Генератор переменного тока (альтернатор) для Волги М-21
Причины перехода на альтернатор
Генератор постоянного тока Г12, которым все серии ГАЗ-21 оснащались с завода, имеет свои плюсы и минусы. К плюсам относится равнодушие генератора к смене полярности: если случайно подключить батарею наоборот, то он просто перемагнитится и продолжит работать как ни в чём ни бывало, в то время как у генератора переменного тока непременно сгорит диодный мост, а также силовой провод, и машину не получится завести. Кроме того, штатный генератор не требует наличия аккумуляторной батареи для отдачи тока, так как он самовозбуждается. Наконец, если вы оказались далеко от цивилизации, а аккумуляторная батарея села настолько, что завести двигатель не удаётся даже ручкой, у вас есть шанс всё-таки завестись самостоятельно, сняв генератор с машины и раскрутив его о поддомкраченное переднее колесо, прижимая шкив к протектору. Если вы предварительно соедините клеммы генератора и батареи, то через полчаса такого кручения вы сможете подзарядить её настолько, что появится искра, и машину можно будет завести рукояткой или толкачом. Крутить колесо лучше всего баллонным ключом, сняв колпак. Благодаря хорошему передаточному числу (около 0.1), если крутить хорошо (полтора-два оборота колеса в секунду), можно добиться появления зарядного тока на генераторе (штатный генератор начинает отдавать зарядный ток при 940 об/мин).
Однако на этом преимущества штатного генератора заканчиваются. А недостатки у него также есть, и существенные. Прежде всего, это мощность. Она составляет всего четверть киловатта (для сравнения, генератор ГАЗ-24 вдвое мощнее, ГАЗ-24-10 — втрое). Этого в принципе хватает на всех штатных потребителей, даже включенных одновременно в любой разумной комбинации (так, трудно себе представить ситуацию, когда на ходу необходимо на продолжительное время включать лампы освещения салона, мотора и багажника, а также стоп-сигналы), но… Баланс энергопотребления в ГАЗ-21 следующий:
- катушка зажигания 40 Вт;
- датчики давления масла и температуры ОЖ 5 Вт;
- дальний свет 100 Вт (ближний 80);
- задние габаритные огни 8 Вт;
- подсветка заднего номерного знака 8 Вт;
- лампочки в панели приборов и часах 12 Вт;
- вентилятор печки 25 Вт;
- мотор стеклоочистителей 50 Вт.
Всего — около 250 Вт, что соответствует мощности штатного генератора (он выдаёт максимальный ток около 20 А при оборотах 1750 в минуту и номинальном напряжении 12.5 В. Обороты максимальной мощности соответствуют движению на скорости около 50 км/ч). Для питания потребителей, которые включаются кратковременно (указатели поворота, стоп-сигналы, прикуриватель итп), в случае нехватки мощности используется аккумулятор.
Однако стоит поставить любое дополнительное оборудование — например, противотуманные фары, громкую музыку, электровентилятор радиатора, дополнительный отопитель салона, электропомпу — как сразу возникает дефицит электричества. Собственно, это сразу видно из вышеприведенных расчётов: штатный генератор не имеет никакого запаса по мощности и рассчитан исключительно на штатную комплектацию электрооборудования, а зарядка аккумулятора предполагается исходя из предположения, что не каждый день идёт дождь и езда со сразу всеми включенными потребителями — скорее нештатная ситуация, а вполне нормальная на сегодняшний день ситуация, когда приходится стоять в пробке подолгу, иногда часами, иногда зимним вечером не рассматривалась в принципе, что, в общем-то и неудивительно для СССР 1950-х.
Вторым серьёзным недостатком Г12 являются высокие обороты начала зарядки — 940 об/мин. Так как шкив генератора несколько меньше, чем приводной шкив коленвала, это соответствует примерно 800 об/мин двигателя. Тем не менее, при штатных оборотах холостого хода ГАЗ-21 500 в минуту (требуемых для нормального включения первой несинхронизированной передачи) сразу видно, что на холостом ходу бортсеть будет питаться от аккумуляторной батареи. В современных условиях, когда простои в «пробках» занимают очень много времени, можно запросто посадить аккумулятор, особенно зимой, когда приходится включать отопитель и фары, потому что рано темнеет. На следующий день можно и не завестись, а даже если это удастся, то аккумулятор не сможет полноценно зарядиться опять-таки из-за малой мощности генератора, которая будет преимущественно расходоваться на питание бортсети, и на зарядку батареи может ничего не остаться. Поэтому приходится иметь привычку выключать фары на светофоре (вернее, переходить на габариты).
