Схема электрическая генератора переменного тока: Принцип работы и схема генератора переменного тока


0
Categories : Разное

Содержание

Принцип работы и схема генератора переменного тока

Представить себе жизнь современного человека без электричества крайне сложно. Даже те люди, которые отдалены от цифровых технологий и Интернета, все равно пользуются бытовыми приборами, которые работают на электрической энергии. Часто для ее производства используют генератор переменного тока, ведь именно ток такого поля используется всеми бытовыми установками, подается во все квартиры и частные дома. Упомянутый выше прибор был изобретен уже достаточно давно, но он до сих пор не утратил своей популярности и применяется во многих сферах жизни людей. Про устройство генератора и принцип его работы рассказано в данной статье.

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел

Генератор переменного тока представляет собой специализированную электрическую установку, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Последняя обладает переменной характеристикой. Само превращение основано на механическом вращении катушки из проволоки внутри магнитного поля.

Демонстрация рассматриваемого прибора в разрезе

К сведению! Практически все современные генераторы используют для получения электроэнергии вращающееся магнитное поле, а не катушку.

Как уже было сказано, электрический ток вырабатывается не только при механическом движении катушки в поле магнита, но и тогда, когда силовые линии магнита, находящегося во вращательном движении, пересекают витки катушки. Таким образом появляющиеся электроны начинают свое движение к положительному полюсу магнита, а сам электроток протекает от плюсового полюса к минусовому.

Ток индуцируется в проводнике (катушке). Его течение отталкивает магнит, когда рамка катушки подходит к нему, и отталкивает его, когда рамка удаляется. Его говорить проще, то ток каждый раз меняет свою ориентацию относительно полюсов магнита. Это и вызывает такое явление, как переменный электрический ток.

 Демонстрация прибора с помощью простого магнита и контура

Данное приспособление появилось еще в 1832 г. благодаря стараниям Н. Тесла. Именно тогда был создал самый первый однофазный синхронный генератор переменного электрического тока. Самые первые установки производили только постоянный ток, а рассматриваемый генератор переменной характеристики некоторое время не мог найти своего практического применения. Это длилось не долго, так как люди быстро поняли, что переменный ток использовать гораздо практичнее, чем постоянный.

Обратите внимание! Преимущество новой технологии заключалось в том, что такой электроток было легче выработать, а на обслуживание приборов уходило в разы меньше времени и ресурсов, чем на аналоги, работающие на постоянном токе.

Именно благодаря переменному току и его генератору смогли появиться на свет такие электроприборы, как радиоприемник, магнитофон и другие более поздние автоматические и электротехнические установки, без которых представить жизнь современного человека нельзя.

Использование графика для демонстрации переменного и постоянного электротоков

Характеристики генератора переменного тока

Основные технические характеристики генератора переменного тока: внешняя, скоростная регулировочная и токоскоростная. Внешняя характеристика определяется, как зависимость напряженности прибора от генерируемого им тока. Она является константой и может быть определена в процессе самостоятельного и независимого возбуждения.

Скоростная регулировочная характеристика чаще всего высчитывается исходя из нескольких величин электротока нагрузки. Самое маленькое значение возбуждения находится при нагрузочном токе, равном нулю (частота вращений при этом максимальная).

Последняя токоскоростная характеристика определяется как одна из самых важных при выборе или создании генератора. Практически все новые генераторы могут самостоятельно ограничивать свой максимальный ток.

Обратите внимание! Делается это для того, чтобы частота вращения роторов не увеличивалось до частоты индуцированного стартера.

Простой индукционный генератор для использования дома и на предприятии

Принцип работы генератора

Пришло время рассмотреть устройство генератора перемененного тока и принцип его действия. Он заключается в том, что в электроустановке используют специальную систему, которая при функционировании производит магнитный поток большой мощности.

За основу взято два сердечника, изготовленных из электротехнической стали. Пазы одного сердечника предполагают размещение обмотки, которая отвечает за генерацию потока магнитных волн. Второй же используется для индукции электродвижущей силы.

Обычно сердечник, который расположен внутри, находится в горизонтальном или вертикальном положении и вращается по соответствующим орбитам. Его называют ротором. Второй же сердечник, называемый статором, как понятно из его названия, остается в неподвижном состоянии. Чем меньшее расстояние будет между этими элементами, тем больше вырастет индуктивность магнитного потока. Далее рассмотрены назначение устройства и работа генератора переменного тока.

 Рассмотрение строения электрогенератора на практике

Назначение генератора переменного тока

Переменные генераторы тока применяют уже достаточно давно. За последние годы сфера применения стала еще более обширной. Используются такие приборы не только в промышленных, но и в бытовых целях. Производственные электроустановки представляют собой самый выгодный вариант для генерации электроэнергии, используемой на заводах и предприятиях, учебных учреждениях, торговых центрах и т. д. Также такие генераторы позволяют значительно ускорить строительство того или иного сооружения в тех местах, где нет возможности провести линию электропередачи.

В быту такие устройства также применяются. Они обладают более компактными размерными характеристиками и универсальностью. Часто их используют для питания частных домов, дачных участков или коттеджей.

Обратите внимание! Бытовые и производственные генераторы перемененного тока пользуются популярностью практически во всех сфера жизни человека. Особенно они полезны там, где постоянно возникают перебои с подачей электроэнергии или ее нет вообще.

Возбуждение генератора переменного тока

Как устроен генератор переменного тока

Устройство генератора крайне простое. Он состоит из двух основных частей: подвижной (ротор или индуктор) и неподвижной (статор или якорь). В ГПТ ротором выступает электрический магнит, создающий магнитное поле, которое и принимает статор. Поверхность якоря обладает впадинами, которые называются пазами. В них виднеется обмотка катушки, выступающей в роли проводника.

Обратите внимание! Обычно якорь изготавливают их спрессованных листов стали толщиной не более 0,3 мм. Их изоляционный слой представляет собой простое лаковое покрытие.

Ротор устанавливают внутри статора. Его вращение осуществляется с помощью двигателя, мощность которого передается через обычный вал и некоторые опорные элементы. На валу также имеется возбудитель с постоянным значением электротока, питающий им обмотки катушки. Также среди компонентов имеется аккумуляторная батарея, которая инициализирует запуск стартера и может подавать электричество, если его не хватает для запуска двигателя, его работы.

Важно! Основное различие между однофазным и трехфазным генераторами электрического тока заключается в том, какое максимальное напряжение выдается прибором. В первом случае это 220 В, а во втором — и 220, и 380 В.

Устройство установки

Виды генераторов переменного тока

Есть несколько типов классификации генераторов. Наиболее распространенный — по мощности. Они бывают маломощными и высокомощными. Для решения бытовых задач применяются компактная и маломощная электроустановки, которые обычно используется в качестве резервного источника питания.

В последнее время популярность обрели сварочные генераторы. С бензиновыми моделями следует быть осторожным, так как они должны использоваться только по своему прямому назначению. В противном случае их срок эксплуатации истечет намного раньше положенного. Диагностика и ремонт таких приборов — достаточно дорогостоящие, и чаще проще купить новый аппарат.

Еще одно разделение — асинхронные и синхронные генераторы. Они отличаются конструкцией ротора. В синхронном приборе катушка находится на роторе, а в асинхронном на валу есть специальные углубления, которые предназначены для вставки обмотки. Подробнее о них далее.

Маломощный генератор

Асинхронные генераторы

Асинхронные двигатели — это приборы, которые работают в тормозящем режиме. В данной ситуации ротор выполняет вращения только в одном направлении, совпадающем с движением магнитного поля, но немного опережает его.

Обратите внимание! Такие установки практически не подвержены коротким замыканиям и обладают повышенной защитой от воздействия внешних факторов.

Асинхронный генератор

Синхронные генераторы

Синхронный двигатель — это электромеханизм, который работает в режиме генерации электрической энергии. Его особенность в том, что частота вращения стартера, а точнее его магнитного поля, равна частоте вращения ротора.

К сведению! Синхронные обладают роторами, которые выполнены в виде постоянных или электрических магнитах. Полюсов у них может быть и 2, и 4, и 6. Главное, чтобы это число было кратным двум.

Синхронный генератор

Какой ток вырабатывает генератор

Характеристика тока, который вырабатывается генератором, зависит от его конструкции. Как уже стало понятно, и переменный генератор, и постоянный генератор содержат в своей конструкции электрический или постоянный магнит, создающий поток магнитного поля. В обоих случаях можно найти обмотку из медного проводника. Она вращается и, занимая различные положения в поле магнита, создает наведенную ЭДС.

Если представить, что обмотка разделена на две одинаковые части, то они поочередно будут занимать то горизонтальное, то вертикальное положение. ЭДС будет сначала максимальной, а затем нулевой. Это и будет генерация переменного тока.

Обратите внимание! Если в процессе полуоборота каким-либо образом переключить потребитель энергии, то он будет получать уже постоянный, но пульсирующий ток. В этом и отличие.

 Характеристика переменного и постоянного электрических токов

Схема генератора переменного тока

Принципы работы генератора переменного и постоянного токов уже понятны, как и его основные конструкционные элементы. Необходимо рассмотреть пару схем для обобщения материала и понимания процесса генерации электротока.

Схема обычного устройства генерации электротока

Таким образом, были рассмотрены генератор переменного тока, устройство и принцип его действия.

Принципиальная схема электрического генерирующего устройства

Строение этого аппарата практически не поменялось с момента его создания еще в 1800-х гг. Данное электрооборудование служит для выработки тока, который применяется для бытовых или производственных целей.

Как сделать генератор переменного тока 220в своими руками в домашних условиях

Генератор является устройством, который производит продукты, вырабатывающие электрическую энергию либо преобразующую ее в другую. Что собой представляет устройство, как сделать генератор, каков принцип его работы, в чем отличие от синхронного генератора? Об этом расскажем далее.

Устройство и принцип работы

Генератором называется электромашина, которая занимается преобразованием механической энергии в токовую электроэнергию. В большинстве случаев используется для этого вращательный тип магнитного поля. Состоит аппарат из реле, вращающегося индуктора, контактных колец, терминала, скользящей щетки, диодного моста, диодов, токосъемного кольца, статора, ротора, подшипников, роторного вала, шкива, крыльчатки и передней крышки. Нередко в конструкцию входит виток с электромагнитом, который осуществляет выработку энергии.

Генератор своими руками

Важно отметить, что генератор бывает переменного и постоянного тока. В первом случае не образовываются вихревые токи, работать аппарат может при экстремальных условиях и обладает пониженным весом. Во втором случае генератор не нуждается в повышенном внимании и имеет большее количество ресурсов.

