Принцип работы автомобильного генератора, схема

Что такое и для чего нужен диодный мост и принцип работы. Обозначение диодного моста на схеме. Схема подключения. Технические характеристики, разновидности диодных мостов и маркировка.

Метки: диодный мост, генератор, ваз, ваз-2107, неисправности

Функции и причины неисправности

Генератор — простой узел, в основе которого лежит статор (фиксированная часть) и ротор (движущийся элемент). Статор, в свою очередь, собран из множества стальных пластин, в пазах которой крепится специальная обмотка из меди. Один из выводов обмотки подключен к «0-ой» точке, а второй — к группе диодов (их может быть четыре или шесть).

На выходе генератора можно получить только переменный ток, который не подходит для бортовой сети автомобиля. Задача диодного моста — преобразование переменного напряжения в постоянный параметр 12-14 Вольт. Диоды подключены таким образом, чтобы ток проходил только в одном направлении, выпрямлялся и больше не возвращался к генератору.

Главный недостаток выпрямителей — низкая надежность. Время от времени диоды перегорают, что создает ряд проблем для автовладельцев. Но перед тем как проверить диодный мост генератора, определите причину поломки.

Здесь возможны следующие варианты:

• На корпус диода попала влага, что привело к замыканию. Такое возможно при въезде на скорости в глубокую лужу или после посещения мойки.
• На генератор попало масло, грязь или прочие посторонние вещества. Подобная проблема может произойти в дороге, при движении по бездорожью.
• При пуске двигателя от АКБ другого автомобиля могла быть допущена ошибка. Если перепутать «плюсовой» и «минусовой» проводник, высок риск выхода из строя одного или группы диодов.
• Неправильное обслуживание. В процессе ремонта или снятия узла имело место короткое замыкание в бортовой сети.

Что такое диодный мост и зачем нужен

Переменный ток в бытовой электросети по синусоидальному закону меняет свою полярность 50 раз в секунду. Диодный мост, собранный из четырёх диодов, 25 раз в секунду пропускает одну положительную полуволну. То есть, превращает ток переменного знака амплитудой, имеющей колебательный характер, в ток одного знака, но с удвоенной частотой колебаний амплитуды. Если потребителя это не устраивает, то после выпрямителя ставится сглаживающий фильтр. Ниже представлена принципиальная электрическая схема диодного моста-выпрямителя.

ФОТО: go-radio.ruСхема диодного моста

Диодный мост можно собрать из отдельных конструктивно законченных диодов, но можно в промышленных условиях сразу изготовить из кристаллов в виде цельного изделия, пригодного к дальнейшей установке в электронную схему. Такая диодная сборка имеет технологические преимущества над предыдущим вариантом. Она компактней, монтаж моста надёжней, стоимость существенно ниже, чем у четырёх диодов.

ФОТО: youtube.comОдин из вариантов исполнения диодаФОТО: youtube.comДиодный мост, собранный из четырёх диодовФОТО: youtube.comДиодный мост в виде одного изделия

Устройство генератора

Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.

В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.

В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.

В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.

Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.

Не менее важную роль играет щеточный узел, передающий напряжение на контактные кольца и обеспечивающий работу узла.

Изделие состоит из пары графитных щеток, двух пружин и щеткодержателя.

Также уделим внимание элементам, расположенным внутри кожуха:

• Ротор — стальной элемент, имеющий одну обмотку и, по сути, представляющий собой электромагнит. Ротор находится на валу, а сверху обмотки установлены втулки клювообразной формы. Ток подается с помощью медных колец, которые расположены на валу и объединены с обмоткой через специальные щетки.
• Обмотка — устройство, изготовленное из медной проволоки и закрепленное в пазы сердечника. Сам сердечник выполнен в форме окружности и изготавливается с применением специального материала, обладающего улучшенными магнитными качествами. В электротехнике металл носит название «трансформаторное железо». У статора есть три обмотки, связанные между собой и объединенные в звезду или треугольник. В точке объединения установлен диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения. Обмотка изготовлена из специальной проволоки, имеющей двойную термоустойчивую изоляцию, покрытую специальным лаком.
• Реле-регулятор — ключевой элемент установки, обеспечивающий стабильное напряжение на выходе устройства. Монтаж регулятора может производиться в кожухе генератора или снаружи. В первом случае он находится возле графитных щеток, а во втором — там, где щетки крепятся к щеткодержателю (но в разных моделях авто монтаж может осуществляться по-разному). Ниже представлены реле-регуляторы с щеточным узлом.
• Выпрямительный мост — элемент, предназначенный для преобразования переменного тока на выходе статора в постоянное напряжение. Выпрямитель состоит из трех пар диодов, которые установлены на токопроводящем основании и попарно объединяются друг с дружкой. В среде автовладельцев и мастеров СТО диодный мост часто называется «подковой» из-за схожести с этим предметом.

