"Москвич", генератор и физика
Михаил Данилов23.04.2014 Однажды, на четвёртом курсе института, преподаватель спросил меня, если на автомобиле включить фары, возрастёт ли расход топлива? Я, естественно, отетил утвердительно. Знаю, говорит, что возрастёт, а вот автомеханики меня всегда уверяют, что нет. Ну как же нет... Генератор – это устройство, преобразущее один вид энергии в другой. Т.е. вырабатываемая им энергия не берётся ниоткуда. Закон сохранения энергии. Один из самых фундаментальных в физике. Физика... Как-то, ещё в детстве, глядя на генератор своего любимого «Москвича-401», на котором было написано 6В, 20А, я спросил, а какова его мощность? И получил ответ – 120Вт. Ага, значит электрическая мощность определяется просто произведением напряжения на силу тока. Я ещё тогда отметил про себя, до чего же это удобно. Словно по заказу. Позже, в 8 классе, я узнал, что такое мощность вообще, а в 9-ом – почему электрическая мощность определяется именно таким чудесным образом. Так генератор постоянного тока старого «Москвича» помог мне когда-то познать одно из основополагающих понятий электротехники.
Интересный был агрегат. Длинный, чёрный... С двумя широкими плоскими графитовыми щётками, подобраться к которым можно было, сняв ленточный хомут. Статоров у нас имелось два. На одном были повреждены башмаки, и он лежал в сарае. А однажды сгорел якорь. За перемотку взяли 10 рублей. Для 60-х годов немалые деньги...
Этот генератор назывался Г-22Б. Это был, кажется, последний вариант 6-вольтовых генераторов. Такой стоял и на мотоколяске С3А-М. А до этого на «Москвичах-401» применялся генератор Г-29, который, в общем-то, принципиально не отличался. Возможно, Г-22Б предназначался для двигателя 402. Ведь у 401 генератор стоял сверху, да ещё к нему крепился вентилятор. А вот генератор Г-28 от первых «Москвичей-400» был в основе другим, а именно – трёхщёточным.
Регулятор напряжения, как таковой, отсутствовал, обмотка возбуждения питалась от третьей щётки. При этом с ростом оборотов ток возбуждения уменьшался, что обеспечивало некоторую стабилизацию напряжения. Однако напряжение не регулировалось при изменении тока нагрузки. К тому же такой генератор мог работать только в паре с аккумулятором. Поэтому эта простая система, хоть и была распространена в довоенное время, после войны уступила место более совершенной, с электромеханическим регулятором напряжения. Если у трёхщёточных генераторов имелось только реле обратного тока, то теперь реле-регулятор стал состоять из трёх элементов: реле обратного тока, регулятор напряжения и ограничитель тока. Сложный прибор и довольно капризный, не терпящий неквалифицированного вмешательства. Помню, часто с ним были проблемы.
Однако 6-вольтовая система электрооборудования в послевоенное время уже считалась устаревшей и не способной обеспечить возросшие энергетические потребности автомобилей. И применялась только на «Москвиче-401» и ЗиС-110 (мотоциклы и мотоколяски не в счёт). На новом «Москвиче-402» в 1956 году уже перешли на 12В.
Генератор стал называться Г-22, без буквы. Теперь на нём писали 12В, 16А. Ток хоть и уменьшился, но мощность выросла за счёт двукратного увеличения напряжения (вспомним определение электрической мощности). Но и этой мощности было недостаточно.
На «Москвиче-408» появился модернизированный генератор Г-108М, рассчитанный на ток 20А. Тем не менее, и этого уже не хватало, особенно для четырёхфарных модификаций.
Надо сказать, возможности генераторов постоянного тока к тому времени уже были практически исчерпаны. Дальнейший рост мощности приводит к существенному увеличению габаритов и массы, а также к большому расходу меди. Другое дело – генератор переменного тока. Он значительно компактнее, к тому же конструктивно его можно исполнить так, что обмотка возбуждения будет размещена в роторе, а нагрузка сниматься непосредственно со статорных обмоток. То есть без щёток и коллектора. Помимо всего прочего, это даёт возможность увеличить скорость вращения. К тому же такому генератору не нужны ни реле обратного тока, ни ограничитель тока (он обладает свойством самоограничения). Правда, ему необходим выпрямитель. Ранее, ввиду отсутствия мощных кремниевых диодов, применялся селеновый выпрямитель. У которого был существенный недостаток – большой обратный ток. Поэтому при неработающем двигателе генератор следовало отключать от аккумулятора. Значит, необходимо было специальное мощное реле.
Впервые такой генератор появился на автобусе ЗиС-155. Неслучайно, ибо у автобусов энергопотребление существенно выше. Кстати, по этой же причине и 12-вольтовое электрооборудование впервые нашло применение на автобусе ЗиС-8. Это автобус на удлинённом шасси ЗиС-5. А показанный в фильме «Место встречи изменить нельзя» автобус был исполнен кустарно, на обычном шасси ЗиС-5 (база короче).
Но вернёмся к генераторам переменного тока. Есть такое понятие в элементарной математике – синус. Это ордината точки на единичной окружности с центром в начале системы координат. Причём зависимость этой ординаты от места расположения на окружности (т.е. от угла поворота) имеет вид волнистой линии.