Бывает генератор переменного тока синхронным и асинхронным. Первый это агрегат, который работает как генератор, где количество совершаемых вращений статора равно ротору. Ротор формирует магнитное поле и создает в статоре ЭДС.

Обратите внимание! В результате создается постоянный электрический магнит. Из преимуществ отмечают высокую стабильность создаваемого напряжения, из недостатков — токовую перегрузку, поскольку при завышенной нагрузке, регулятор повышает ток в роторной обмотке.

Устройство синхронного аппарата

Асинхронный аппарат состоит из короткозамкнутого ротора и точно такого же статора, как и предыдущей модели. В момент вращения ротора асинхронный генератор индуцирует электроток и магнитное поле создает синусоидальное напряжения. Поскольку он не имеет связи с ротором, то возможности в том, чтобы искусственно регулировать напряжение и ток, нет. Эти параметры изменяются под электрической нагрузкой на стартерной обмотки.

Устройство асинхронного аппарата

Принцип действия

Любой генератор действует по электромагнитному индуктивному закону, благодаря наводке электротока в замкнутой рамке пересечением вращающегося магнитного поля, создаваемое с помощью постоянных магнитов или обмоток. Электродвижущая сила попадает в замкнутый контур из коллектора и щеточного узла вместе с магнитным потоком, вращается ротор и вырабатывает напряжение. Благодаря подпружиненным щеткам, которые прижимаются к пластинчатым коллекторам, передается электроток к выходным клеммам. Далее он идет в сеть пользователя и распространяется по электрооборудованию.

Принцип работы

Отличие от синхронного генератора

Синхронный бензиновый генератор не перегружается из-за переходных режимов, которые связаны с пуском под нагрузкой из потребителей подобной мощности. Он является источником реактивной мощности, в то время как асинхронный ее потребляет. Первый не боится перегрузок при поставленном режиме благодаря системе авторегулирования через связь, которая обратна току с напряжением в проводе. Второй имеет нерегулируемую искусственно силу сцепления электромагнитного роторного поля.

Обратите внимание! Важно понимать, что асинхронная разновидность более популярна благодаря простой конструкции, неприхотливости, отсутствию надобности в техническом квалифицированном обслуживании и сравнительной дешевизне. Он ставится тогда, когда: нет высоких требований к частоте с напряжением; предполагается работать агрегату в запыленном месте; нет возможности переплачивать за другую разновидность.

Синхронная разновидность

Область применения

Генератор переменного тока — многофункциональный аппарат, благодаря которому энергию можно передавать на большие расстояния и при этом быстро ее перераспределять. Кроме того, она превращается в световую, тепловую, механическую и другую энергию по инструкции. Прост в изготовлении. Поэтому область их применения обширна. Сегодня используются такие устройства везде: как в промышленности, так и в условиях быта. Ими оснащается мощный мотор.

К примеру, электро и ветрогенератор будет полезен в то время, когда будет отключена сеть вольт, произойдет авария на электростанции, нужна будет дополнительная энергия в двигателе.

Бензиновый и магнитный генератор, благодаря небольшому весу и компактности, можно транспортировать и использовать в сельском хозяйстве, на даче, в лесу. Он послужит оборудованием быстрого реагирования и поможет создать аварийное освещение.

Область применения

Классификация прибора

Классификация прибора обширная. Сегодня он бывает асинхронным и синхронным, с неподвижным ротором или статором, однофазным, двухфазным и трехфазным, с независимым или самостоятельным возбуждением, с обмотками возбуждения или возбуждением от постоянно действующего магнита.

Обратите внимание! Стоит отметить, что на данный момент пользуются большей популярностью трехфазные модели благодаря вращающемуся круговому магнитному полю, уравновешенности системы, работы в нескольких режимах и высоких уровнях коэффициента полезного действия.

Классификация оборудования

Схема сборки устройства

Собрать электро генераторы на 220 своими руками можно по аналогии с производственной моделью. Для этого могут понадобиться видеоуроки или учебные пособия. Затем нужно правильно подключать все приборы одной системы. Сделать это можно по схеме звезда или треугольник.

В первом случае электросоединение происходит для всех концов обмоток одной точки, а во втором случае предусматривается последовательный тип обмоточных генераторных соединений. Важно отметить, что эти схемы можно использовать лишь в том случае, если нагрузка фаз равномерная. Тогда тема, как сделать генератор в домашних условиях, будет актуальной.

Схема подключения звезда

В целом, генератором называется устройство, превращающее механическую энергию в электрическую при помощи проволочной разновидности катушки магнитного поля. По количеству фаз агрегаты бывают с одной, двумя и тремя фазами.

Схема подключения треугольник

Сделать его сегодня можно своими руками, используя специальную схему, указанную выше.

принцип работы и описание устройства, ампераж

Чтобы преобразовать механическую силу в электрическую энергию, используется генератор напряжения. При рассмотрении устройства важно затронуть тему принципа работы и технических характеристик. Учитываются типы установок и схема генератора.

Описание устройства

Простейший генератор тока представляет собой установку с проволочной катушкой. Ветки между собой пересекаются и во время движения электроны начинают перемещаться. Действие элементов производится относительно полюсов магнитов. Основная задача — индицирование электрического тока. Если обратиться к истории, ранее существовали такие разновидности:

  • динамо-машина Йедлика;
  • диск Фарадея;
  • динамо-машина;
  • электрические модули с вращением.
Динамо-машина

Базовый принцип работы

Для примера рекомендуется рассмотреть асинхронный генератор, который состоит из следующих элементов:

  • ротор;
  • подвижный якорь;
  • встроенный статор;
  • обмотка;
  • прочный стержень;
  • кольца;
  • корпус;
  • пластины;
  • сердечник ротора.

Принцип работы построен на преобразовании механической энергии. Уровень электрического тока зависит от скорости вращения генератора. Процесс начинается с вращения ротора. На модуль действует магнитное поле и приводится в действие пластина, а также обмотка статора. Катушка испытывает нагрузки, и в цепи появляется ток.

Катушка в цепи

Основная задача на этом этапе — повышение выходной мощности. При увеличении скорости повышается показатель магнитной индукции. Она влияет на коэффициент полезного действия устройства.

Дополнительная информация! К катушке подведены контакты статора, есть возможность подключить проводники.

Технические характеристики

Рассматривая простой генератор напряжения, нужно учитывать следующие показатели:

  • номинальная мощность;
  • частота;
  • токовая перегрузка;
  • количество полюсов.

Если рассматривать генераторы, специалисты обращают внимание на амперы. Чтобы им управлять, используются регуляторы мощности. В отечественных автомобилях показатель находится на отметке 55 ампер.

Замер напряжения

Скорость вращения генератора

Скорость вращения генератора в синхронном, асинхронном двигателе зависит от следующих факторов:

  • число полюсов;
  • частота.

Если взять модификацию на два полюса, при частоте 50 герц обеспечивает обороты 3000. Модификация на 6 полюсов при той же частоте дает обороты 1000. Устройство на 16 полюсов с частотой 50 герц обеспечивает обороты 375.

Виды и применение

Разделение устройств, происходит в зависимости от сети:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Если рассматривать устройства переменного тока, они делятся на подгруппы:

  • синхронные;
  • асинхронные.
Асинхронный тип

Разделение модулей в зависимости от количества фаз:

  • однофазные;
  • трехфазные.

Генераторы постоянного тока производятся с дополнительной обмоткой, предрасположены к большим нагрузкам. Они используются в металлургической промышленности. Установки функционируют по принципу электромагнитной индукции. К основным параметрам относят:

  • количество оборотов;
  • мощность;
  • индуктивность;
  • частота.

В установках используются катушки возбуждения. У них различная пропускная способность, учитывается количество контактов. Если разбирать мощные установки, у них имеется несколько колец, которые изолированы между собой. Для контроля электрического напряжения, применяется выпрямитель.

Выпрямитель в цепи

У якоря используются щётки, которые не соприкасаются между собой. При работе отслеживается уровень напряжения на контуре. В нормальном состоянии показатель имеет нулевое значение. Отдельный вопрос — выбор полярности. К второстепенным показателям приписывают синусоидальное напряжение.

Особенности якоря:

  • функционирует на холостом ходу;
  • выдерживает значительную нагрузку;
  • создаёт собственное магнитное поле;
  • является компактным;
  • при вращении элемента образуется магнитное поле.

Есть установки с несколькими якорями, которые поставляются с магнитными проводами. Основной показатель демонстрирует насыщенность напряжения в цепи. Если требуется определить электродвижущую силу, берётся в расчёт количество оборотов, а также полюсов.

Важно! Дополнительно в формуле рассчитывается показатель индуктивности. Есть варианты с параллельным и последовательным соединением элементов.

Последовательное подключение

Обмотка на якоре может быть одинарной либо двойной, многое зависит от количества проводников. С целью расчета средней электродвижущей силы определяется мощность и частота. Это физическая величина, которая может быть определена лишь в квазистационарных цепях. Учитывается полезная мощность и максимальный уровень напряжения.

Виды генераторов постоянного тока:

  • параллельные;
  • последовательного возбуждения;
  • смешанный тип.

Установки с параллельным возбуждением могут называться шунтами. Они отличаются небольшой мощностью. У элементов широкая сфера применения. Модули с последовательным возбуждением могут называться сериесными и поставляются для промышленных предприятий. У них используется постоянный магнит и нет проблем с нагрузкой.

Установки способны работать на холостом ходу, есть возможность регулировать электрическую нагрузку. При рассмотрении генераторов с независимым возбуждением учитываются следующие показатели:

  • ток нагрузки;
  • холостой ход;
  • максимальная мощность;
  • частота;
  • электродвижущая сила;
  • сопротивление.

К основным преимуществам генераторов постоянного тока стоит приписать независимое возбуждение. К минусам относят зависимость от источника питания. В 2019 году установки могут применяться в сильноточных агрегатах.

Сильноточные агрегаты

Если рассматривать регулировочные характеристики генераторов, учитывается тип нагрузки и постоянство частоты. Модификации с параллельным возбуждением имеют следующие особенности:

  • не боятся коротких замыканий;
  • быстрый прогрев якоря;
  • питание установок;
  • подходят для сварочных аппаратов.

Устройства переменного тока функционируют за счет вращения ротора. Модели используются в морских судах и частично в общественном транспорте. Синхронные модификации поставляются с блоками пусковой перегрузки. Элементы встречаются в персональных компьютерах и прочей электронике.