Установка шкива уменьшенного диаметра (и, кстати, более лёгкого штампованного) от аналогичного генератора Г108 позволяет несколько облегчить эту проблему, но не решить её окончательно. Также приходится повышать обороты холостого хода до 800-1000, что негативно сказывается на лёгкости включения первой передачи.
Ещё у штатных генераторов слабое место — это изоляция обмоток (особенно на 1-2 выпусках) — она хрупкая. Постепенно начинает трескаться, появляются токи утечки, снижение выходной мощности, причем плавное. С виду все нормально, вроде всего хватает, заряд есть, но всё меньше, меньше…
Кроме того, графитные щётки, которые постоянно прижимаются к коллектору — не очень надёжная вещь. Ламели забиваются графитной пылью, щётки надо периодически менять.
Ну и наконец, большой проблемой является механический реле-регулятор. При проблемах с зарядкой аккумулятора начинать надо с него. К сожалению, заменить его, не меняя генератора, на что-то современное или более надёжное, невозможно. Поэтому даже при отсутствии претензий к самому генератору можно прийти к необходимости отказаться от него из-за реле зарядки (реле-регулятора или регулятора напряжения).
Преимущества и особенности альтернаторов
Что же касается генераторов переменного тока, то у них есть масса преимуществ. Прежде всего, это достаточная мощность. Популярный среди оленеводов генератор Г254 от ГАЗ-24 выдаёт максимальный ток в 40 А, то есть он вдвое мощнее, чем штатный Г12. Полкиловатта должно хватить не только на все разумные дополнительные потребители, но и на уверенную зарядку аккумуляторной батареи даже при полной нагрузке бортсети. Второе преимущество — генератор переменного тока выдаёт зарядный ток уже с 600 об/мин. Если немного увеличить обороты холостого хода, то можно добиться постоянной работы бортсети от генератора в большинстве случаев. Помимо непосредственной пользы, выражающейся в том, что почти не приходится опасаться разрядки аккумулятора при нормальной эксплуатации, есть ещё экономическая выгода: аккумуляторы служат дольше. Со штатным генератором типичный срок службы аккумуляторной батареи составляет два, редко три года, если дольше — то в благоприятных условиях эксплуатации (преимущественно летом или по трассе, малый годовой пробег). Это обусловлено постоянной разрядкой и зарядкой батареи: стали на светофоре — батарея разряжается, поехали — заряжается… С генератором переменного тока батареи служат от трёх лет и дольше, обычно по пять, потому что батарея, как правило, разряжается при запуске двигателя, а потом, получив обратно потраченную энергию, практически выходит из игры до следующего запуска двигателя. Далее, у генераторов переменного тока больший выбор реле-регуляторов, которые уже электронные и соответственно более надёжные и точные в работе. Если установленное на вашей машине дополнительное оборудование требует большой мощности, то в наше время есть генераторы на 65 и даже 90 А. Генераторы на 40 А (ГАЗ-24, УАЗ) довольно легко найти и стоят они, как правило, недорого. Если заглянуть под капот случайной ГАЗ-21 на улице, то почти наверняка там обнаружится такой генератор.
Распространённое мнение, что более мощный генератор будет отнимать лишнюю мощность у двигателя по сути строится на предположении, что нагрузка на генератор будет постоянно высокой. На самом деле генератор почти не отнимает мощности у двигателя при отсутствии нагрузки. В
это легко убедиться, попробовав прокрутить шкив снятого с автомобиля генератора от руки: и у 40-амперного, и у более мощного усилие примерно одинаковое. Потери на его вращение растут постепенно по мере подключения потребителей. Поэтому, если есть возможность установить более мощный генератор (обычно 65-амперный 1601.3701 для ГАЗ-24-10, ГАЗ-3102 и других автомобилей с двигателем ЗМЗ-402х), стоит это сделать. Более мощный и современный генератор не только покроет потребности в электричестве, но и выдаст зарядный ток раньше, чем старые модели, обеспечив уверенный заряд аккумуляторной батареи даже на холостых оборотах при включенных фарах и других потребителях.
