Рис 49. Разрез генератора мотоцикла М-72.
Внутри корпуса привинчен железный сердечник, на который намотана обмотка. Эта обмотка называется обмоткой возбуждения. Один конец ее выведен к клемме, а другой — к отрицательной щетке. Сердечник обмотки возбуждения образует электромагнит. У генератора мотоцикла М-72 всего один полюс. Внутри корпуса генератора вращается якорь. Якорь состоит из вала, на котором укреплен сердечник, имеющий продольные пазы. На одном конце вала расположен коллектор. Он состоит из отдельных пластинок, изолированных друг от друга. В пазы якоря вложена обмотка. Сама обмотка состоит из нескольких частей (секций). Концы секции припаяны к коллектору определенным порядком. Якорь вращается на двух шариковых подшипниках. Вращение якоря производится от шестерни распределительного вала. К коллектору якоря прижимаются две щетки — одна из них положительная, другая отрицательная. Сами щетки бывают медно-угольные и медно-графитные. Щетки укреплены в специальных щеткодержателях. К коллектору щетки прижимаются пружинками. Когда будет работать двигатель, то станет вращаться и якорь генератора. Обмотка его будет пересекать магнитное поле, которое всегда имеется внутри корпуса генератора. Это магнитное поле создается остаточным магнетизмом. В результате этого в обмотке якоря возникает электрический ток. Часть тока пройдет в обмотку возбуждения. Проходя по ней, ток создает вокруг витков более сильное магнитное поле. Создание более сильного магнитного поля приведет к тому, что генератор станет вырабатывать ток большей силы. Чем быстрее будет вращаться якорь, тем большие напряжение и силу будет иметь вырабатываемый ток.
Мы рассмотрели батарею аккумуляторов и генератор. Оба эти источника дают ток, и их работа должна быть согласована. Когда работает батарея аккумуляторов, генератор не должен мешать ей. Когда работает генератор, батарея аккумуляторов не должна посылать ток потребителям. Напряжение на полюсах аккумуляторов, независимо от того, работает двигатель или нет, остается одинаковым. Другое дело напряжение генератора: когда двигатель не работает и якорь генератора не вращается, напряжение на его щетках будет равно нулю. Но, как только двигатель начинает работать, на щетках появляется напряжение. Чем больше оборотов будет давать двигатель, тем больше будет и напряжение на щетках генератора. Так как генератор и батарея соединены между собой, ток от генератора может попасть в батарею, а ток с батареи — в генератор. Когда ток поступает от генератора в аккумулятор, он заряжает его. Это хорошо. Но когда ток пойдет из аккумулятора в генератор — это уже плохо. Обмотка генератора станет сильно нагреваться и даже может сгореть, а аккумулятор разрядится. Это может произойти тогда, когда двигатель совершенно не работает или работает на малых оборотах. Напряжение тока батареи в это время больше напряжения генератора. Для того чтобы не дать возможности току от батареи попасть в генератор, надо разъединить их. Эту работу выполняет особый прибор — реле обратного тока. Тогда же, когда напряжение генератора будет больше напряжения батареи, реле замыкает цепь и соединяет генератор с батареей. Ток начинает поступать в батарею и заряжать ее.
Реле обратного тока состоит из металлического ярма, укрепленного на пластинке, сердечника, неподвижного контакта, укрепленного на стойке, и якорька с подвижным контактом. На сердечнике реле намотано две обмотки: тонкая — параллельная и толстая — последовательная. Один конец тонкой обмотки соединен с массой, а другой конец ее припаян к ярму вместе с толстой обмоткой. Другой конец толстой обмотки через провода соединен с генератором.