Рассматривая асинхронный генератор, принцип работы и устройство, можно заметить, что по конструкции он являются простым. Агрегаты устанавливаются на сварочную технику. Однофазные функционируют при напряжении 220 вольт, а трехфазные поставляются с параметром 380 вольт.

Интересно! Установки востребованы на промышленных объектах, где требуются модули высокой мощности.

Схема генератора переменного тока

Схема генератора переменного тока включает следующие элементы:

  • центральный шкив;
  • вентиляторы;
  • ротор;
  • обмотка держателя;
  • контакты;
  • щеткодержатель;
  • элемент выпрямитель.

Меры безопасности

Осуществляя диагностику модуля, рекомендуется придерживаться правил:

  • не замыкать контакты;
  • не допускать попадания воды;
  • отдельно хранить аккумулятор;
  • следить за герметичностью конструкции;
  • проверять уровень напряжения.

Во время снятия генератора проверяются комплектующие. Уделяется внимание правилам эксплуатации по инструкции. Установки функционируют в определенных режимах, оцениваются основные характеристики. Модули боятся соли и жидкостей. Установка генератора должна производиться специалистом.

Если подключать генератор к автомобилю, нужно проверить силовой выпрямитель. Необходимо вывести обмотки возбудителя, а также фазу. Отдельно проверяется регулятор напряжения. При установке запрещается производить проверку до момента полного подключения.

Выше подробно описано понятие генератора напряжения. Расписан базовый принцип работы и характеристики. Учитывается ампераж, скорость вращения и схема подключения.

Устройство Генератора Переменного Тока и Принцип Действия

Мощный тяговый генератор переменного тока – строение

Мощный тяговый генератор переменного тока – строение

Здравствуйте, ценители мира электрики и электроники. Если вы частенько заглядываете на наш сайт, то наверняка помните, что совсем недавно у нас вышел достаточно объемный материал про то, как устроен и работает генератор постоянного тока. Мы подробно описали его строение от самых простых лабораторных прототипов, до современных рабочих агрегатов. Обязательно почитайте, если еще этого не сделали.

Сегодня мы разовьем эту тему, и разберемся, в чем заключается принцип действия генератора переменного тока. Поговорим о сферах его применения, разновидностях и много еще о чем.

Теоретическая часть

Основной принцип работы альтернатора

Основной принцип работы альтернатора

Начнем с самого основного – переменный ток отличается от постоянного тем, что он с некоторой периодичностью меняет свое направление движения. Также он меняет и величину, о чем мы подробнее поговорим далее.

Спустя определенный промежуток времени, который мы назовем «Т» значения параметров тока повторяются, что на графике можно изобразить в виде синусоиды – волнистой линии, проходящей с одинаковой амплитудой через центральную линию.

Базовые принципы

Итак, назначение и устройство генераторов переменного тока, называемого раньше альтернатором, заключается в преобразовании кинетической энергии, то есть механической, в электрическую. Подавляющее большинство современных генераторов используют вращающееся магнитное поле.

  • Работают такие устройства за счет электромагнитной индукции, когда при вращении в магнитном поле катушки из токопроводящего материала (обычно медная проволока), в ней возникает электродвижущая сила (ЭДС).
  • Ток начинает образовываться в тот момент, когда проводники начинают пересекать магнитные линии силового поля.
Строение простейшего электромагнитного генератора

Строение простейшего электромагнитного генератора

  • Причем пиковое значение ЭДС в проводнике достигается при прохождении им главных полюсов магнитного поля. В те моменты, когда они скользят вдоль силовых линий, индукция не возникает и ЭДС падает до нуля. Взгляните на любую схему из представленных – первое состояние будет наблюдаться, когда рамка примет вертикальное положение, а второе – когда горизонтальное.
Генератор переменного тока - как устроен

Генератор переменного тока — как устроен

  • Для лучшего понимания протекающих процессов нужно вспомнить правило правой руки, изучавшееся всеми в школе, но мало кем помнящееся. Суть его заключается в том, что если расположить правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее со стороны ладони, большой палец, отведенный в сторону, укажет направление движения проводника, а остальные пальцы будут указывать на направление возникающей в нем ЭДС.
  • Взгляните на схему выше, положение «а». В этот момент ЭДС в рамке равно нулю. Стрелочками показано направление ее движения – часть рамки А двигается в сторону северного полюса магнита, а Б – южного, достигнув которых ЭДС будет максимальным. Применяя описанное выше правило правой руки, мы видим, что ток начинает течь в части «Б» в нашу сторону, а в части «А» – от нас.
  • Рамка вращается дальше и ток в цепи начинает падать, пока рамка снова не займет горизонтальное положение (в).
  • Дальнейшее вращение приводит к тому, что ток начинает течь в обратном направлении, так как части рамки поменялись местами, если сравнивать с начальным положением.

Спустя половину оборота, все снова вернется в изначальное состояние, и цикл повторится снова. В итоге мы получили, что за время совершения полного оборота рамки, ток дважды возрастал до максимума и падал до нуля, и единожды менял свое направление относительно нчального движения.

Переменный ток

В его честь была названа частота тока

В его честь была названа частота тока

Принято считать, что длительность периода обращения равняется 1 секунде, а число периодов «Т» является частотой электрического тока. В стандартных электрических сетях России и Европы за одну секунду ток меняет свое направление 50 раз – 50 периодов в секунду.

Обозначают в электронике один такой период особой единицей, названной в честь немецкого физика Г. Герца. То есть в приведенном примере российских сетей частота тока составляет 50 герц.

Вообще, переменный ток нашел очень широкое применение в электронике благодаря тому, что: величину его напряжения очень просто изменять при помощи трансформаторов, не имеющих движущихся частей; его всегда можно преобразовать в постоянный ток; устройство таких генераторов намного надежнее и проще, чем для выработки постоянного тока.

Мощнейшие генераторы, установленные на Пушкинской ГЭС

Мощнейшие генераторы, установленные на Пушкинской ГЭС

Строение генератора переменного тока

Как устроен генератор переменного тока, в принципе, понятно, но вот, сравнивая его с собратом для выработки постоянного, не сразу можно уловить разницу.

Основные рабочие части и их подключение

Если вы прочли предыдущий материал, то наверняка помните, что рамка в простейшей схеме была соединена с коллектором, разделенным на изолированные контактные пластины,  а тот, в свою очередь, был связан со щетками, скользящими по нему, через которые и была подключена внешняя цепь.

За счет того, что пластины коллектора постоянно меняются щетками, не происходит смены направления тока – он просто пульсирует, двигаясь в одном направлении, то есть коллектор является выпрямителем.

Устройство и принцип действия генератора переменного тока

  • Для переменного тока такого приспособления не нужно, поэтому его заменяют контактные кольца, к которым привязаны концы рамки. Вся конструкция вместе вращается вокруг центральной оси. К кольцам примыкают щетки, которые также по ним скользят, обеспечивая постоянный контакт.
  • Как и в случае с постоянным током, ЭДС, возникающие в разных частях рамки, будут суммироваться, образуя результирующее значение этого параметра. При этом во внешней цепи, подключенной через щетки (если подсоединить к ней резистор нагрузки RH), будет протекать электрический ток.
  • В рассмотренном выше примере «Т» равняется полному обороту рамки. Отсюда можно сделать логичный вывод, что частота тока, вырабатываемая генератором, напрямую зависит от скорости вращения якоря (рамки), или другими словами ротора, в секунду. Однако это касается только такого простейшего генератора.
Трехфазные генераторы переменного тока и устройство их

Трехфазные генераторы переменного тока и устройство их

Если увеличить число пар полюсов, то в генераторе пропорционально возрастет и число полных изменений тока за один оборот якоря, и частота его будет измерять иначе, по формуле: f = np, где f – это частота, n – число оборотов в секунду, p – количество пар магнитных полюсов устройства.

  • Как мы уже писали выше, течение переменного тока графически изображается синусоидой, поэтому такой ток еще называется и синусоидальным. Сразу можно выделить основные условия, задающие постоянство характеристик такого тока – это равномерность магнитного поля (постоянная его величина) и неизменная скорость вращения якоря, в котором он индуктируется.
  • Для того чтобы сделать устройство достаточно мощным, в нем применяются электрические магниты. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, в действующих агрегатах тоже не является рамкой, как мы показывали в схемах выше. Применяется очень большое количество проводников, которые соединены друг с другом по определенной схеме

Интересно знать! Образование ЭДС происходит не только тогда, когда проводник смещается относительно магнитного поля, но и наоборот, когда двигается само поле относительно проводника, чем активно и пользуются конструкторы электродвигателей и генераторов.

  • Данное свойство позволяет размещать обмотку, в которой индуктируется ЭДС, не только на вращающейся центральной части устройства, но и на неподвижной части. При этом в движение приводится магнит, то есть полюсы.
Синхронный генератор электрического тока и принцип действия этого устройства

Синхронный генератор электрического тока и принцип действия этого устройства

  • При таком строении внешняя обмотка генератора, то есть силовая цепь, не нуждается ни в каких подвижных частях (кольцах и щетках) – соединение выполняется жесткое, чаще болтовое.
  • Да, но можно резонно возразить, мол, эти же элементы потребуется установить на обмотке возбуждения. Так и есть, однако сила тока, протекающая здесь, будет намного меньше итоговой мощности генератора, что значительно упрощает организацию подвода тока. Элементы будут малы по размерам и массе и очень надежны, что делает именно такую конструкцию самой востребованной, особенно для мощных агрегатов, например, тяговых, устанавливаемых на тепловозах.
  • Если же речь идет о маломощных генераторах, где токосъем не представляет каких-то сложностей, поэтому часто применяется «классическая» схема, с вращающейся якорной обмоткой и неподвижным магнитом (индуктором).

Совет! Кстати, неподвижная часть генератора переменного тока называется статором, так как она статична, а вращающаяся – ротором.

Вращать легче центральную часть

Виды генераторов переменного тока

Классифицировать и отличить генераторы можно по нескольким признакам. Давайте назовем их.

Трехфазные генераторы

Отличаться они могут по количеству фаз и быть одно-, двух- и трехфазными. На практике наибольшее распространение получил последний вариант.