История[править | править код]

Схема выпрямительного моста (рисунок 4) была изобретена польским электротехником Каролем Поллаком[pl] и запатентована в декабре 1895 года в Великобритании[5], и в январе 1896 года в Германии[6][7].

В 1897 году немецкий физик Лео Гретц независимо от предшественников изобрел и опубликовал описание аналогичной схемы[8][9][10][11]. Публикация Гретца стала широко известной электротехникам того времени, поэтому эту схему и сейчас часто называют схемой Гретца или мостом Гретца[12].

В 1924 году советский электротехник А. Н. Ларионов изобрёл мостовую схему двухполупериодного выпрямителя трёхфазного тока, названную его именем[13].

Что такое диодный мост и из каких элементов он состоит

Диодный мост в схемах, применяемых в сетях с однофазным напряжением, состоит из четырех диодов, представляющих собой полупроводниковый элемент с одним p-n переходом. Ток в таком полупроводнике проходит только в одном направлении при подключении анода к плюсу источника, а катода – к минусу. Если подключение будет обратным, ток закрывается. Диодный мост для трехфазного электрического тока отличается наличием шести диодов, а не четырех. Существенные различия в принципе работы между мостовыми схемами для однофазных и трехфазных сетей отсутствуют.

Устройство диода

Диод Шоттки – еще один вид полупроводниковых элементов, используемых в диодных мостах. Его основным отличием является переход металл-полупроводник, называемый «барьером Шоттки». Как и переход p-n, он обеспечивает проводимость в одну сторону. Для изготовления устройств Шоттки применяют арсенид галлия, кремний и металлы: золото, платину, вольфрам, палладий. При приложении небольших напряжений – до 60 В – диод Шоттки отличается малым падением напряжения на переходе (не более 0,4 В) и быстродействием. При бытовом напряжении 220 В он ведет себя как обычный кремниевый выпрямительный полупроводник. Сборки из таких полупроводниковых устройств часто устанавливаются в импульсных блоках питания.

Принцип работы

Диодный мост представляет собой электрическую схему из четырёх диодов. Схема построена таким образом, что в каждый полупериод переменного тока соответствующая полуволна проходит по одному плечу моста, в другой полупериод другая полуволна проходит по другому плечу. Но в точках моста, где диоды соединены одинаковой полярностью, знак тока всегда один и тот же.

Диодный мост: назначение и изготовление своими руками

Несмотря на то что в бытовых розетках, как известно, присутствует переменное напряжение величиной 220 В, подавляющее большинство электронных приборов требует намного меньших значений. Более того, это питание должно осуществляться не переменным, а постоянным током. Именно поэтому практически каждый бытовой прибор имеет в составе своей схемы выпрямитель — диодный мост.

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Чем можно заменить диодный мост-сборку

Вместо диодного моста, собранного в одном корпусе, можно впаять в схему 4 кремниевых выпрямительных диода или 4 полупроводника Шоттки. Однако вариант диодной сборки более эффективен, благодаря:

• меньшей площади, занимаемой сборкой на схеме;
• упрощению работы сборщика схемы;
• единому тепловому режиму для всех четырех полупроводниковых устройств.

Различные варианты сборки диодного моста

У такого схемотехнического решения есть и минус – в случае выхода из строя хотя бы одного полупроводника придется заменять всю сборку.

Выпрямитель [ править | править код ]

Преимущества [ править | править код ]

Двухполупериодное выпрямление с помощью моста (по сравнению с однополупериодным) позволяет:

• получить на выходе напряжение с повышенной частотой пульсаций, которое проще сгладить фильтром на конденсаторе
• избежать постоянного тока подмагничивания в питающем трансформаторе
• увеличить коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (для однополупериодного выпрямителя он составляет около 0,45, так как через нагрузку протекает только один полупериод переменного тока), что позволяет сделать его магнитопровод меньшего сечения.

Разновидности диодных мостов и их маркировка

Диодный мост можно собрать на дискретных диодах. Чтобы соблюсти полярность, надо обратить внимание на маркировку. В некоторых случаях метка в виде рисунка нанесена прямо на корпус полупроводникового прибора. Это характерно для изделий отечественного производства.