Для того чтобы знать, какой генератор вам подойдёт по его обозначению, следует ознакомиться с параметрами генераторов: www.opel.auto.ru/info/al-param.html.
Необходимые переделки
Крепление
Итак, если вы решились пожертвовать оригинальной комплектацией своего ретроавтомобиля ради тех или иных описанных выше преимуществ (вернуть штатную систему назад при желании можно очень быстро, так что просто не выбрасывайте старый генератор), то вам понадобится следующее. Прежде всего, необходимо доработать кронштейн генератора. Уши крепления генератора переменного тока значительно уже, чем у штатного. Необходимо приварить дополнительное ухо на кронштейн примерно посередине (конечно, лучше точно снять размеры с нового генератора). Можно и изготовить новый кронштейн, но лучше доработать имеющийся — тогда при нужде вы сможете быстро вернуться к штатной системе. Например, если у вас по каким-то причинам поломается новый генератор (допустим, кто-то по небрежности или неопытности подключит наоборот клеммы на аккумулятор, перепутав полярность), а вам надо будет срочно ехать, но запасного переменника под рукой не окажется, а старый будет. Есть вариант установить новый генератор на старый кронштейн без доработки последнего, взяв длинную шпильку и распорную втулку (кусок любой трубы подходящего диаметра), но по опыту известно, что шпилька гнётся, поэтому такой вариант возможен только в качестве временного.
Можно также просто взять «родной» кронштейн нового генератора. На УАЗ и ГАЗ он состоит из двух частей и ставится на те же шпильки. При установке уделите особое внимание соосности. Это как и параллельность оси генератора коленчатому валу, так и совпадение плоскостей, в которых лежат шкивы водяного насоса, коленчатого вала и генератора. Для этого может понадобится двигать кронштейн с генератором взад и вперёд. Если запаса хода не хватит, можно расширить отверстия в нём напильником. Если не проследить за этим, приводной ремень может износиться и порваться через 1-3 мегаметра пробега, что чревато перегревом двигателя и невозможностью продолжить движение.
Также желательно взять полуэллиптическую крепёжную планку вместо родной прямой. (Рекомендуем запастись запасной, потому что они иногда трескаются). Она надёжнее. В корпус генератора лучше ввернуть болт, который будет играть роль шпильки, а планка должна фиксироваться при помощи гайки. Это поможет избежать износа резьбы в генераторе.
При установке генератора обязательно пользуйтесь специальными гайками с капроновыми вставками, потому что генераторы весьма склонны к самоотворачиванию и разбалтыванию. Обычные гроверные шайбы тут малоффективны.
Натягивать ремень следует так, чтобы при надавливании на него пальцем без избыточного усилия он прогибался на 8…10 мм. Также можно судить по тому, удаётся ли повернуть ремень пальцами на 180°.
Шкив
Рекомендуется использовать генератор именно от Волг, потому что УАЗовские оснащаются крупными шкивами. В результате можно столкнуться с тем же явлением, что и на штатной системе — отсутствием или сильной нехваткой зарядки на низких холостых оборотах двигателя. По-видимому, это вызвано тем, что от УАЗов требуется повышенная надёжность, поэтому конструкторы снизили средние обороты генератора в ущерб отдаче на холостых оборотах, что не так важно для внедорожника. А у Волги, которая по своей сути чаще может оказываться в городских пробках, но и находится в основном в городе или цивилизованной трассе, можно увеличить обороты. Впрочем, на самом деле УАЗовская предосторожность излишня, так как всё равно на этих машинах двигатели редко работают на максимальных оборотах подолгу. А сами по себе альтернаторы — вещь довольно надёжная и выдерживают очень высокие обороты. (Чего не скажешь про Г12).
