Как вырабатывается электрический ток

Батарея аккумуляторов снабжает электрической энергией потребителей тогда, когда двигатель не работает или работает на малых оборотах. Но запас электроэнергии у батареи относительно невелик. Если только пользоваться ею и не пополнять запас, то рано или поздно он истощится — батарея разрядится. Очевидно, на мотоцикле надо иметь такой прибор, который мог бы заряжать батарею. Этот прибор — генератор. Он не только заряжает батарею, когда мотоцикл начинает двигаться со скоростью больше 20–30 километров, но и полностью снабжает электроэнергией всех потребителей. Обычно мотоцикл движется с большой скоростью, а поэтому снабжает потребителей электроэнергией, в основном, генератор.

Батарею аккумуляторов можно зарядить только постоянным током. На мотоциклах М-72, ИЖ-56 и мотороллере «Тула»-200 установлены генераторы постоянного тока. В последнее время получили распространение также и генераторы переменного тока, которые вырабатывают переменный ток. Они установлены на мотоцикле М-1-М. В этом случае переменный ток, вырабатываемый генератором, пропускается через особый прибор — выпрямитель, в котором переменный ток преобразуется в постоянный.

В аккумуляторе электрическая энергия является результатом химических процессов. В генераторе же электрическая энергия образуется из механической энергии, получаемой при работе двигателя. Поэтому генератор может вырабатывать ток только тогда, когда работает двигатель.

Постоянный магнит генератора образует магнитное силовое поле (рис. 48).

Рис. 48. Схема работы генератора.

Внутри магнита расположен виток провода, концы которого припаяны к полукольцам. К полукольцам прижаты две щетки — отрицательная и положительная. Щетки соединены при помощи проводов с потребителями электроэнергии. Если вращать виток, он начнет пересекать магнитные силовые линии, образуемые магнитом. В витке возникает электрический ток, все время меняющий свою величину и направление. Такой ток называется переменным, но мы говорили, что концы витка припаяны к двум полукольцам. Полукольца изолированы друг от друга. Ток от генератора через одну из щеток идет к потребителям, а обратно к генератору возвращается через другую щетку. При вращении витка полукольца будут поочередно прижиматься к разным щеткам; направление переменного тока будет вновь меняться, т. е. ток теперь будет направлен в одну сторону.

Переменный ток можно использовать для воспламенения горючей смеси, освещения и звукового сигнала. А вот для зарядки батарей он не годится. На некоторых мотоциклах устанавливаются выпрямители. Но на большинстве генераторов применяется особое приспособление, называемое коллектором. Коллектор, преобразуя переменный ток в постоянный, так же как это делали полукольца, делает его пригодным для зарядки аккумулятора.

Генератор, установленный на мотоцикле М-72, состоит из стального корпуса, закрытого с боков крышками (рис. 49).

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.