Когда генератор дает небольшое число оборотов (не больше 1250 об/мин), то напряжение батареи меньше, чем напряжение генератора. Генератор в это время выключен из цепи батареи. Делается это при помощи пружинки, которая все время стремится держать контакты в разомкнутом состоянии. Но вот генератор начинает увеличивать число оборотов. Ток, выработанный им, попадает в тонкую обмотку реле. Проходя по обмотке, ток намагничивает сердечник. Сердечник притягивает к себе якорь, и контакты замыкаются. В этом случае ток от генератора станет поступать в батарею, заряжая ее. Когда же число оборотов якоря упадет и напряжение в генераторе сделается меньшим, чем напряжение батареи, а контакты еще не будут разомкнуты, ток от батареи моментально устремится в генератор. Он начнет проходить по толстой обмотке реле. Направление этого тока будет обратным. Магнитное поле сердечника исчезает. Пружинка оттянет якорь вверх и разомкнет контакты, отъединив батарею от генератора. Так работает реле обратного тока.
Забота о постоянном напряжении
Все приборы электрического хозяйства мотоцикла и мотороллера рассчитаны на работу с током определенного напряжения — 6–7 вольт. Правда, незначительное отклонение допустимо и не отразится заметно на их работе. Но эти отклонения надо держать в определенных пределах.
Заряженная батарея аккумулятора всегда имеет почти одинаковое напряжение. Отклонения, получаемые при разрядке и зарядке батареи, здесь невелики. Напряжение в генераторе зависит от числа оборотов якоря и силы магнитного поля, а эти величины при работе генератора все время меняются. Когда якорь увеличивает число оборотов, его обмотки начинают чаще пересекать магнитное поле, а это увеличивает напряжение вырабатываемого тока. С увеличением числа оборотов якоря больше тока поступает и в обмотку возбуждения генератора: магнитное поле обмотки возбуждения становится более сильным, растет сила магнитного поля, повышается напряжение вырабатываемого тока. Число оборотов вала двигателя может изменяться в очень больших пределах — до 4–5 тысяч в минуту. Значит, число оборотов якоря также может меняться в больших пределах. В этом случае напряжение тока может достигнуть такого предела, что батарея аккумуляторов перезарядится, а провода и предохранители сгорят. Этого допускать нельзя. Значит, надо управлять работой генератора — регулировать напряжение тока. Сохранить постоянное число оборотов якоря невозможно, так как якорь связан с коленчатым валом. Остается другой выход: при увеличении числа оборотов двигателя уменьшить силу магнитного поля. Для этой цели генераторы снабжаются регулятором напряжения (рис. 50).
Рис. 50. Схема регулятора напряжения.
Регулятор состоит из якоря, снабженного подвижным контактом, неподвижного контакта, сердечника с обмоткой и добавочного сопротивления. Когда генератор дает сравнительно небольшое число оборотов и напряжение находится в допустимых пределах, ток через замкнутые контакты поступает в обмотку возбуждения. Это ток создает магнитное поле генератора. Одновременно ток идет в обмотку сердечника регулятора напряжения и намагничивает его. Когда напряжение не превышает предела, сила магнитного поля сердечника относительно слаба и не может разомкнуть контакты. Если же обороты якоря увеличиваются, напряжение тока возрастает, увеличивается и количество тока, поступающего в обмотку регулятора. Сердечник притягивает к себе якорь, и контакты размыкаются. Для тока останется только один путь — через добавочное сопротивление. Это сопротивление представляет собой проволоку, сделанную из металла, плохо проводящего электричество. Когда ток проходит через это сопротивление, он теряет свою силу и, попав в обмотку возбуждения, создает там слабое магнитное поле. Хотя якорь генератора будет давать большое число оборотов, напряжение тока не поднимется. Это и понятно — ведь теперь витки якоря будут пересекать ослабевшее магнитное поле. Число оборотов генератора уменьшается. Уменьшается и напряжение вырабатываемого тока, а следовательно, и сила магнитного поля сердечника. Сердечник не может теперь удержать якорь, который под действием пружинки уходит от сердечника. Контакты снова замыкаются. Магнитное поле генератора увеличивается, и он снова начинает вырабатывать ток большого напряжения. Этот процесс повторяется беспрерывно, и напряжение тока остается примерно на одном уровне. Вы познакомились с действием упрощенного регулятора напряжения. Действительные же регуляторы имеют несколько обмоток, которые делают его работу еще более четкой.