Правда, волговские шкивы рассчитаны на два ремня. Можно срезать лишнее «болгаркой», а можно просто использовать один из ручьёв шкива и не обращать внимания на другой.
Подключение
Далее, следует учесть, что генераторы бывают как со встроенным реле зарядки (регулятором напряжения), так и без него, т.е. рассчитанные на выносное. Рекомендуется последний вариант, потому что можно использовать разные комплектующие, в т.ч. от иномарок, а также облегчается диагностика и ремонт.
Можем порекомендовать регулятор напряжения пензенского производства со светодиодами 59.3702. Он удобен тем, что при включении зажигания загорается красный огонёк, а при наличии зарядки — зелёный. Это позволяет с первого взгляда убедиться в правильной работе системы (как упоминалось выше, современные генераторы позволяют
заряжать аккумулятор даже на холостом ходу, поэтому при работающем двигателе и оборотах холостого хода порядка 700 должны гореть оба диода; кроме того, он обращает внимание на включенное зажигание при неработающем двигателе. Впрочем, можно применить практически любой аналогичный реле-регулятор — РР-380, РР-362А, РР-310Б(В), РР-350Э, 121.3702. Главное — правильно подключить.
Подключается реле-регулятор следующим образом. У него всего две клеммы, обозначенные «+», «ВЗ» или «15» (вход) — её соединяем с замком зажигания (клемма «КЗ», на которой появляется напряжение при включении зажигания; фактически та же, что идёт на клемму «ВК-В» катушки зажигания) — и «Ш» или «67» (выход) — её соединяем с одной из щёток. Вторая щётка генератора подключается на массу. Помимо этого, следует обеспечить хороший контакт массы генератора и реле.
Напряжение на вход реле-регулятора очень желательно подать прямо с «+» самого генератора (силового выхода) через контакты дополнительного простого реле, работающего на замыкание и включаемого от замка зажигания.
Если же вам достался генератор со встроенным регуляторам напряжения («таблеткой»), у него есть вывод для возбуждения (на Bosch обозначается «D» — drive, на отечественных «В» — надо быть внимательным, потому что на том же Bosch буквой «B» обозначается силовой вывод). На этот контакт подключается плюс с замка зажигания, в то время как силовой вывод подключается к амперметру. Если же встроенный реле-регулятор такого генератора удалён после его выхода из строя и вместо него стоит простой щёточный узел, то его контакт подключается на клемму «67» выносного реле-регулятора — туда же, куда и положительная щётка.
Следует иметь в виду, что при плохом состоянии проводки зарядка может идти плохо. Это контролируется замерами напряжения: если при двигателе, работающем на 1500 об/мин, напряжение на аккумуляторе заметно ниже напряжения на клемме «15» (а именно, на 0.5-1 В), то налицо плохие контакты в цепи. Рекомендуется проверить всю цепь между генератором и аккумулятором, в первую очередь контакты амперметра. Поскольку через него идёт большой ток, порой 20 А, амперметр греется, окисляется, что повышает его сопротивление и может даже привести к возгоранию. Будьте осторожны, проверяя контакты амперметра наощупь: можно обжечься. Можно также проверить напряжение при неработающем двигателе, главное — разница в напряжении. Между прочим, можно проверять напряжение, подключив тестер одним выводом на аккумулятор, другим на реле. При этом он покажет разницу, т.е. значение порядка от десятых долей до 1-2 вольт. Чем ниже эта разница, тем лучше.
В идеале надо бы соединить генератор с аккумулятором прямым проводом минимальной длины и достаточного сечения, минуя амперметр. Это гарантирует минимальное падение напряжения и хорошую зарядку. Однако амперметр при этом окажется зашунтированным и будет показывать неправильно. Можно заменить его вольтметром, который тоже даёт представление о состоянии бортсети, даже лучше, чем амперметр — так и сделано на многих автомобилях, выпущенных позже Волги. Но это уже отдельная тема.
