличивается срок его службы. Кстати, количество деталей, подверженных износу, в новом генераторе сведено к минимуму. Ему более не требуются угольные щетки или коллекторные кольца, что также повышает надежность новинки.

                1                        6               2          4              3                       5

     Рис 4. Генератор индукторного типа  с жидкостным охлаждением фирмы  Bosch 0.122.OAA.1JO

1 , 4- клювообразные полюсные половины

2-обмотка возбуждения

3-статор

5-рубашка системы охлажения генератора

6-соединительное кольцо

         Генераторы индукторного типа  применяются в основном, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т. п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения 2 неподвижна. Бесщеточные генераторы вы­полняются с максимальным использованием конструктивной преемст­венности со щеточными. Отличие этой конструк­ции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина1 ротора (по шесть  выступов на каждой половине) посаже­на на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая 4 приваривается к ней по клювам немагнитным материалом вместе с соединительным кольцом 6. представляющее собой антишумовое немагнитное кольцо,  Каркас обмотки возбуждения 2 помещен на магнитопровод, закрепленный на крышке генератора. Между этим магнитопроводом и полюсной системой имеется воздушный зазор. При вращении вала сидящая на нем полюсная половина вместе с приваренной к ней другой полюсной половиной вращаются при неподвижной обмотке возбуждения. В принципе работа этого генератора аналогична работе генератора щеточного исполнения.

       В пазах статора 3 генератора распологается обмотка ,выступы которой при навивке фиксируют положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности и в плотную прилегают к рубашке охлаждения        

       Рубашка охлаждения 5 представляет собой крышку  самого генератора запрессованную в кронштейн крепления.

Основные характеристики генератора с жидкостным охлаждением фирмы  Bosch 0.122.OAA.1JO

                  Рис 5. Размеры генератора Bosch 0.122.OAA.1JO

    4.Перспективные устройства генераторов злектроснабжения автомобиля.

       Через несколько лет появятся автомобили с 42-вольтовой электросетью. Это связано с необходимостью повышения напряжения электропитания для новейших энергоемких потребителей, таких как силовые эл.магнитные клапаны, эл.магнитные солиноиды силовых исполнительных устройств, мощностные эл.двигатели, силовые электронные коммутаторы и т.д.В связи с появлением второго рабочего напряжения возникает необходимость и в высоковольтном переменном напряжении и следовательно в изменении самого генератора. Перспективным в развитии генератора является и переход от отдельно изготовленного генератора к генератору вмонтированному в маховик ДВС.

      BMW представляет свои разработки :   

а)  в области управления энергией в более эффективном использование потоков энергии: интеллектуальная система регулирования генератора и регенерация энергии торможения.

         Двигатели внутреннего сгорания, используемые на современных автомобилях BMW, гораздо эффективнее, чем силовые агрегаты моделей более ранних поколений. Они потребляют меньше топлива при более высокой мощности. Тем не менее, и сегодня в энергию движения на практике превращается всего от 25 до 30 процентов энергии, содержащейся в топливе. Гораздо большая часть переходит в тепло, которое используется далеко не полностью. Кроме того, постоянно растет доля мощности двигателя, отбираемая для выработки электроэнергии для бортовой сети. Поэтому все большее значение приобретает целенаправленное управление потоками энергии в автомобиле. Компания BMW разработала интеллектуальную систему регулирования генератора и тем самым создала предпосылки для более эффективного получения и более широкого использования электроэнергии в автомобиле. Инновационная технология бортовой сети включает в себя также систему регенерации энергии торможения.

        Эффективная динамика достигается не только благодаря максимально эффективному сгоранию топлива. Только изучение всех потоков энергии и их взаимного влияния может привести к новым решениям. Ведь между импульсом зажигания и передачей усилия на дорогу в современных автомобилях протекает значительно больше процессов, чем одно лишь сгорание топлива в двигателе. В результате этого выделяется тепло, которое в виде ОГ используется для турбонагнетателей, повышающих мощность двигателя, и через теплообменники от охлаждающей жидкости подается для отопления салона, но остальная энергия пропадает. Кроме того, современные автомобили потребляют больше электроэнергии, которая – также в результате сгорания топлива – получается, накапливается и используется с помощью генератора и аккумуляторной батареи. Рост потребления электроэнергии является результатом увеличения количества функций комфорта, а также внедрения все новых компонентов систем безопасности и управления динамикой, таких как система регулирования ходовой части, активное рулевое управление, система управления двигателем и ABS. В рамках концепции рационального управления энергией компания BMW активно работает над максимальным повышением эффективности как получения, так и использования этого вида энергии.