Это всем известная синусоида. Непрерывная периодическая функция. Есть у этой функции одно свойство, которое является просто бесценным. Дело в том, что производная этой функции тоже имеет такую же форму и меняется по закону синуса (сдвиг фаз не в счёт). Потому и напряжение в нашей сети имеет форму синусоиды. И именно благодаря этому синусоидальное напряжение прекрасно трансформируется, и результатом такой трансформации также является синусоида, пусть и сдвинутая по фазе.
Преимущества генераторов переменного тока на автомобилях в 60-е годы стали очевидны. Автомобильный генератор – это тоже, как и большой промышленный, трёхфазная синхронная электрическая машина с соединением типа звезда.
Для выпрямления напряжения служит специальный выпрямитель, состоящий из шести диодов. В 1967 году на «Москвиче-412» решили применить такой генератор, серии Г-250. Генераторы этой серии появились и на грузовиках, и на микроавтобусах РАФ. Готовились их ставить и на новую «Волгу» ГАЗ-24. Вообще-то, «Москвич-412» нельзя считать первым легковым автомобилем с генератором переменного тока, ибо «переменник» к тому времени уже имели «Запорожцы». Но... С селеновым выпрямителем. А вот на «Москвиче» стояли кремниевые диоды Д-242А. Причём разработали специальные диоды Д-242АП, у которых на корпусе был анод. Это связано с особенностями трёхфазного выпрямителя. Такой генератор получил название Г-250Ж. Но уже в 1970 году от радиотехнических диодов Д-242 отказались. Стали ставить выпрямительный блок ВБГ-1 со специальными диодами. 
Это уже был генератор Г-250Ж1. Он выдавал ток до 40А. Для тех лет немало. Для этих генераторов разработали электронно-механический регулятор напряжения РР-362А. Но в начале 80-х годов его заменили встроенным интегральным Я-112А. Генератор стал называться 29.3701. Ток – 45А. На «Москвич-2140Люкс» ставили модификацию 292.3701, имеющую нулевой вывод. В 1984 году генератор подвергли модернизации. К плюсовому выводу подключили конденсатор К-73-21В ёмкостью 2,2 мкФ. Ток стали указывать в 50А. Нешуточная мощность. Был в конце и генератор 58.3701 с током 52А. Но все они имели один недостаток. На оборотах холостого хода и включённых мощных потребителях стрелка амперметра уходила в минус. То есть зарядка не происходила, и аккумулятор разряжался. Отчасти это можно было объяснить тем, что передаточное отношение привода 1:1,69 было довольно большим, как и у 408 с «постоянником». Для сравнения - у «Жигулей» 1:2,04. Но не только это. Дело в электрических характеристиках. Некоторые пытались ставить шкив меньшего диаметра. Хотел в одно время и я. Даже была мысль поставить генератор от современной иномарки, обеспечивающий зарядку и на холостом ходу с включёнными фарами. Но потом всё-таки решил не трогать. Пусть стоит родной. Ведь он очень простой и надёжный. Правда, встроенный РН Я-112А я сразу же заменил на самодельный, электронный. Работает он безупречно, как и генератор в целом. Генераторы типа Г-250 требуют куда меньше внимания к себе, чем «постоянники”. Так, щётки, проводящие малый ток и работающие по гладким кольцам, служат значительно дольше. А раньше генераторные щётки надлежало возит с собой. В качестве подшипников используются закрытые, 180603 и 180502, не требующие пополнения смазки. Их размеры по сравнению с иномарочными генераторными впечатляют. А, например, подшипники генератора Г-108М следовало регулярно смазывать. Передний, открытый, смазывался через специальную капельную маслёнку. Задний, полузакрытый – через съёмную крышку консистентной смазкой. Инструкция предписывала проводить эту операцию через 18 000 км.
Была у «постоянников» одна интересная особенность. Второй конец обмотки реле стартера соединялся не с «массой», а с якорем генератора. И через его обмотку ток шёл на «массу». Когда генератор возбуждался, на клемме Я появлялось напряжение, и стартер отключался. И включить его при работающем двигателе было невозможно. С генераторами переменного тока так уже не получалось. Ещё. Сердечники обмотки возбуждения обладали свойствами остаточного магнетизма. И генератор мог возбуждаться сам, без аккумулятора. Т.е. можно было пустить двигатель с буксира, без аккумулятора. С «переменником» такое невозможно. Тем не менее, у «переменника» значительно выше удельные показатели и надёжность. Что и определило их повсеместное распространение. Генераторы постоянного тока уже давно не встречаются на автомобилях. Пожалуй, на «Москвичах» они продержались дольше всех, ведь «Москвич-2138» с Г-108М выпускали вплоть до начала 80-х. Правда, мотоколяску С3Д с таким же генератором делали и в 90-е.
Конечно, мой 50-амперный 29.3701-01 с электронным регулятором напряжения в 2,5 раза мощнее. И менее капризен. Но к старым, добрым «постоянникам» у меня особое отношение. Ведь это классический генератор, наподобие того, что мы изучали в школе на уроках физики. Рамка, вращающаяся в магнитном поле...