Схема трехфазного генератора

Схема трехфазного генератора

  • Как видно из картинки выше, силовая часть агрегата имеет три независимые обмотки, расположенные на статоре по окружности, со смещением друг относительно друга на 120 градусов.
  • Ротор в данном случае представляет собой электромагнит, который, вращаясь, индуктирует в обмотках переменные ЭДС, которые сдвинуты друг относительно друга во времени на одну третью периода «Т», то есть такта. По сути, каждая обмотка представляет собой отдельный однофазный генератор, который питает переменным током свою внешнюю цепь R. То есть мы имеет три значения тока I(1,2,3) и такое же количество цепей. Каждая такая обмотка вместе с внешней цепью получила название фазы.
Смещение синусоид на 1/3 такта

Смещение синусоид на 1/3 такта

  • Чтобы сократить число проводов, ведущих к генератору, три обратных провода, ведущих к нему от потребителей энергии, заменяют одним общим, по которому будут проходить токи от каждой фазы. Такой общий провод называют нулевым
  • Соединение всех обмоток такого генератора, когда их концы соединяются друг с другом, называется звездой. Отдельные три провода, соединяющие начала обмоток с потребителями электроэнергии называются линейными – по ним и идет передача.
  • Если нагрузка всех фаз будет одинаковой, то необходимость в нулевом проводе полностью отпадет, так как общий ток в нем будет равен нулю. Как так получается, спросите вы? Все предельно просто – для понятия принципа достаточно сложить алгебраические значения каждого синусоидального тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. Схема выше поможет понять этот принцип, если представить, что кривые на нем – это изменение тока в трех фазах генератора.
  • Если же нагрузка в фазах будет неодинаковой, то нулевой провод начнет пропускать ток. Именно поэтому распространена 4-х проводная схема подключения звездой, так как она позволяет сохранять электрические приборы, включенные в этот момент в сеть.
Варианты соединения обмоток у трехфазного генератора

Варианты соединения обмоток у трехфазного генератора

  • Напряжение между линейными проводами называется линейным, тогда как напряжение на каждой фазе – фазным. Токи, протекающие в фазах, являются и линейными.
  • Схема подключения звездой не является единственной. Существует и другой вариант последовательного подключения трех обмоток, когда конец одной соединен с началом второй, и так далее, пока не образуется замкнутое кольцо (см. схему выше «б»). Исходящие от генератора провода подключаются в местах соединения обмоток.
  • В таком случае фазовые и линейные напряжения будут одинаковыми, а ток линейного провода будет больше фазного, при их одинаковой нагрузке.
  • Такое соединение также не нуждается в нулевом проводе, в чем и заключается основное преимущество трехфазного генератора. Наличие меньшего количества проводов делают его проще, и цена его ниже, из-за меньшего количества используемых цветных металлов.
Принципиальная схема генератора тока

Принципиальная схема генератора тока

Еще одной особенностью трехфазной схемы подключения является появление вращающегося магнитного поля, что позволяет создавать простые и надежные асинхронные электродвигатели.

Но и это не все. При выпрямлении однофазного тока на выходе выпрямителя получается напряжение с пульсациями от нуля до максимального значения. Причина, думаем, ясна, если вы поняли основной принцип работы такого устройства. Когда же присутствует сдвиг по времени фаз, пульсации сильно уменьшаются, не превышая 8%.

Различие по виду

Отличаются генераторы и по виду, которых существует 2:

Синхронный генератор

  • Синхронный генератор переменного тока – главная особенность такого агрегата заключается в жесткой связи частоты переменной ЭДС, которая наведена в обмотке и синхронной частотой вращения, то есть вращения ротора.
Принцип действия и устройство синхронного генератора.

Принцип действия и устройство синхронного генератора.

  1. Взгляните на схему выше. На ней мы видим статор с трехфазной обмоткой, соединенной по треугольной схеме, которая мало чем отличается от той, что стоит на асинхронном двигателе.
  2. На роторе генератора располагается электромагнит с обмоткой возбуждения, питающаяся от постоянного тока, который может быть подан на него любым известным способом – об этом подробнее будет расписано далее.
  3. Вместо электромагнита может быть применен постоянный, тогда необходимость в скользящих частях схемы, в виде щеток и контактных колец, отпадает вовсе, на такой генератор не будет достаточно мощным и не сможет нормально стабилизировать выходные напряжения.
  4. К валу ротора подключается привод – любой двигатель, создающий механическую энергию, и он приводится в движение с определенной синхронной скоростью.
  5. Так как магнитное поле главных полюсов вращается вместе с ротором, начинается индукция переменных ЭДС в обмотке статора, которые можно обозначить как Е1, Е2 и Е3. Эти переменные будут одинаковыми по значению, но как уже не раз говорилось, смещенными на 120 градусов по фазе. Вместе эти значения образуют трехфазную систему ЭДС, которая симметрична.
  6. К точкам С1,С2 и С3 подключается нагрузка, и на фазах обмотки в статоре появляются токи I1,I2,и I В это время каждая фаза статора сама становится мощным электромагнитом и создает вращающееся магнитное поле.
  7. Частота вращения магнитного поля статора будет соответствовать частоте вращения ротора.

Асинхронный электрический двигатель

  • Асинхронные генераторы – их отличает от описанного выше примера то, что частоты ЭДС и вращения ротора жестко не привязаны друг к другу. Разница между этими параметрами называется скольжением.
  1. Электромагнитное поле такого генератора в обычном рабочем режиме оказывает под нагрузкой тормозной момент на вращение ротора, поэтому частота изменения магнитного поля будет меньшим.
  2. Эти агрегаты не требуют для создания сложных узлов и применения дорогих материалов, поэтому нашли широкое применение, как электрические двигатели для транспорта, из-за легкого обслуживая и простоты самого устройства. Данные генераторы устойчивы к перегрузкам и коротким замыканиям, однако на устройствах сильно зависящих от частоты тока они неприменимы.

Способы возбуждения обмотки

Последнее различие моделей, которое хотелось бы затронуть, связано со способом запитки возбуждающей обмотки.

Тут можно выделить 4 типа:

  1. Питание на обмотку подается через сторонний источник.
  2. Генераторы с самовозбуждением – питание берется от самого генератора, при этом напряжение выпрямляется. Однако находясь в неактивном состоянии, такой генератор не сможет выработать достаточного напряжения, чтобы стартовать, для чего в схеме применяется аккумулятор, который будет задействован во время старта.
  3. Вариант с обмоткой возбуждения, питающейся от другого генератора меньшей мощности, установленного с ним на одном валу. Второй генератор уже должен стартовать от стороннего источника, например, того же аккумулятора.
  4. Последняя разновидность вообще не нуждается в подаче питания на обмотку возбуждения, так как ее у него нет, ведь применяется в устройстве постоянный магнит.

Применение генераторов переменного тока на практике

Промышленное производство мощных генераторов

Промышленное производство мощных генераторов

Применяются такие генераторы практически во всех сферах человеческой деятельности, где требуется электрическая энергия. Причем принцип ее добычи отличается только способом приведения в движение вала устройства. Так работают и гидро-, и тепло- и даже атомные станции.

Данные станции запитывают по проводам общественные сети, к которым подключается конечный потребитель, то есть все мы. Однако существует множество объектов, к которым невозможно доставить электрическую энергию таким способом, например, транспорт, стройплощадки вдали от линий электропередач, очень далекие поселки, вахты, буровые установки и прочее.

Это означает только одно – требуется свой генератор и двигатель, приводящий его в движение. Давайте рассмотрим несколько небольших и часто встречающихся в нашей жизни устройств.

Автомобильные генераторы

На фото - электрический генератор для автомобиля

На фото — электрический генератор для автомобиля

Кто-то возможно тут же скажет: «Как? Это же генератор постоянного тока!». Да, действительно, так оно и есть, однако таковым его делает лишь наличие выпрямителя, который этот самый ток делает постоянным. Основной принцип работы ничем не отличается – все тот же ротор, все тот же электромагнит и прочее.

Принципиальная схема автомобильного генератора

Принципиальная схема автомобильного генератора

Это устройство функционирует таким образом, что вне зависимости от скорости вращения вала, оно вырабатывает напряжение в 12В, что обеспечивается регулятором, через который идет питание обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения стартует, запитываясь от автомобильного аккумулятора, ротор агрегата приводится в движение двигателем автомобиля через шкив, после чего начинает индуцироваться ЭДС.

Для выпрямления трехфазного тока используется несколько диодов.

Генератор на жидком топливе

Бензиновый генератор

Устройство бензинового генератора переменного тока, ровно, как и дизельного, мало чем отличается от того, что установлен в вашем автомобиле, за исключением нюанса, что ток он будет выдавать, как положено, переменный.

Из особенностей можно выделить то, что ротор агрегата всегда должен вращаться с одной скоростью, так как при перепадах выработка электроэнергии становится хуже. В этом кроется существенный недостаток подобных устройств – подобный эффект происходит при износе деталей.

Интересно знать! Если к генератору подключить нагрузку, которая будет ниже рабочей, то он не будет использовать свою мощность на полную, съедая часть жидкого топлива впустую.

Панель управления генератора

Панель управления генератора

На рынке представлен большой выбор подобных агрегатов, рассчитанных на разную мощность. Они пользуются большой популярность за счет своей мобильности. При этом инструкция по пользованию предельно проста – заливаем своими руками топливо, запускаем двигатель поворотом ключа и подключаемся…

На этом, пожалуй, закончим. Мы разобрали назначение и общее устройство этих приборов  максимально просто. Надеемся, генератор переменного тока и принцип его действия стали к вам чуточку ближе, и с нашей подачи вы захотите погрузиться в увлекательный мир электротехники.

Устройство и принцип работы генератора переменного тока — урок. Физика, 9 класс.

Проведём опыт по получению индукционного тока. Будем вдвигать и выдвигать постоянный магнит в катушку, соединённую с гальванометром.

 

Анимация (2).gif

 

Рисунок \(1\). Опыт по получению индукционного тока

 

Можно наблюдать отклонение гальванометра в одну и другую стороны. Это значит, что по катушке течёт индукционный ток, у которого изменяется как модуль, так и направление с течением времени. Такой ток называется переменным током.


Переменный ток создаётся и в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим его площадь. Изменение магнитного потока связано с изменением индукции магнитного поля. Величину магнитного потока можно изменить, поворачивая контур (или магнит), то есть меняя его ориентацию по отношению к линиям магнитной индукции.

 

 

Рисунок \(2\). Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита


Этот принцип получения переменного электрического тока используется в механических индукционных генераторах — устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть).

 

1Asset 2.svg

 

Рисунок \(3\). Схема генератора

\(1\) — корпус;

\(2\) — статор;

\(3\) — ротор;

\(4\) — скользящие контакты (щётки, кольца).