Немного теории
Как работает регулятор напряжения? Электрически генератор состоит из двух основных частей: статор (неподвижная) и ротор (со шкивом). На статоре расположено три обмотки из провода большого сечения, которые и являются силовыми, т.е заряжают аккумулятор. На роторе находится так называемая обмотка возбуждения, состоящая из провода малого сечения, через который проходит небольшой управляющий ток, подаваемый через одну из щёток. Это ток создаёт магнитное поле, которое генерирует переменный электрический ток в обмотке статора, которое выпрямляется диодами и поступает в бортовую сеть. Питается обмотка возбуждения через щётки. На одну подаётся «плюс», вторая подключена к массе. При отсутствии тока возбуждения генератор не выдаст никакого тока вообще.
На этом принципе и работает регулятор напряжения — при превышении напряжения в бортсети заданного значения (обычно около 14.5 В) он отключает питание на щётку и, таким образом, выводит генератор из игры на какое-то время.
Старые статьи
Процитируем специалистов ГАЗ. Ниже приводится часть рекомендаций по замене двигателя ГАЗ-21А на ЗМЗ-451М, оснащённый Г254Г:
«Для подключения генератора переменного тока в бортовую сеть автомобиля надо плюсовой провод, отключенный от клеммы «Я» старого генератора, подключить к клемме «+» генератора Г254Г; наконечники проводов «Я» и «Б», отключенные от реле-регулятора РР24, соединить, обеспечив их надежный электрический контакт, и заизолировать; клемму «В» генератора Г254Г соединить с клеммой «ВК-Б» катушки зажигания проводом сечением не менее 0.5 кв. мм, а клемму «К» реле РС502, которая соединялась с клеммой «Я» реле-регулятора, соединить с «массой» проводом сечением не менее 0.35 кв. мм.»
Другая цитата — ответ главного конструктора горьковского автозавода по электрооборудованию автомобилей В. Борисова:
«Генератор постоянного тока Г12, установленный на ГАЗ-21, можно заменить генератором переменного тока со встроенным интегральным регулятором напряжения типа Г254 или типа 17.3701. Для этого необходимо отключить аккумуляторную батарею, снять генератор и реле-регулятор, отсоединив подходящие к ним провода, и доработать кронштейн генератора под генератор переменного тока.
Дальнейшие действия таковы. Снимаете шкив с генератора Г12 и ставите его на генератор переменного тока. Чтобы получить лучший баланс электроэнергии автомобиля, рекомендуется выточить новый шкив для генератора диаметром 80 мм. Устанавливаете генератор переменного тока на доработанный кронштейн. Регулируете соосность шкива генератора и коленчатого вала, натяжение приводного ремня и закрепляете генератор.
Подключаете провод, отсоединенный от вывода “Я” генератора Г12. к выводу «+» генератора Г254 (17.3701). Подключаете провод, отсоединенный от вывода «Ш» генератора, к выводу «В» генератора Г254 (17.3701). Удлиняете и подключаете провод, отсоединенный от вывода «Ш» реле-регулятора, к выводу «КЗ» выключателя зажигания. Соединяете провода, отсоединенные от выводов «Я» и «Б» реле-регулятора, и тщательно их изолируете Подключаете провод, отсоединенный от вывода «М» генератора, к выводу «-» генератора Г254 (17.3701), а конец провода от вывода «М» реле-регулятора — к кузову автомобиля.
Выполнив эти работы, необходимо изменить полярность электрооборудования, для чего вывод «-» аккумуляторной батареи соединить с кузовом, а провод от вывода «+» аккумулятора — подсоединить к выводу стартера. Надо также поменять местами провода, подходящие к выводам амперметра. Подсоединение часов к электросети автомобиля при изменении полярности остается прежним, но вот пользоваться радиоприемником, стоящим на ГАЗ-21, в этом случае без соответствующей его доработки нельзя.»
(Последний абзац относится лишь к автомобилям первых-вторых выпусков, которые сошли с конвейера до марта 1960 года и оснащались системой электрооборудования с «плюсом» на массе. А рекомендацию насчёт шкива можно проигнорировать — она связана с тем, что у ГАЗ-24 двухручьевой шкив, но это не имеет значения).
Примеры переделки
Игорь Калинин «Штирлиц» 2007.12.03, 2011.02.17
© GAZ-21.Org 2007
|