           Реальность уже сегодня: интеллектуальное управление энергией.

      Управление энергией преследует две цели. Во-первых, общее потребление электроэнергии необходимо ограничить без снижения функциональных возможностей. Во-вторых, целенаправленное управление преобразованием энергии, содержащейся в топливе, в электрический ток должно свести к минимуму потери в общем балансе энергии. В современных моделях BMW уже созданы важные предпосылки для реализации обеих задач. Интеллектуальное управление энергией уже сегодня осуществляется на серийных моделях. Так, новые электрические водяные насосы рядных шестицилиндровых двигателей BMW работают в зависимости от потребности в охлаждении. Это значит, что с максимальной мощностью они работают только при высоких и максимальных скоростях. Сразу после запуска насос не включается. В результате ускоряется прогрев двигателя. Поскольку водяной насос имеет электропривод и не связан с двигателем, он не отбирает у силового агрегата никакой энергии.

        В целом такой принцип работы позволяет экономить около 2 процентов топлива по результатам европейского теста на допуск к эксплуатации.

Кроме того, компания BMW разработала еще одну систему управления энергией, которая постепенно внедряется на модельных рядах и обеспечивает постоянный контроль состояния аккумуляторной батареи. Датчик АКБ гарантирует, что заряда батареи в любой момент достаточно для нового запуска двигателя. Система своевременно предотвращает перегрузку электропитания и, как следствие, разряд батареи. С этой целью благодаря четко определенным приоритетам управления сокращается подача электроэнергии для функций, предназначенных исключительно для повышения комфорта, например подогрев сидений и кондиционирование воздуха, в результате подается достаточно электроэнергии для функций, важных с точки зрения безопасности, и обеспечивается резерв для следующего запуска двигателя.

         Управляемая выработка электроэнергии предотвращает потери энергии.

В будущем система управления будет также выбирать момент времени для преобразования энергии в электрический ток в целях достижения максимально возможной эффективности. Ее центральным элементом является интеллектуальное регулирование генератора, которое координирует управление энергией в зависимости от режима движения. Это решение включает в себя регенерацию энергии торможения и ее использование в виде электроэнергии в обычной бортовой сети. Регулирование генератора основывается на элементах управления бортовой сетью, которые, как и датчик состояния АКБ, уже проверены на практике и предлагаются на всех моделях. Дальнейшие инновации компания BMW также будет своевременно внедрять на всех модельных рядах, чтобы их преимуществами воспользовалось максимальное число клиентов, что приведет к положительному эффекту для всего парка автомобилей.

         До сих пор выработка электроэнергии постоянна во всех режимах движения. Генератор имеет постоянный ременный привод от коленчатого вала. В будущем этот процесс будет происходить только тогда, когда мощность двигателя не запрашивается, то есть в режимах принудительного холостого хода и торможения. Таким образом, например, при ускорении основная часть энергии топлива идет на преобразование в кинетическую энергию автомобиля. В это время снабжение электроэнергией бортовой сети полностью берет на себя аккумуляторная батарея. Генератор снова включается только при переходе двигателя в режим принудительного холостого хода или при недостаточном заряде батареи.

        Регенерация энергии торможения: тормозная система становится источником энергии.

       Целью разработки является генерирование электроэнергии без использования мощности двигателя и, следовательно, без расхода энергии топлива. Недорогая в этом смысле электроэнергия вырабатывается не только в режиме принудительного холостого хода генератором, но и при торможении в результате так называемой рекуперации высвобождаемой при этом энергии. Так, энергия, до сих пор пропадавшая в виде тепла, выделявшегося на тормозных дисках, также будет подаваться в бортовую сеть автомобиля. Тем самым значительно снижается необходимость генерирования электрического тока в режиме тяги двигателя. Непосредственное преобразование топлива в электроэнергию будет происходить только в исключительных случаях. В результате интеллектуального регулирования генератора и регенерации энергии торможения заметно повышается эффективность двигателя и экономичность автомобиля.

