Как скорость, нагрузка и скольжение влияют на напряжение

Как говорится: «Старые привычки умирают с трудом». Среди старых привычек, которые навсегда остались в ремонтной профессии, — то, как мы проверяем генераторы переменного тока. Раньше задача генератора переменного тока или генератора заключалась просто в подзарядке аккумулятора после запуска и передаче незначительных вспомогательных нагрузок, таких как зажигание, освещение, радио, отопление или кондиционирование воздуха, на сцепление и двигатель вентилятора. При зарядном напряжении 14 В общий ток, потребляемый этими аксессуарами и перезарядкой аккумулятора, обычно составлял около 40 ампер или 560 Вт тока.

Но давайте перенесемся в 2006 год, когда зарядная мощность большинства генераторов переменного тока могла превышать 100 ампер или 1400 ватт. Мощность просто равна напряжению, умноженному на силу тока. Если максимальная мощность генератора равна 100 амперам тока при напряжении 12,0 вольт на клеммах аккумулятора, его мощность будет равна 1200 ватт электроэнергии. Мощность представляет собой более точное число, поскольку фактическое зарядное напряжение генератора будет меняться в зависимости от температуры и нагрузки.

Поскольку потенциальная общая мощность аксессуаров современного автомобиля может достигать 1145 Вт, на подзарядку аккумулятора остается только 255 Вт. Хотя приведенные выше цифры могут представлять собой крайности, они иллюстрируют трудности, с которыми может столкнуться современный генератор переменного тока при поддержании полной зарядки аккумулятора автомобиля.

Потребность в электроэнергии варьируется в зависимости от применения и использования автомобиля, поэтому инженеры создали генератор переменного тока, который удовлетворит среднюю потребность в аксессуарах для любого автомобиля и при этом будет иметь достаточную резервную мощность для поддержания заряда аккумулятора. Если потребление электроэнергии увеличивается за счет дополнительных аксессуаров, таких как мощные звуковые системы или фонари и тормоза прицепа, то потенциальная способность генератора перезаряжать аккумулятор автомобиля практически сводится к нулю. Кроме того, если автомобиль эксплуатируется в коротких поездках с высокой нагрузкой на аксессуары, продолжительность цикла зарядки просто не будет достаточной для полной зарядки аккумулятора.

Генератор рассчитан на вращение со скоростью, примерно в два-три раза превышающей скорость коленчатого вала. Общая мощность генератора обычно составляет 6000 об/мин. Следовательно, передаточное число привода генератора переменного тока 2:1 обычно можно встретить на высокопроизводительных двигателях или двигателях внедорожных грузовиков с постоянной скоростью, где средняя частота вращения двигателя составляет около 3000 об/мин. Для большинства легковых автомобилей соотношение 3:1 между частотой вращения генератора и коленчатого вала приводит к максимальной мощности генератора, равной 2000 об/мин двигателя, что является частотой вращения двигателя, при которой тестируется большинство генераторов переменного тока.

Поскольку автоматические коробки передач с повышающей передачей резко снижают скорость вращения двигателя, многие современные двигатели работают при частоте менее 2000 об/мин, пока не достигают скорости от 60 до 70 миль в час. Следовательно, если генератор не поддерживает номинальное зарядное напряжение на более низких оборотах двигателя, аккумулятор будет разряжаться при больших нагрузках на вспомогательные устройства. В большинстве случаев недостаточной зарядки генератор может иметь установленный шкив неправильного диаметра, приводной ремень может проскальзывать или мощность самого генератора может быть недостаточной для эксплуатации автомобиля.

Поскольку батарея становится менее химически активной при более низких температурах, требуются более высокие зарядные напряжения, чтобы стимулировать химическую активность пластин батареи. Следовательно, регулятор напряжения генератора предназначен для повышения напряжения при более низких температурах окружающего воздуха, в то время как аккумулятор становится очень химически активным при более высоких температурах. Регулятор напряжения снижает зарядное напряжение, чтобы избежать возможного выхода батареи из строя из-за выкипания воды из электролита батареи и воздействия на ее пластины воздуха.

В зависимости от температуры окружающей среды напряжение зарядки обычно варьируется от 14,8 до 13,5 В. Фактическое зарядное напряжение, предусмотренное в регуляторе напряжения, зависит от таких факторов, как расстояние от генератора до аккумулятора и температура окружающего воздуха вокруг аккумулятора. В нормальных условиях эксплуатации генератор должен поддерживать напряжение около 14,2 В при температуре окружающего воздуха 70° F.