В промышленном генераторе статором является цилиндр с прорезанными внутри него пазами, в которые уложен витками провод из меди с большой площадью поперечного сечения (аналогично рамке). Переменный магнитный поток в таких витках порождает переменный индукционный электрический ток.


Ротор — это постоянный магнит или электромагнит. Электромагнит представляет собой обмотку с железным сердечником внутри, по которому течёт постоянный электрический ток. Он подводится от внешнего источника тока через щётки и кольца.

 

Какая-либо механическая сила (паровая или водяная турбина) вращает ротор. Вращающееся одновременно с ним магнитное поле образует изменяющийся магнитный поток в статоре, в котором возникает переменный электрический ток.

 

2 Asset 1 (4).svg

 

Рисунок \(4\). Устройство гидрогенератора

\(1\) — статор;

\(2\) — ротор;

\(3\) — водяная турбина.

Генератор переменного тока. Устройство и принцип действия

Видео: Принцип работы генератора переменного тока. Как работает генератор простыми словами? Что такое переменный ток?

Генератор переменного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

В последнее время широкое распространение получили генераторы переменного тока, выгодно отличающиеся от генераторов постоянного тока своими габаритными размерами и способностью вырабатывать ток заряда при меньшей частоте вращения коленчатого вала двигателя. Они имеют повышенную надежность.ustrojstvo-generatora-toka

Генераторы переменного тока используют на гусеничных и колесных машинах (например, на КамАЗ-4310 и КЗКТ-7428). По своей конструкции генераторы переменного тока отличаются от коллекторных генераторов постоянного тока. У них почти вдвое меньше масса и втрое — расход меди. Благодаря более раннему началу отдачи зарядного тока (с момента приведения во вращение вала двигателя на режиме холостого хода) такие генераторы имеют существенно лучшие зарядные свойства по сравнению с генераторами постоянного тока.

Генератор переменного тока представляет собой трехфазную синхронную электромашину с электромагнитным возбуждением и выпрямителем. Генератор работает совместно с регулятором напряжения, обеспечивающим поддержание в электросети машины (с определенным допуском) требуемого постоянного напряжения.

Генератор переменного тока

Рис. Схема генератора переменного тока:
1 — ротор; 2 — статор; 3, 9 — шарикоподшипники; 4 — шкив привода; 5 — вентилятор; 6, 10 — крышки; 7 — выпрямитель; 8 — контактные кольца; 11 — щеткодержатель; 12 — обмотка возбуждения; 13 — винты крепления фазовых обмоток статора к выпрямителю; 14 — винт «массы»

Принцип действия генератора переменного тока

Конструкции электрических генераторов переменного тока различны, но принцип их действия одинаков. Рассмотрим один из таких генераторов.

Статор 2 генератора с трехфазной обмоткой выполнен в виде отдельных катушек, в витках которых при вращении ротора 1 индуцируется переменное напряжение. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Обмотка возбуждения 12 выполнена в виде катушки и помещена на стальной втулке клювообразных полюсов ротора, обмотки которого питаются постоянным током от аккумуляторной батареи или выпрямителя 7, устанавливаемого на выходе генератора. В крышке 10 имеются вентиляционные окна, через которые циркулирует охлаждающий поток воздуха. Моноблок-радиатор способствует охлаждению выпрямителя, собранного из кремниевых вентилей (диодов) с допустимой температурой нагрева 150 °С.

Интересным компоновочным решением конструкции генератора переменного тока является генераторная установка магистральных автопоездов МАЗ. Она состоит из генератора и интегрального регулятора напряжения (ИРН). Номинальное вырабатываемое напряжение установки 28 В, номинальная мощность 800 Вт. Регулятор вмонтирован в основание щеткодержателя генератора. В крышку генератора также вмонтирован выпрямительный блок БПВ 4-45. Регулятор состоит из резисторов, конденсаторов, стабилитронов, транзисторов и других элементов. Он снабжен переключателем сезонной регулировки («летняя» и «зимняя»). Элементы ИРН смонтированы на малогабаритной керамической плате, закрытой специальной крышкой и залитой герметиком, что делает конструкцию неразборной и неремонтируемой.

Генератор | Компоненты | Функции

Назначение генератора переменного тока — преобразовать вращательное движение шкива генератора (механическая энергия) в электрическую энергию. См. Рисунок 2 . Компоненты типичного генератора переменного тока показаны на Рисунок 3 . В их число входят:

Узел ротора — обмотки возбуждения, опоры кулачков, вал ротора и контактные кольца.

Узел статора — три обмотки статора, сердечник статора и выходные провода.

Узел щетки — корпус щетки, щетки, пружины щетки и проволока щетки.

Узел выпрямителя — диоды, радиатор или пластина диодов и электрические клеммы.

Узел вентилятора и шкива — вентилятор, проставка, шкив, стопорная шайба и гайка шкива.

Корпус — концевая рама привода, концевая рама контактного кольца и концевые болты.

Рис. 2. Генератор вырабатывает электричество переменного тока, которое затем преобразуется в постоянный ток для использования в различных автомобильных системах.

Рис. 3. На этом разрезе генератора переменного тока показаны его основные части. (Chevrolet)

Ротор и статор в сборе

Две основные части упрощенного генератора переменного тока — это ротор и статор. См. Рисунок 4 . Ротор представляет собой обмотку магнитного поля, установленную на валу, как показано на Рисунок 5 . Вал ротора установлен на роликовых или игольчатых подшипниках, поэтому ротор может свободно вращаться. Ремень генератора вращает ротор, заставляя поле вращаться.

alternator magnetic field

alternator sine wave produce

Рисунок 4. В генераторе переменного тока ротор вращается внутри статора.

A —Вращающееся магнитное поле индуцирует ток в неподвижных обмотках статора.

B —Поскольку северный и южный полюса вращающегося поля пересекают неподвижные обмотки, генерируется выходной ток. Синусоидальная волна представляет собой обратную полярность или обратный ток

alternator rotor components

Рисунок 5. Обмотки ротора окружены когтями. Это создает сильное магнитное поле, которое наводит ток в статор. Обратите внимание на северный и южный полюсы когтей.

Подшипники генератора обычно заполняются консистентной смазкой. Передний подшипник часто удерживается на месте небольшой пластиной и винтами. Задний подшипник обычно запрессовывается на место.

Статор — это неподвижный набор обмоток, окружающий ротор. См. Рисунок 6 . Статор служит выходной обмоткой генератора.Типичные ротор и статор показаны на Рисунок 7 . Когда ротор вращается, его сильное магнитное поле пересекает обмотки статора, вызывая в них ток. Если обмотки статора подключены к нагрузке, нагрузка будет работать.

alternator stator

Рисунок 6. Статор состоит из стационарного набора обмоток, окружающих ротор.

Рисунок 7. Вращающийся ротор устанавливается внутри статора. Статор производит высокий выходной ток для генератора переменного тока.

Статор обычно состоит из трех катушек, намотанных на железный сердечник. Железный сердечник увеличивает напряженность поля, поэтому в статор может наводиться больший ток за счет поля ротора.

Два типа статоров показаны на Рисунок 8 . В статоре Y-типа концы проводов от обмоток статора соединены с нейтральным переходом, так что схема выглядит как буква «Y». Статор Y-типа обеспечивает хороший выходной ток при низких оборотах двигателя. В статоре треугольником провода статора соединены встык.При отсутствии нейтрального перехода между диодами во время каждой фазы или выхода переменного напряжения от генератора переменного тока образуются два пути цепи. Статоры треугольного типа используются в генераторах переменного тока большой мощности.

Delta and Y Stator --- Types of Stators

Рисунок 8. Два типа статоров.

Узел щеток

Щетки генератора перемещаются на контактных кольцах, обеспечивая скользящее электрическое соединение. См. Рисунок 9 . Контактные кольца установлены на валу ротора для подачи слабого тока в обмотки ротора.Снова обратитесь к Рисунок 5 . Каждый конец обмотки возбуждения соединяется с одним из контактных колец. Для возбуждения обмоток возбуждения и создания магнитного поля необходим внешний источник электричества.

alternator brushes and regulator

Рис. 9.

A —Эти щетки генератора установлены в корпусе регулятора напряжения. Узел щеточного регулятора прикручивается болтами к задней части корпуса генератора.

B —При снятом узле щеточного регулятора вы можете увидеть контактные кольца на узле ротора.Щетки скользят по контактным кольцам, создавая вращающееся электрическое соединение с обмотками ротора.

Маленькие пружины щеток выталкивают щетки наружу и соприкасаются с контактными кольцами. Поскольку ток в обмотках ротора невелик, эти щетки имеют меньшие размеры по сравнению с щетками двигателя. См. Рисунок 10 .

В держателе щетки находятся пружины и щетки. Он удерживает щетки на одной линии с контактными кольцами ротора. Щеткодержатель изготовлен из изоляционного материала для предотвращения заземления щетки.

brush holders in an alternator

Рис. 10. Изолирующий щеткодержатель удерживает пружины и щетки на месте над контактными кольцами. (Ford)

Выпрямитель в сборе

Автомобильная электрическая система разработана для использования постоянного тока, который течет только в одном направлении. Он не может использовать переменный ток, выходящий из статора генератора. Перед подачей в электрическую систему ток генератора необходимо выпрямить (преобразовать в постоянный).

Это достигается путем пропускания выхода статора через серию диодов. Рисунок 11 показывает, как шесть диодов могут быть подключены для получения двухполупериодного выпрямления переменного тока статора.

На рисунке 12 показан типичный метод подключения диодов внутри генератора переменного тока. Обратите внимание, как выводы статора подключены к диодной цепи. Выход диодов подключается к клеммам на внешней стороне генератора.

rectifier in an alternator 1

rectifier in an alternator 2

Рисунок 11. Эти диоды преобразуют переменный ток в постоянный. При вращении ротора одновременно активны только две обмотки статора и два диода.

A — Обмотки A и B активны и образуют последовательную цепь. Ток течет от обмотки A через один диод к плюсовому полюсу батареи. Он возвращается через один диод в обмотку B.

B —Ток течет от обмотки B через один диод к положительному выводу батареи. Он возвращается через один диод в обмотку C.

C —Ток течет от обмотки C через один диод к положительному полюсу батареи.Он возвращается через один диод в обмотку A

Typical wiring for the diodes, stator, rotor, and brushes in an alternator.