        Важным условием для управления энергией в зависимости от режима движения является целенаправленное регулирование степени зарядки аккумуляторной батареи. В режиме тяги двигателя в зависимости от условий окружающей среды она заряжается лишь примерно до 80 процентов емкости. При этом в любом случае обеспечивается достаточный резерв для расхода электроэнергии на неподвижном автомобиле и для запуска. Степень зарядки, превышающая это значение, достигается только во время благоприятных с точки зрения выработки энергии режимов принудительного холостого хода и торможения. Полученную в результате энергию можно затем использовать и во время работы двигателя в режиме тяги без включения генератора. Поскольку целенаправленное регулирование повышает число циклов заряда/разряда, интеллектуальную схему регулирования генератора компания BMW использует в сочетании с современными аккумуляторными батареями, выполненными по технологии AGM (Absorbent Glass Mat). Они рассчитаны на гораздо большую нагрузку, чем традиционные свинцово-кислотные батареи.

            В батареях типа AGM электролит абсорбирован в сепараторе из микростекловолокна между свинцовыми пластинами. Они в течение длительного времени сохраняют способность к накоплению энергии, в том числе при частом заряде/разряде.

            При торможении возникает электрический ток, при нажатии педали акселератора – чистая динамика.

            Использование системы интеллектуального регулирования генератора с регенерацией энергии торможения на практике дает двойное преимущество. Во-первых, целенаправленное управление выработкой электроэнергии по результатам европейского теста на допуск к эксплуатации обеспечивает снижение расхода топлива примерно на 3 процента. Во-вторых, непосредственное преимущество в режимах тяги дает выключение генератора. При разгоне в распоряжении водителя находится больший крутящий момент.                Таким образом, интеллектуальное управление энергией в духе концепции эффективной динамики способствуют повышению экономичности и удовольствия от вождения.

            Такая система управления электроэнергией таит в себе значительный потенциал для повышения экономичности современных автомобилей. При этом необходимо минимизировать потери, повысить регенерацию энергии и разгрузить механический процесс так, чтобы максимальная часть потенциальной энергии топлива превращалась в энергию движения. Каждая мера в отдельности способна существенно сократить расход топлива. Кроме того, сочетание этих мер повышает динамичность. Поэтому общая концепция управления энергией, которой придерживается компания BMW, позволяет надеяться, что будущие поколения автомобилей достигнут весьма значительного прогресса в области эффективной динамики. Интеллектуальная система регулирования генератора с регенерацией энергии торможения к тому же можно применять на всех моделях BMW. Таким образом, ее экономическими и экологическими преимуществами сразу сможет пользоваться большое количество клиентов.

        б) Фирмы БМВ и "Делфай" планируют заменить генератор   топливным элементом  на... бензине.

              Идея не столь нелепа, как может показаться на первый взгляд. Обычный генератор, будучи нагружен, отбирает у двигателя часть мощности и увеличивает расход все того же бензина, причем КПД преобразования химической энергии топлива в электрическую в ДВС гораздо ниже, чем у прямого каталитического процесса в топливном элементе. Следовательно, для получения одной и той же электрической мощности в последнем случае будет израсходовано меньше бензина. Но даже не это главное.

            Топливный элемент работает совершенно независимо от двигателя и способен обеспечивать потребителей электроэнергией как на ходу, так и на стоянке сколь угодно долго - пока бензобак не опустеет. А значит, в машине будут работать климатическая установка, любые кофеварки, холодильники, телевизоры и прочие прелести цивилизации.

              Новая разработка названа SOFC (Solid Oxide Fuel Cell - твердый оксидный топливный элемент). В "черном ящике" размером с обычную аккумуляторную батарею разместился небольшой химический заводик. Здесь при температуре 800°С из бензина получается водород (в атмосферу при этом уходит СО2), затем при той же температуре в пористом кубике из керамической окиси циркония водород окисляется кислородом воздуха. На выходе - два провода и трубка. По проводам течет полученный электрический ток, а по трубке выходит.

    Литература

1.ЮТТ.В.Е Электрооборудование автомобилей.уч. для вузов.2004

2.Чижков Ю.П  Электрооборудование автомобилей-М.1988

3.Соснин Д.А Новейшие автомобильные электронные системы-М.:уч. пособие.2005

4.Акимов С.В.,Чижков Ю.П.Электрооборудование автомобилей . уч.пособие для вузов.-М.:ЗАО КЖИ”За рулем”,2001.

5. Акимов А.В., и др. Электрооборудование автомобилей: Справочник/ Под ред. Ю.П. Чижкова.- М.: Транспорт, 1993.

6.Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов вузов. 2-е изд., перераб и доп. М.: Транспорт, 1995.

7. Анисимов В.М. и др. Автомобильные стартеры и генераторы. Состояние и перспективы развития.- Автомобильная промышленность. 1995. № 11.