Зарубежные (и многие современные российские) приборы маркируются точкой или кольцом. В большинстве случаев так обозначается анод, но гарантии нет. Лучше посмотреть справочник или воспользоваться тестером.

Можно сделать мост из сборки – четыре диода объединены в одном корпусе, а соединение выводов можно выполнить внешними проводниками (например, на печатной плате). Схемы сборок могут быть разнообразными, поэтому для правильного соединения надо смотреть даташиты.

Например, у диодной сборки BAV99S, содержащей 4 диода, но имеющей только 6 выводов, внутри имеется два полумоста, соединенных следующим образом (на корпусе около вывода 1 имеется точка):

Чтобы получить полноценный мост, надо соединить внешними проводниками соответствующие выводы (красным показана трассировка дорожек в случае использования печатного монтажа):

В этом случае переменное напряжение подводится к выводам 3 и 6. Положительный полюс постоянного снимается с вывода 5 или 2, а отрицательный – 4 или 1.

И самый простой вариант – это сборка с готовым мостом внутри. Из отечественных изделий это могут быть КЦ402, КЦ405, существуют мосты-сборки зарубежного производства. Маркировка выводов во многих случаях нанесена прямо на корпус, и задача сводится только к корректному выбору по характеристикам и к безошибочному подключению. Если наружного обозначения выводов нет, придется обратиться к справочнику.

Для чего нужен диодный мост в генераторе автотехники

Диодный мост в генераторе

Это схемотехническое решение используется в электрических схемах автомобилей и мотоциклов. Диодный мост, устанавливаемый на генераторе переменного тока, нужен для преобразования вырабатываемого им переменного напряжения в постоянное. Постоянный ток служит для подзарядки АКБ и питания всех электропотребителей, имеющихся в современном транспорте. Требуемая мощность полупроводников в мостовой схеме определяется номинальным током, вырабатываемым генератором. В зависимости от этого показателя, полупроводниковые приборы разделяют на следующие группы по мощности:

• маломощные – до 300 мА;
• средней мощности – от 300 мА до 10 А;
• высокомощные – выше 10 А.

Для автотехники обычно применяют мосты из кремниевых диодов, способных отвечать эксплуатационным требованиям в широком температурном диапазоне – от -60°C до +150°C.

Привод и крепление

Для начала уделим внимание составляющим и принципиальной схеме узла. Привод конструкции осуществляется от шкива коленвала посредством эксплуатации ременной передачи. Чем больше будет шкив генератора по размерам, тем больше оборотов сможет он выдавать. Соответственно, это означает, что агрегат сможет осуществлять передачу большего тока для потребителей.

В большей части современных машин шкив генератора, как правило, вращается под воздействием поликлиновых ремней. Такие ремешки характеризуются большей гибкостью, а благодаря их эксплуатации генераторный узел может быть оснащен шкивом с меньшим размером. Сама натяжка таким ремешком производится при помощи натяжных роликов, эта процедура производится с отключенным узлом.

Схема конструкции с обозначением компонентов

Практическое применение

На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.

Примеры схем с диодным мостом и их описание

Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере

Рис. 5. Схема зарядного устройства

Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.

Рис. 6. Схема карманного фонаря

На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост  VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.

Пример схемы сварочного агрегата

Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.

Видео «Как правильно снять крышку устройства»

Как снимается крышка генератора — подробная инструкция на примере автомобиля Лада Калина приведена на видео ниже (автор — канал RasH19).

Схема диодного моста 12 вольт: инструкция и сборка

Блок питания состоит из двух модулей, где первый – это понижающий трансформатор, а второй – диодный мост, преобразующий один вид напряжения в другой.

Подбирается подходящий трансформатор. Первичная обмотка находится с помощью тестера. Ее сопротивление должно быть самым большим. Путем прозвонки мультиметром в режиме измерения сопротивления находятся нужные концы. Затем находятся другие пары и делается маркировка.

На первичную обмотку подается 220 В. Затем тестер переводится в режим измерения переменного напряжения и измеряется напряжение на остальных обмотках. Следует выбрать или намотать одну на 10 В. Важно, чтобы напряжение не было 12 В, поскольку после емкостного фильтра оно увеличивается на 18 %.

Трансформатор подбирается под нужную мощность, после чего берется запас на 25 %.

4 диода скручиваются в диодный мост и концы пропаиваются. Затем схема соединяется, на выход подключается конденсатор на 25 В и 2200 мкф (электролит) и проверяется в работе.