Рис. 12. Типовая схема подключения диодов, статора, ротора и щеток в генераторе переменного тока. (Bosch)

Узел вентилятора и шкива

Для охлаждения генератора на передней части вала ротора установлен вентилятор. Обычно он располагается между шкивом и передним подшипником. Во время вращения ротора и вала вентилятор помогает втягивать воздух через генератор переменного тока и над ним. Это охлаждает обмотки, чтобы предотвратить повреждение от перегрева.

Ремень генератора проходит от шкива коленчатого вала к шкиву генератора, который прикреплен к передней части вала ротора большой гайкой. Когда коленчатый вал вращается, ремень генератора заставляет вращаться шкив генератора, который раскручивает ротор. Может использоваться один из трех типов ремня: клиновой, зубчатый или поликлиновой.

Схема повышения напряжения переменного тока генератора / генератора

В статье объясняется схема повышения мощности генератора переменного тока, которую представил один из ярых последователей этого блога, г-н Майкл Мбамоби.Давайте узнаем подробности.

Технические характеристики

Вот эта схема, которую я хочу вам показать. Я хочу показать вам схему через Homemade Circuit или Brighthub.

Я не видел, как я могу загрузить туда картинку. Пожалуйста, направьте меня, я могу отправить это через Homemade Circuit. В любом случае я загрузил сюда картинку! посмотрите схему и узнайте, чем занимаются наши нигерийские парни. Я слышу об этом типе устройств только здесь, в Нигерии.

Купил и разобрал.С вашей способностью как Engr. Свагатам Маджумдар, вы можете построить лучшее устройство, которое может выполнять то же самое, независимо от их собственной конструкции.

Люди называют это усилителем мощности генератора! Это позволяет маленьким генераторам выдерживать нагрузки больше, чем их катушки, и чувствовать себя с ними хорошо без тоски!

Я аккуратно разобрал его, потому что D1, R1, R2, C2 и Q1 скрыты внутри клейкой пасты.

AC IN поступает от небольшой генераторной установки мощностью 650 ВА, которая обычно не может обеспечивать питание подключенных нагрузок.

Полярность диода и его значение не определены, но это его место в цепи. Он сломался при демонтаже клееной цепи.

Q1 также не удалось отследить, потому что отпечаток был соскоблен производителем. Только его контакты №1 и №3 ответили на цифровой мультиметр, он считал ноль, как неисправный диод, контакт №2 не считывается любой другой штифт. Контакт № 4, который является вкладкой, также не подключен … просто не могу понять устройство или его характеристики.

Диод D1 синего цвета, маленький стеклянный.

Решение запроса цепи

Дорогой Майкл,

Мне это кажется схемой повышения напряжения переменного тока. Q1, вероятно, силовой симистор, диод может быть диаком DB-3, я предполагаю это, потому что это маленький стеклянный тип и синий цвет.
Я буду обращаться к этой схеме в моем блоге очень скоро …. любезно следите за обновлениями в моем блоге.

Спасибо и привет.

Описание цепи

Схема представляет собой простой усилитель переменного напряжения.Основная часть, которая отвечает за подачу избыточной мощности, — это высоковольтный конденсатор C1, который заряжается с каждым циклом переменного тока и направляет мощность через переключающий симистор на подключенную нагрузку.

Таким образом, нагрузка получает дополнительную мощность за счет переключения высоковольтного конденсатора через симистор.

Симистор, вероятно, это BTA41 / 600A, который реагирует и включается, как только диак срабатывает. Минимальное напряжение, необходимое для зажигания диака, составляет около 30 вольт.

Вышеупомянутая концепция также может быть реализована с помощью следующей схемы, которая проще, чем указанная выше, а также намного дешевле.

Номиналы конденсаторов можно изменять и экспериментировать с ними в зависимости от нагрузки и индивидуальных предпочтений.

Однако эту схему можно использовать только для обогревателей, таких как утюги, обогреватели, гейзеры, духовки, тостеры, воздуходувки, сушилки, фена и т. Д.

Повышение напряжения сети с использованием двух конденсаторов и двух диодов

Пожалуйста, используйте Диоды 1N5408 вместо 1N5402, ошибочно показанные на схеме выше.

Video Proof

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

Регулировка напряжения генератора

Регулировка напряжения генератора

регулирование напряжения генератора переменного тока определяется как изменение его напряжения на клеммах при снятии полной нагрузки при сохранении постоянных возбуждения поля и скорости, деленное на номинальное напряжение на клеммах.

  • Величина регулирования зависит не только от тока нагрузки, но и от коэффициента мощности нагрузки.
  • Для запаздывания и единства п.ф. В условиях всегда наблюдается падение напряжения на клеммах, поэтому значения регулирования всегда положительны.
  • В то время как для условий ведущей емкостной нагрузки напряжение на клеммах увеличивается с увеличением тока нагрузки. Следовательно, регулирование в таких случаях отрицательное.
  • Взаимосвязь между током нагрузки и напряжением на клеммах называется нагрузочной характеристикой генератора переменного тока.

Определение регулирования напряжения

  1. В случае малых машин регулирование может быть найдено путем прямой загрузки.
  • Генератор приводится в действие с синхронной скоростью, и напряжение на клеммах устанавливается на номинальное значение В .
  • Нагрузка изменяется до тех пор, пока ваттметр и амперметр (подключенные для этой цели) не покажут номинальные значения при желаемой p.f. Затем вся нагрузка сбрасывается, а скорость и возбуждение поля остаются постоянными.
  • Считывается напряжение холостого хода или холостого хода E 0.

В = номинальное напряжение на клеммах

E0 = ЭДС, индуцированная без нагрузки.

2. В случае больших машин стоимость поиска регулирования путем прямой загрузки становится непомерно высокой.

  • Следовательно, используются другие косвенные методы, как описано ниже.
  • Будет обнаружено, что все эти методы различаются в основном способом определения напряжения холостого хода E 0 в каждом случае.

Методы определения регулирования напряжения

  1. Синхронный импеданс или E.M.F. Метод.
  2. Ампер-виток или M.M.F. Метод.
  3. Нулевой коэффициент мощности или метод Потье.
  4. A.S.A. метод

Связанные

Предыдущая статьяСинхронный импеданс или E.M.F. Метод поиска регулирования напряженияСледующая статьяОпределение Xd и Xq с помощью теста скольжения

Dipak Suthar завершил BE Electrical.Он имеет более чем опыт проведения инспекций распределительных подстанций и более 1 года опыта работы в электрических проектах (проектирование-технический обзор-координация-выполнение). В настоящее время он работает старшим инженером-конструктором в Вадодаре, Индия. Он технический блоггер и знает английский, хинди и гуджарати. Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помогает техническим энтузиастам находить подходящие решения и обновлять свои знания по различным инженерным темам.

Виды электрических цепей

Осторожно

Электричество опасно и может быть опасным.В сомнениях? Вызовите квалифицированного электрика.

Виды электрических цепей

В домашних условиях встречаются три основных типа цепей. Это кольцевые цепи, радиальные цепи и цепи освещения.

Кольцевые цепи

Большинство современных розеток представляют собой кольцевые цепи или кольцевые сети, как их иногда называют. Кабель покидает потребительский блок и направляется к каждому гнезду на основной сети, а когда он достигает последнего гнезда, он затем возвращается к потребительскому блоку, образуя кольцо.Преимущество этой системы заключается в том, что мощность может достигать розеток в цепи с обоих направлений, что снижает силовую нагрузку на кабели.

Кольцевая цепь может обслуживать площадь до 110 квадратных метров (120 квадратных ярдов), 2,5 мм 2 кабель используется для подключения цепи, и в цепи есть предохранитель на 30 ампер или автомат MCB на 32 ампер на блоке потребителя. Обычно в доме имеется одна кольцевая схема наверху и одна кольцевая схема внизу.

Кольцевые цепи могут иметь дополнительные розетки, добавленные к кольцевой цепи путем добавления «ответвления».Ответвление — это ответвление от кольцевой цепи, обычно от существующей цепи, хотя также можно использовать распределительную коробку. Теоретически можно добавить столько ответвлений, сколько розеток, но максимальная нагрузка цепи (30/32 ампер) все еще существует).

Дополнительную информацию см. На следующих страницах,

Радиальные цепи

В радиальных цепях кабель идет от блока потребителя и проходит к каждой розетке, как и в кольцевой цепи. Однако, когда цепь достигает последней розетки, кабель заканчивается, а кольцевая магистраль возвращается к потребителю.

Поэтому радиальные контуры могут обслуживать только меньшую площадь. При использовании кабеля 2,5 мм 2 в сочетании с 20-амперным предохранителем / автоматическим выключателем допустимая площадь составляет 20 квадратных метров (24 квадратных ярда). Для кабеля 4 мм 2 в сочетании с автоматическим выключателем на 32 А или патронным предохранителем на 30 ампер (вставной предохранитель не допускается) допускается площадь 50 квадратных метров (60 квадратных ярдов).

Аналогично кольцевым цепям ответвления могут быть добавлены в точках вдоль радиальной цепи, если это необходимо. Приборы с большой мощностью (плиты / душевые) должны иметь собственный радиальный контур.

Дополнительные сведения см. На следующих страницах,

Цепи освещения

Цепи освещения — это в основном радиальные цепи. Существует два различных типа освещения: контурная петля и старая схема распределительной коробки. Большинство домов сочетают в себе аспекты обоих типов схем. В контурной петле есть кабель, идущий от источника света к свету, оканчивающийся на последнем источнике света, как в обычных радиальных цепях, а затем единственный кабель, идущий от источников света к выключателям света.

Другой тип осветительной цепи имеет распределительную коробку для каждого источника света. Кабель проходит от блока потребителя к первой распределительной коробке, а затем к следующему концу последней распределительной коробки. Затем прокладывается еще один кабель от каждой распределительной коробки к свету и еще один провод от распределительной коробки к этому выключателю. Длина кабеля, используемого для цепи освещения, составляет 1 мм 2 или 1,5 мм 2 для больших участков.

Плавкий предохранитель на 5 ампер или автоматический выключатель на 6 ампер используется в блоке потребителей для цепи освещения.Максимальная нагрузка для цепи освещения составляет 1200 Вт, что составляет 12 ламп по 100 Вт. Если требуется больше источников света, следует использовать другую схему освещения. Обычно в доме есть 2 цепи освещения: одна наверху, а другая внизу.

Для получения дополнительной информации см. Добавление нового света и выключателя.

связанные страницы

Нужна помощь или припасы?

Связанные темы форума

У вас есть вопросы или комментарии по этой теме? Щелкните здесь, чтобы разместить свой вопрос / комментарий.

Тема Автор: Ответов Опубликовано на сайте
В настоящее время нет вопросов по этой теме.
Щелкните здесь, чтобы разместить свой вопрос / комментарий.

Вопрос с множественным выбором (MCQ) генератора переменного тока и синхронных двигателей стр.-1 | Electricalunits.com

Вопрос с несколькими вариантами ответа (MCQ) по электронике стр.17: 241.Какое из следующих утверждений верно? а) Напряжение насыщения V CF кремниевого транзистора больше, чем у германиевого транзистора. б) Напряжение насыщения V CE для германиевого транзистора больше, чем у кремниевого транзистора. c) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора такое же, как и для германия. г) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора ниже, чем для германиевого транзистора.

Подробнее …

Вопрос с несколькими вариантами ответа (MCQ) для электроники стр.16: 226.Какое из следующих утверждений верно? а) Внутренние электроны всегда присутствуют в полупроводнике. б) Связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. в) Свободные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. г) Внутренние и связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике.

Подробнее …

Вопрос с множественным выбором (MCQ) для электроники стр. 15: 211. Материалы, электрическая проводимость которых обычно меньше 1 × 10 6 мхо / м а) Полупроводники б) Проводники в) Изоляторы г) Сплавы

Подробнее…

Вопрос с множественным выбором (MCQ) для электроники стр. 14: 196. В каком из следующих устройств базовые резисторы не добавляются в корпус, а добавляются извне? а) UJT б) CUJT в) PUT d) Ни один из вышеперечисленных

Подробнее …

Вопрос с множественным выбором (MCQ) Электроники стр. 13: 181. Проводимость в JEFT всегда определяется а) Основные перевозчики б) Миноритарные перевозчики в) Отверстия г) Электроны д) Дырки и электроны одновременно

Подробнее…

определение генератора переменного тока и синонимов генератора переменного тока (английский)

Генератор — это электромеханическое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую в виде переменного тока.

В большинстве генераторов переменного тока используется вращающееся магнитное поле со стационарным якорем, но иногда используется вращающийся якорь со стационарным магнитным полем; или используется линейный генератор переменного тока.

В принципе, любой электрический генератор переменного тока можно назвать генератором переменного тока, но обычно этот термин относится к небольшим вращающимся машинам, приводимым в действие автомобильными и другими двигателями внутреннего сгорания.Генератор, в котором в качестве магнитного поля используется постоянный магнит, называется магнето. Генераторы на электростанциях с приводом от паровых турбин называются турбогенераторами.

История

Системы генерации переменного тока были известны в простых формах с момента открытия магнитной индукции электрического тока. Первые машины были разработаны пионерами, такими как Майкл Фарадей и Ипполит Пикси.

Фарадей разработал «вращающийся прямоугольник», действие которого было гетерополярных — каждый активный проводник последовательно проходил через области, где магнитное поле было в противоположных направлениях. [1] Первая публичная демонстрация более надежной «системы генератора переменного тока» состоялась в 1886 году. [2] Большие двухфазные генераторы переменного тока были построены британским электриком Дж. Э. Х. Гордон, в 1882 году. Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали первые генераторы переменного тока с частотой от 100 до 300 Гц. В 1891 году Никола Тесла запатентовал практичный «высокочастотный» генератор переменного тока (который работал около 15 кГц). [3] После 1891 года были введены многофазные генераторы переменного тока для подачи токов нескольких различных фаз. [4] Более поздние генераторы переменного тока были разработаны для изменения частот переменного тока от шестнадцати до примерно ста герц, для использования с дуговым зажиганием, лампами накаливания и электродвигателями. [5]

Принцип действия

Схема простого генератора переменного тока с вращающимся магнитным сердечником (ротором) и неподвижным проводом (статором) также показывает ток, индуцируемый в статоре вращающимся магнитным полем ротора.

Генераторы переменного тока вырабатывают электричество по тому же принципу, что и генераторы постоянного тока, а именно, когда магнитное поле вокруг проводника изменяется, в проводнике индуцируется ток.Как правило, вращающийся магнит, называемый ротором, вращается внутри стационарного набора проводников, намотанных катушками на железном сердечнике, называемом статором. Поле пересекает проводники, создавая наведенную ЭДС (электродвижущую силу), поскольку механический вход заставляет ротор вращаться.

Вращающееся магнитное поле индуцирует переменное напряжение в обмотках статора. Часто имеется три набора обмоток статора, физически смещенных так, что вращающееся магнитное поле создает трехфазный ток, смещенный на одну треть периода относительно друг друга.

Магнитное поле ротора может создаваться индукцией (как в «бесщеточном» генераторе переменного тока), постоянными магнитами (как в очень маленьких машинах) или обмоткой ротора, на которую подается постоянный ток через контактные кольца и щетки. Магнитное поле ротора может быть даже обеспечено стационарной обмоткой возбуждения с подвижными полюсами в роторе. В автомобильных генераторах переменного тока неизменно используется обмотка ротора [ необходима ссылка ] , которая позволяет управлять генерируемым напряжением генератора переменного тока путем изменения тока в обмотке возбуждения ротора.Машины с постоянными магнитами позволяют избежать потерь из-за тока намагничивания в роторе, но их размер ограничен из-за стоимости материала магнита. Поскольку поле постоянного магнита постоянно, напряжение на клеммах напрямую зависит от скорости генератора. Бесщеточные генераторы переменного тока обычно являются более крупными машинами, чем те, которые используются в автомобилях.

Устройство автоматического регулирования напряжения контролирует ток возбуждения для поддержания постоянного выходного напряжения. Если выходное напряжение от неподвижных катушек якоря падает из-за увеличения нагрузки, через регулятор напряжения (VR) во вращающиеся катушки возбуждения подается больше тока.Это увеличивает магнитное поле вокруг катушек возбуждения, что вызывает большее напряжение в катушках якоря. Таким образом, выходное напряжение возвращается к исходному значению.

Генераторы переменного тока, используемые на центральных электростанциях, также могут управлять током возбуждения для регулирования реактивной мощности и для стабилизации энергосистемы от воздействия кратковременных неисправностей.

Синхронные скорости

Выходная частота генератора переменного тока зависит от количества полюсов и скорости вращения.Скорость, соответствующая определенной частоте, называется синхронной скоростью для этой частоты. В этой таблице [6] приведены некоторые примеры:

Поляки об / мин при 50 Гц об / мин для 60 Гц об / мин для 400 Гц
2 3 000 3,600 24 000
4 1,500 1,800 12 000
6 1 000 90 441 1,200 8 000
8 750 900 6000
10 600 720 4800
12 500 600 4000
14 428.6 514,3 3429
16 375 450 3000
18 333,3 400 2667
20 300 360 2400
40 150 180 1200

Ключ

В общем, один цикл переменного тока создается каждый раз, когда пара полюсов поля проходит через точку на неподвижной обмотке.Соотношение между скоростью и частотой:, где — частота в Гц (циклов в секунду). — количество полюсов (2,4,6 …) и скорость вращения в оборотах в минуту (об / мин). Очень старые описания систем переменного тока иногда дают частоту в единицах чередования в минуту, считая каждый полупериод как одно чередование ; Таким образом, 12 000 полуколебаний в минуту соответствуют 100 Гц.

Генераторы автомобильные

Генератор, установленный на автомобильном двигателе со змеевидным ременным шкивом Вырезка генератора переменного тока, показывающая конструкцию когтевого столба; два из клиновидных полюсов возбуждения, чередующихся N и S, видны в центре, а неподвижная обмотка якоря видна сверху и снизу отверстия.Ремень и шкив на правом конце приводят в действие генератор.

Генераторы переменного тока используются в современных автомобилях для зарядки аккумулятора и для питания электрической системы при работающем двигателе. До 1970-х годов в автомобилях использовались динамо-генераторы постоянного тока с коммутаторами. При наличии доступных кремниевых диодных выпрямителей вместо них использовались генераторы. Генераторы переменного тока имеют несколько преимуществ перед генераторами постоянного тока. Они легче, дешевле и прочнее. В них используются контактные кольца, которые значительно увеличивают срок службы щеток по сравнению с коммутатором.Щетки в генераторе переменного тока несут только ток возбуждения, небольшую часть тока, переносимого щетками генератора постоянного тока, которые несут всю мощность генератора. Для преобразования переменного тока в постоянный требуется набор выпрямителей (диодный мост). Чтобы обеспечить постоянный ток с низкой пульсацией, используется трехфазная обмотка, а полюсные наконечники ротора имеют такую ​​форму (когтистый полюс), которая дает форму волны, подобную прямоугольной, а не синусоидальной. Автомобильные генераторы обычно имеют ременной привод с частотой вращения коленчатого вала в 2-3 раза выше.Генератор работает с разными оборотами (которые меняют частоту), поскольку он приводится в движение двигателем. Это не проблема, потому что переменный ток выпрямляется в постоянный.

Типичные генераторы переменного тока для легковых автомобилей и легких грузовиков используют конструкцию поля Лунделла или когтевого полюса, где северный и южный полюса поля питаются от одной обмотки, причем полюса выглядят как пальцы двух рук, сцепленных друг с другом. Большие автомобили могут иметь генераторы с явным полюсом, аналогичные более крупным машинам.Есть два отдельных типа генераторов переменного тока. Схема «Дельта» и «звезда [7] «.

Автомобильные генераторы переменного тока требуют регулятора напряжения, который работает, модулируя небольшой ток возбуждения для создания постоянного напряжения на клеммах аккумулятора. Ранние конструкции (около 1960-1970-х годов) использовали дискретное устройство, установленное в другом месте транспортного средства. В промежуточных конструкциях (1970–1990-е годы) регулятор напряжения был встроен в корпус генератора. В современных конструкциях вообще нет регулятора напряжения; регулировка напряжения теперь является функцией электронного блока управления (ЭБУ).Ток возбуждения намного меньше, чем выходной ток генератора переменного тока; Например, генератору на 70 А может потребоваться всего 7 А тока возбуждения. Ток возбуждения подводится к обмоткам ротора через контактные кольца. Низкий ток и относительно гладкие контактные кольца обеспечивают большую надежность и более длительный срок службы, чем генератор постоянного тока с его коммутатором и более высоким током, пропускаемым через его щетки.

Обмотки возбуждения первоначально получают питание от аккумуляторной батареи через выключатель зажигания и предупреждающий индикатор «заряд» (именно поэтому индикатор горит, когда зажигание включено, но двигатель не работает).Когда двигатель работает и генератор вырабатывает мощность, диод питает ток возбуждения от основного выхода генератора, выравнивая напряжение на предупреждающем индикаторе, который гаснет. Провод, по которому подается ток возбуждения, часто называют проводом «возбудителя». Недостатком такой схемы является то, что в случае перегорания контрольной лампы или отсоединения провода «возбудителя» ток не достигает обмоток возбуждения, и генератор не генерирует мощность. Некоторые цепи предупреждающих индикаторов оснащены резистором, включенным параллельно лампе, который пропускает ток возбуждения, если сигнальная лампа перегорает.Водитель должен убедиться, что предупреждающий индикатор горит при остановленном двигателе; в противном случае может не быть никаких признаков неисправности ремня, который также может приводить в действие насос охлаждающей воды. Некоторые генераторы переменного тока самовозбуждаются, когда двигатель достигает определенной скорости.

Старые автомобили с минимальным освещением могли иметь генератор переменного тока, способный производить только 30 А. Типичные генераторы для легковых автомобилей и легких грузовиков рассчитаны на ток около 50-70 А, хотя более высокие значения становятся все более распространенными, особенно из-за большей нагрузки на автомобиль электрическая система с кондиционером, электроусилитель руля и другие электрические системы.Очень большие генераторы переменного тока, используемые на автобусах, тяжелом оборудовании или машинах для оказания экстренной помощи, могут выдавать 300 А. Полуприцепы обычно имеют генераторы на мощность 140 А. Очень большие генераторы могут иметь водяное или масляное охлаждение.

В последние годы регуляторы генератора переменного тока связаны с компьютерной системой транспортного средства, и при регулировке напряжения, подаваемого генератором переменного тока, оцениваются различные факторы, включая температуру воздуха, полученную от датчика температуры всасываемого воздуха, датчика температуры аккумуляторной батареи и нагрузки двигателя.

Эффективность автомобильных генераторов переменного тока ограничена потерями при охлаждении вентилятора, потерями в подшипниках, потерями в стали, потерями меди и падением напряжения в диодных мостах. При частичной нагрузке КПД составляет 50-62% в зависимости от размера генератора и зависит от скорости генератора. [8] Это похоже на очень маленькие высокопроизводительные генераторы с постоянными магнитами, такие как те, которые используются в системах освещения велосипедов, эффективность которых составляет около 60%. Генераторы с постоянными магнитами большего размера могут обеспечить более высокий КПД. [ необходима цитата ] Большие генераторы переменного тока, используемые на электростанциях, работают на тщательно контролируемых скоростях и не имеют ограничений по размеру или весу. У них гораздо более высокий КПД — 98%.

Гибридные автомобили заменяют отдельные генератор и стартер одним или несколькими комбинированными двигателями / генераторами (M / Gs), которые запускают двигатель внутреннего сгорания, обеспечивают часть или всю механическую мощность на колеса и заряжают большой накопитель. аккумулятор. Когда присутствует более одного M / G, как в гибридном синергетическом приводе, используемом в Toyota Prius и других, один может работать как генератор, а другой — как двигатель, обеспечивая электромеханический путь для передачи некоторой мощности двигателя. к колесам.Эти двигатели / генераторы имеют значительно более мощные электронные устройства для управления, чем автомобильный генератор переменного тока, описанный выше.

Теория действия

Генераторы переменного тока вырабатывают электричество по тому же принципу, что и генераторы постоянного тока, а именно, когда магнитное поле вокруг проводника изменяется, в проводнике индуцируется ток. Как правило, вращающийся магнит, называемый ротором, вращается внутри стационарного набора проводников, намотанных катушками на железном сердечнике, называемом статором.Поле пересекает проводники, генерируя электрический ток, поскольку механический вход заставляет ротор вращаться.

Магнитное поле ротора может создаваться индукцией (в «бесщеточном» генераторе переменного тока), постоянными магнитами (в очень маленьких машинах) или обмоткой ротора, запитанной постоянным током через контактные кольца и щетки. Магнитное поле ротора может быть даже обеспечено стационарной обмоткой возбуждения с подвижными полюсами в роторе. В автомобильных генераторах переменного тока всегда используется обмотка ротора, которая позволяет управлять напряжением, генерируемым генератором, путем изменения тока в обмотке возбуждения ротора.Машины с постоянными магнитами позволяют избежать потерь из-за тока намагничивания в роторе, но их размер ограничен из-за стоимости материала магнита. Поскольку поле постоянного магнита постоянно, напряжение на клеммах напрямую зависит от скорости генератора. Бесщеточные генераторы переменного тока обычно являются более крупными машинами, чем те, которые используются в автомобилях.

A Вращающееся магнитное поле — это магнитное поле, которое периодически меняет направление. Это ключевой принцип работы двигателя переменного тока .В 1882 году Никола Тесла определил концепцию вращающегося магнитного поля. В 1885 году Галилео Феррарис независимо исследовал эту концепцию. В 1888 году Тесла получил патент США 0,381968 за свою работу. Также в 1888 году Феррарис опубликовал свое исследование в документе Королевской академии наук в Турине.

Синусоидальный ток в каждой из катушек создает переменное синусоидальное магнитное поле на оси вращения. Магнитные поля складываются как векторы.

Векторная сумма векторов магнитного поля катушек статора дает единый вращающийся вектор результирующего вращающегося магнитного поля.
Схема из патента Тесла (патент США 381968), показывающая вращающееся магнитное поле, созданное двумя фазными токами и двумя наборами обмоток возбуждения.

Симметричное вращающееся магнитное поле можно создать с помощью всего трех катушек. Три катушки должны приводиться в действие симметричной трехфазной системой синусоидального переменного тока, поэтому каждая фаза будет сдвинута по фазе на 120 градусов относительно других. В данном примере магнитное поле является линейной функцией тока катушки.

В результате сложения трех фазированных синусоидальных волн под углом 120 градусов на оси двигателя получается один вращающийся вектор. Ротор (имеющий постоянное магнитное поле, управляемое постоянным током или постоянным магнитом) будет пытаться занять такое положение, чтобы полюс N ротора был согласован с полюсом S магнитного поля статора, и наоборот. Эта магнито-механическая сила заставляет ротор синхронно следовать за вращающимся магнитным полем.

Постоянный магнит в таком поле будет вращаться, чтобы поддерживать свое выравнивание с внешним полем.Этот эффект использовался в первых электродвигателях переменного тока. Вращающееся магнитное поле может быть создано с использованием двух ортогональных катушек с разностью фаз переменного тока 90 градусов. Однако на практике такая система будет питаться по трехпроводной схеме с неравными токами. Это неравенство вызовет серьезные проблемы при стандартизации сечения проводника, и для его преодоления используются трехфазные системы, в которых три тока равны по величине и имеют разность фаз 120 градусов.В этом случае вращающееся магнитное поле будут создавать три одинаковые катушки, имеющие взаимные геометрические углы 120 градусов. Способность трехфазной системы создавать вращающееся поле, используемое в электродвигателях, является одной из основных причин доминирования трехфазных систем в мировых системах электроснабжения. Поскольку магниты со временем ухудшаются, синхронные двигатели и асинхронные двигатели используют закороченные роторы (вместо магнита), следующие за вращающимся магнитным полем многослойного статора.(Короткозамкнутые витки ротора создают вихревые токи во вращающемся поле статора, которые (токи), в свою очередь, перемещают ротор под действием силы Лоренца).

Обратите внимание, что вращающееся магнитное поле может фактически создаваться двумя катушками со сдвигом фаз на 90 градусов. Если доступны только две фазы синусоидального тока, обычно используются четыре полюса.

Судовые генераторы

Судовые генераторы переменного тока, используемые на яхтах, аналогичны автомобильным генераторам с соответствующей адаптацией к среде с соленой водой.Судовые генераторы имеют взрывозащищенную конструкцию, поэтому искрение щеток не воспламеняет взрывоопасные газовые смеси в машинном отделении. Они могут быть на 12 или 24 В в зависимости от типа установленной системы. Более крупные морские дизели могут иметь два или более генератора переменного тока, чтобы справиться с высокими потребностями в электроэнергии современной яхты. В цепях с одним генератором мощность распределяется между пусковой батареей двигателя и бытовой или домашней батареей (или батареями) с помощью диода разделения заряда (изолятора батареи) или механического переключателя.Поскольку генератор вырабатывает мощность только во время работы, панели управления двигателем обычно получают питание непосредственно от генератора через вспомогательный терминал. Другие типовые соединения предназначены для цепей управления зарядом.

Бесщеточные генераторы

Бесщеточный генератор переменного тока состоит из двух генераторов, установленных встык на одном валу. Бесщеточные генераторы меньшего размера могут выглядеть как одно целое, но на больших версиях эти две части легко идентифицировать. Большая из двух секций — это главный генератор, а меньшая — возбудитель.Возбудитель имеет стационарные катушки возбуждения и вращающийся якорь (силовые катушки). В главном генераторе используется противоположная конфигурация с вращающимся полем и неподвижным якорем. Мостовой выпрямитель, называемый вращающимся выпрямительным узлом, установлен на пластине, прикрепленной к ротору. Не используются ни щетки, ни контактные кольца, что снижает количество изнашиваемых деталей. Главный генератор переменного тока имеет вращающееся поле, как описано выше, и неподвижный якорь (обмотки для выработки электроэнергии).

Изменяя величину тока через катушки постоянного возбуждения возбудителя, изменяется трехфазный выход возбудителя.Этот выходной сигнал выпрямляется вращающимся выпрямительным узлом, установленным на роторе, и результирующий постоянный ток питает вращающееся поле главного генератора переменного тока и, следовательно, выход генератора переменного тока. Результатом всего этого является то, что небольшой постоянный ток возбудителя косвенно управляет выходной мощностью главного генератора переменного тока.

Радио генераторы

Основная статья: Генератор Alexanderson

Генераторы переменного тока с регулируемым сопротивлением высокой частоты находят промышленное применение для радиопередачи в низкочастотных диапазонах. Хорст Бауэр (ред.) Справочник по автомобильной промышленности, 4-е издание , Robert Bosch GmbH, Штутгарт, 1996 г., ISBN 0-8376-0333-1, стр. 813

Список литературы

  • Томпсон, Сильванус П., Динамо-электрические машины, Руководство для студентов-электротехников , часть 1, Collier and Sons, New York, 1902
  • Уайт, Томас Х., «Разработка преобразователя-генератора (1891-1920), «. EarlyRadioHistory.us.

Внешние ссылки

.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены.