Назначение и устройство генератора переменного тока: Генератор переменного тока. Устройство и принцип действия

устройство, принцип работы, технические характеристики

Содержание:

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.

Вам это будет интересно  Ток через конденсатор

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

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

• привод со шкивом, подшипниками и валом;
• ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
• статор с сердечником и обмоткой;
• корпус, состоящий из двух крышек;
• регулятор напряжения;
• выпрямительный блок или диодный мост;
• щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Классификация и виды агрегатов

Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Синхронные

Альтернатор синхронного типа имеет главную особенность, по которой его можно определить с первого взгляда. На его роторе имеется обмоточный провод. Он необходим для стабилизации частоты между статором и ротором. ЭДС в таком устройстве создается за счет пересечения магнитного полюса ротора и обмотки статора.

Альтернатор синхронного типа оснащается роторами с несколькими полюсами, число которых всегда кратно 2, например, 2, 4, 6, 8. Работает генератор переменного тока по следующему принципу:

1. После запуска ротором создается очень слабое магнитное поле. Величина ЭДС увеличивается по мере увеличения оборотов вала. Для первоначального возбуждения используется постоянное напряжение от аккумулятора или блока управления.
2. Если генератор работает от двигателя внутреннего сгорания, сначала необходимо стабилизировать обороты для получения стабильного переменного напряжения.
3. После установки необходимых оборотов, происходит стабилизация напряжения блоком автоматической регулировки (AVR). Обороты двигателя очень сильно влияют на частоту переменного напряжения на выходе и его мощность. Оптимальной считается частота вращения до 3000 оборотов. AVR стабилизирует напряжение под этот параметр, и при сбое значительно снижает напряжение. В противном случае электрические насосы могут быстро потерять мощность и перегреться.

Работа такого генератора сильно зависит от типа нагрузки. Нагрузка индукционного типа сильно влияет на размагничивание якоря. Этот эффект приводит к большой потере напряжения.

При емкостных нагрузках якорь наоборот намагничивается, что значительно увеличивает выходное напряжение. Схема генератора переменного тока синхронного типа представлена ниже.

Синхронный альтернатор имеет одно большое преимущество. Его выходное напряжение намного выше (в 3–4 раза) номинальных значений. Увеличение необходимо, если устройство питает электрические насосы, приборы и устройства, которым нужен стартовый ток. Такие устройства сильно увеличивают реактивные нагрузки на общую сеть, с которыми справляется синхронный генератор.

Недостатки у такого генератора также есть. Первый заключается в высокой чувствительности к перегрузке в цепи. Реакцией на нагрузку является краткий, но достаточно мощный ток на обмотке ротора, который появляется из-за увеличения тока самим блоком регулировки. В результате обмотка выгорает или происходит ее нагрев.

Вторым минусом является искрение. У простейшего генератора синхронного типа на роторе установлены контактные кольца с щетками. Они небезопасны при эксплуатации на промышленных предприятиях, в условии наличия легко воспламеняемых газов или жидкостей. Для таких случаев используются трех машинные генераторы синхронного типа. Устройство и принцип работы генератора переменного тока такого типа сильно отличается. Этот генератор состоит из:

1. Пред возбудителя.
2. Возбудителя.
3. Самого генератора.

Все эти элементы установлены на общий вал. Работа осуществляется следующим образом:

1. Постоянные магниты, установленные на валу, возбуждают обмотку синхронного генератора пред возбудителя. Для такого генератора не требуется наличие аккумулятора или дополнительного генератора для возбуждения. Его работа строится на явлении магнитной индукции, которое возникает при вращении постоянного магнита.
2. Напряжение, которое он сгенерировал, перенаправляется к возбудителю, а точнее на обмотку его статора.
3. Обмотка ротора соединена с трехфазным выпрямителем напряжения.
4. На них действует возбуждение от статора возбудителя.

В конечном итоге генератор выдает номинальное требуемое напряжение, которое регулируется блоком AVR. Вся работа такого устройства производится в одном корпусе, который полностью герметичен.

Асинхронный

Асинхронный генератор переменного тока имеет иное устройство. Его ротор не имеет обмотки. По этой причине принцип его работы сильно отличается. Во время вращения, ротор такого генератора опережает обороты магнитных полей, которые создаются статором. Роторы этих устройств имеют 2 типа обмотки: короткозамкнутую и фазную. Принцип работы асинхронных электрогенераторов следующий:

1. На вспомогательной обмотке статором создается магнитное поле.
2. После чего поле передается ротору и формирует ЭДС на обмотке статора.
3. Выработанное напряжение поступает на блок управления.

Главное отличие заключается в невозможности регулировки напряжения при установленном числе оборотов. Асинхронные генераторы сильно зависимы от приводных двигателей. Любая потеря стабильности приводит к понижению напряжения и частоты тока.

Преимуществом подобных устройств является низкая чувствительность к возникновению коротких замыканий. Применение — питание бытовых приборов, сварочного оборудования и электрических насосов. При наличии реактивной нагрузки, AVR должен увеличить обороты приводного двигателя на короткий срок. При этом включенный в цепь понижающий трансформатор защищает остальные устройства от перенапряжения.

По типу топлива двигателя

Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.

Газовый генератор

В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:

• Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
• Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
• Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
• Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.

Дизельный генератор

Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:

• Относительная дешевизна топлива;
• Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
• Высокий уровень противопожарной безопасности;
• В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
• Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.

Бензогенератор

Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:

• Малые габариты при высокой мощности;
• Просты в эксплуатации: большинство моделей можно запустить вручную, а более мощные генераторы оснащены стартером. Регулируется напряжение под определенную нагрузку при помощи специального винта;
• В случае перегрузки генератора автоматически срабатывает защита;
• Просты в обслуживании и ремонте;
• Во время работы не издают много шума;
• Можно применять и в помещении, и на улице, но следует защищать от попадания влаги.

Виды приборов

Несмотря на одинаковое строение, они применяются в различных видах устройств и типах транспорта. Определённый тип ЭГ применяется в различных ситуациях. Выделяют основные виды устройств-генераторов, которые классифицируются по типу применения:

• автомобильный;
• электрический;
• инвентарный;
• дизельный;
• синхронный;
• асинхронный;
• электрохимический.

Основным предназначением автомобильного аккумулятора является вращение коленвала. Применяется новый тип — гибридный генератор, выполняющий роль стартера. Основным принципом работы можно считать использование для включения зажигания, при этом I течёт по контактным кольцам, а затем к щелочной части. Далее переходит на обмотку возбуждения, образовывается магнитное поле и запускается ротор, создающий электромагнитные волны.

Эти волны пронизывают обмотку статора. После происходит возникновение переменного тока на выходе обмотки. Если генератор осуществляет работу в режиме самовозбуждения, то при этом частота вращения увеличивается до допустимого значения, а переменный ток преобразуется в постоянный при помощи выпрямителя.

Электрогенератор выполняет функции преобразователя механической энергии в электрическую. Источников может быть много: вода, пар, ветер, ДВЗ и другие сторонние силы, оказывающие механическую работу на ротор генератора.

Очень распространён инверторный тип ЭГ. Он представляет собой автономный источник питания, который производит качественную электрическую энергию. Применяется практически везде и является очень надежным источником питания, при котором отсутствуют любые скачки U. Основной принцип действия:

• вырабатывается переменный высококачественный ток, который при помощи диодного моста выпрямляется;
• постоянный ток накапливается в аккумуляторах;
• из аккумуляторов при помощи инвертора происходит преобразование в переменный стабилизированный ток.

Ещё одним отличным и долговечным вариантом является дизельный ЭГ, преобразующий энергию топлива в электрическую. Топливо сгорает и преобразовывается из химического вида энергии в тепловую. Затем тепловая энергия преобразовывается в механическую. Затем происходит трансформация по старой схеме: механическая энергия в электрическую.

В синхронном ЭГ ротор выполняет роль постоянного магнита с полюсами, число которых колеблется от 2 и более. Однако должна соблюдаться кратность 2. Во время запуска ротор генерирует слабое электромагнитное поле, но в процессе увеличения частоты вращения появляется ток в обмотке возбуждения.

Во время этого процесса появляется U, поступающее на устройство, контролирующее его значение при изменении электромагнитного поля. Генераторы синхронного типа отлично зарекомендовали себя благодаря стабильно вырабатываемому U.

Однако у них есть существенный недостаток — возможна перегрузка по току, а также наличие щёточного узла, который приходится иногда обслуживать.

Принцип работы ЭГ асинхронного типа основан на постоянном нахождении в режиме «торможения с подвижной частью», вращающейся с опережением. Ротор бывает фазным и короткозамкнутым. Вспомогательное магнитное поле создаётся при помощи обмотки возбуждения и продолжает индуцироваться в роторе. От количества оборотов зависит частота тока и U.

Очень интересным источником электричества является электрохимический генератор. Энергия электрического типа получается из водорода. Он является химическим источником тока, так как проходит реакция этого типа взаимодействия молекул кислорода и водорода.

Однако этот источник довольно опасен. Ведь водород может и взорваться при больших количествах, а кислород выполняет роль катализатора. В очаге взрыва водорода произойдёт значительное возгорание, так как кислород усилит горение.

Кроме того, при использовании ЭГ нужно совместно с ними применять и устройства, регулирующие параметры U и частоты. Принцип работы устройства заключается в поддержании постоянных значений U и других параметров электроэнергии для качественного питания потребителей. Регулятор также защищает генератор от перегрузок и аварийного режима. При возникновении аварийной ситуации при наличии регулятора, генератор не запустится и останется в выключенном состоянии. Это возможно при КЗ в цепи потребителей. Эти приборы улавливают U, частоту и I, а также Ф.

Применение генераторов переменного тока на практике

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.

Синхронные генераторы – устройства, предназначенные для добычи переменного тока. Встретить такие устройства можно на различных станциях:

• атомных;
• тепловых;
• гидроэлектростанциях.

А также агрегаты активно используются в транспортных системах. Их применяют в различных автомобилях, в судовых системах. Синхронный генератор способен работать как в автономном режиме, отдельно от электрической сети, так и одновременно с ней. При этом удается подключить сразу несколько агрегатов.

Преимуществом станций, вырабатывающих переменный ток, является возможность обеспечить выделенное пространство электроэнергией. Удобно, если объект находится далеко от центральной сети. Поэтому агрегаты пользуются спросом у владельцев ферм, отдаленных от города населенных пунктов.

Основные сферы применения

В зависимости от того, где используется электрогенератор, определяются его технические характеристики. Главным образом, отношения генератора к определенной категории по области применения, определяет его мощность. Разделяют следующие разновидности оборудования по сферам эксплуатации:

• Бытовые. Обладают мощностью от 0,7 до 25 кВт. Обычно к этой категории относятся бензиновые и дизельные генераторы. Применяются для электроснабжения бытовых электроприборов и оборудования малой мощности, очень часто на строительных площадках. Сгодятся в качестве портативного источника электроэнергии при выезде на природу;
• Профессиональные. Могут применяться в качестве постоянного источника электроэнергии в муниципальных учреждениях и мелких производственных предприятиях. Его мощность не превышает 100 кВт;
• Промышленные. Могут эксплуатироваться на крупных фабриках и заводах, где требуется высокомощное оборудование. Такие аппараты обладают мощностью более 100 кВт, имеют немалые габариты и сложны в техническом обслуживании для неподготовленного человека.

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

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.

Автомобильные генераторы

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

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.

Особенности установки

Использование дизельного генератора

Потенциальный владелец генератора переменного тока перед приобретением должен озаботиться подготовкой места для его установки. Независимо от того, где будет установлен такой агрегат, в помещении или на свежем воздухе, для него понадобится ровная и твердая площадка. Установка электрогенератора на неровной площадке приведет к увеличению вибрации, что ускорит износ деталей и может спровоцировать выход дорогостоящего устройства из строя.

Устанавливая генератор в помещении, важно предусмотреть наличие вытяжной вентиляции. Кроме того, во время работы агрегата рекомендуется оставлять дверь помещения открытой, что в свою очередь потребует установить в дверном проеме решетку, перекрывающую посторонним, а главное детям, доступ в опасную зону.

Соединяют электрогенератор с электросетью в строгом соответствии с требованиями, изложенными в инструкции по эксплуатации. При этом электрический кабель необходимо подключить после вводного автомата и электросчетчика.

Предыдущая

РазноеЭлектролизсолей, щелочей, кислот

Следующая

РазноеСхемы подключения трехфазного счетчика. Установка трёхфазного счетчика

Принцип работы генератора переменного тока и особенности функционирования

Генераторы переменного тока, известные также некоторое время назад как «альтернаторы» — машины электрического типа, предназначенные для преобразования механической работы в электроэнергию переменного тока.

Принцип работы генератора переменного тока напрямую зависит от его вида.

Устройство машины электрического типа

В зависимости от конструкционных характеристик, все устройства ПТ данного типа могут быть представлены:

1. электротехническими машинами, имеющими недвижимые магнитные полюсы и вращающуюся якорную часть;
2. электротехническими машинами, имеющими вращающиеся магнитные полюсы и недвижимую статорную часть.

Второй вариант отличается большим распространением, что обусловлено статичностью статорной обмотки.

Двигающийся генераторный элемент является ротором, а неподвижная часть носит название статор, который представлен отдельными изолированными листами на основе железа с пазами для проводов обмотки.

Для изготовления ротора используются сплошные железные листы, а установка статора и полюсных роторных наконечников осуществляется с минимальным зазором, необходимым для стабильной и достаточной магнитной индукции.

Благодаря особой форме роторных наконечников удается получать токовые величины, близкие к синусоидальным показателям.

Устройство генератора переменного тока

В зависимости от способа генераторного возбуждения, устройства с переменными токовыми величинами представлены оборудованием:

• независимого возбуждения с обмоточным возбуждением, подпитываемым током постоянного типа, получаемым от сторонних источников электроэнергии, включая аккумуляторную батарею;
• с обмоточным возбуждением, подпитываемым токами с незначительным уровнем мощности от вала, единого с генератором;
• с обмоточным возбуждением, подпитываемым выпрямленными токовыми величинами от генератора с самостоятельным возбуждением;
• с типом возбуждения, ориентированным на постоянные магниты.

В зависимости от конструктивных особенностей, выделяется оборудование, имеющее явно и неявно выраженные полюса.

В соответствии с количеством фаз, генераторы переменного тока представлены оборудованием однофазного, двухфазного и трехфазного типа с подсоединением «звездой», «треугольником» или «Славянка».

Какое явление используется в работе генератора переменного тока?

Токи ПТ являются движущей силой многих устройств и современных технических систем, включая разнообразный транспорт. Независимо от конструктивных особенностей технического устройства, явление, объясняющее работу генератора ПТ, представлено электромагнитной индукцией. Такой процесс проявляется в условиях замкнутого контура электротока и при наличии измененных магнитных потоков.

Устройство генератора условно делится на пару основных, наиболее важных частей:

1. якорь, образующий электродвижущую силу в условиях наличия магнитного поля;
2. индуктор, создающий магнитное поле.

Простейший генератор переменного тока

Постоянная часть или основа устройства включает в себя магнит и проволочную обмотку с возникающей в условиях магнитного поля электродвижущей силой.

Для получения мощного переменного тока потребуется использовать менее примитивную конструкцию генератора с достаточно сильным магнитным потоком.

Проверка генератора на работоспособность заключается в отсоединении статора и замерах уровня сопротивления мультиметром. Особого внимания потребует подключение устройства с учетом явления, используемого в работе генератора ПТ:

• добавление пары стальных сердечников на проволочную намотку оборудования, чем определяется назначение устройства;
• размещение в пазах на сердечнике стандартного обмоточного элемента, создающего магнитное поле.

Генератор переменного тока (Автомобильный)

Особенностью двухполюсного или многополюсного статора или индуктора, является его статичность и использование для питания постоянных токовых величин. Отличие ротора, или якоря представлено активным вращением, что обусловлено наличием подшипников, а также продуцированием электродвижущей силы или переменных токовых величин.

Такой элемент является стандартным внутренним сердечником, имеющим медную проволочную намотку.

Современные генераторы обладают прочным и надежным металлическим корпусом с входами, количество которых обуславливается целевым назначением и особенностями эксплуатации устройства.

Принцип работы генератора переменного тока

Особенностью принципа действия генераторов ПТ, является превращение механической энергии в электроэнергию в процессе вращения проволочного катушечного элемента в условиях созданного магнитного поля.

Асинхронные генераторы

Отличием асинхронного генераторного устройства ПТ является разница в частоте вращения ЭДС ω и роторной части ωr, выражаемая коэффициентом и носящая название скольжение:

S = (ω – ωr)/ ω

Двигатель асинхронный трехфазный

В условиях рабочего режима происходит торможение якорной части в магнитном поле, при этом асинхронные двигатели способны функционировать в качестве генератора при ωr >ω, изменении направленности тока и обратной передаче энергии в электросеть. В таких условиях отмечается торможение электромагнитного момента.

Асинхронные электротехнические машины востребованы при предъявлении не слишком высоких требований к основным параметрам устройства.

Синхронные генераторы

Характеристики синхронного устройства предполагают наличие равенства между частотными параметрами F в ЭДС-статоре и частотой роторных оборотов:

ω = 60 × F / Р,

где Р, является общим количеством полюсных пар на статорной обмотке.

Системы возбуждения синхронных генераторов

Стандартными синхронными генераторами производится напряжение, имеющее синусоидальные характеристики, а подсоединение к выводам потребителей сопровождается протеканием сквозь электрическую цепь одно-, или трехфазного тока.

Стандартные синхронные генераторы являются предпочтительными в условиях наличия перегрузок пускового типа.

Автомобильные электротехнические машины

Генераторы автомобиля не имеют отличий от стандартных устройств, вырабатывающих в процессе работы электрический ПТ с последующим выпрямлением. Конструкция представлена электромагнитным ротором, вращающимся в паре подшипников с наличием привода через шкив.

Устройство автомобильного генератора

Одинарная обмотка характеризуется образованием постоянных токовых величин посредством пары медных колец и графитовых щеточных элементов. Электронным реле регулируется наличие стабильного напряжения на уровне 12 В, вне зависимости от особенностей вращения.

При повышении оборотов движка происходит снижение показателей токового возбуждения, благодаря чему поддерживается постоянство напряжения на выходе.

Особенности функционирования

Правила функционирования электротехнических машин ПТ основаны на появлении внутри проводника электротока посредством электродвижущей силы, способной перемещать все заряженные частицы.

Такая сила проявляется под воздействием изменений интенсивности магнитных полей.

Величина электродвижущей силы всегда прямо пропорциональна скорости изменений в потоках магнитных волн.

Прохождение обмоточных половин у противоположных полюсов вызывает внутри цепи токовое движение в одном направлении от минимальных показателей до наивысших значений и обратно, а изменение положения обмоток относительно полюсов провоцирует возвратное токовое течение с стабильной аналогичной закономерностью.

Простейшие генераторы ПТ представлены проволочной рамкой, которая вращается между разными полюсами внутри неподвижно зафиксированного магнита. Специфика принципа действия современных альтернаторов широко применяется при необходимости поддерживать стабильность электрического снабжения, а также такая техника востребована на объектах, где отсутствует возможность использования централизованных электросетей.

Компоненты генератора переменного тока — Компоненты генератора

«» Если у вашей машины вышел из строя генератор, вы все равно можете на ней ездить; однако лучше этого не делать. БАХТУБ ДМИТРИЙ/Shutterstock

По большей части генераторы переменного тока относительно небольшие и легкие. Генераторы размером примерно с кокосовый орех, используемые в большинстве легковых автомобилей и легких грузовиков (включая большинство гибридов), сконструированы с использованием алюминиевого внешнего корпуса, поскольку легкий металл не намагничивается. Это важно, поскольку алюминий рассеивает огромное количество тепла, выделяемого при производстве электроэнергии, и поскольку 9Узел ротора 0003 создает магнитное поле.

Если вы внимательно осмотрите генератор, вы обнаружите, что у него есть вентиляционные отверстия как спереди, так и сзади. Опять же, это способствует рассеиванию тепла. Ведущий шкив прикреплен к валу ротора на передней части генератора. Когда двигатель работает, коленчатый вал вращает приводной ремень, который, в свою очередь, вращает шкив на валу ротора. По сути, генератор переменного тока преобразует механическую энергию двигателя в электроэнергию для аксессуаров автомобиля.

Реклама

На задней стороне генератора вы найдете несколько клемм (или точки соединения в электрической цепи). Наиболее распространенные клеммы включают в себя:

• Клемма S : Датчик напряжения батареи
• Клемма IG : Выключатель зажигания, который включает регулятор напряжения
• Клемма L : Замыкает цепь сигнальной лампы клемма : Выходная клемма главного генератора (подключена к аккумулятору)
• Клемма F : Полный байпас для регулятора

Охлаждение необходимо для эффективности генератора переменного тока. Старый агрегат легко определить по внешним лопастям вентилятора на валу ротора за шкивом. Современные генераторы переменного тока имеют

охлаждающих вентилятора внутри алюминиевого корпуса. Эти вентиляторы работают одинаково, используя механическую энергию от вращающегося вала ротора.

Приступая к разборке генератора находим диодный выпрямитель (выпрямительный мост или ) , регулятор напряжения , контактные кольца и щетки . Регулятор распределяет мощность, создаваемую генератором переменного тока, и управляет выходной мощностью аккумулятора. Мост выпрямителя преобразует мощность, а щетки и токосъемные кольца помогают проводить ток к обмотке возбуждения ротора или проволочному полю. Теперь давайте расколем кокос.

Внутри генератора

При открытии генератора виден большой треугольный цилиндр полюса пальцев по окружности. Это ротор. Базовый генератор переменного тока состоит из ряда чередующихся пальцевых полюсных наконечников, размещенных вокруг проводов катушки, называемых

обмотками возбуждения , которые наматываются на железный сердечник на валу ротора.

Поскольку мы знаем, что шкив крепится к валу, теперь мы можем визуализировать, как ротор вращается внутри статора. Узел ротора помещается внутри статора с достаточным пространством или допуском между ними, чтобы ротор мог вращаться на высоких скоростях, не ударяясь о стенку статора. На каждом конце вала установлены щетка и контактное кольцо.

Как мы уже кратко упомянули, генераторы переменного тока генерируют энергию за счет магнетизма. Треугольные пальцевые полюса, закрепленные по окружности ротора, расположены в шахматном порядке, поэтому северный и южный полюсы чередуются, поскольку они окружают проволочные обмотки возбуждения ротора. Эта чередующаяся картина создает магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует напряжение в статоре. Думайте о статоре как о перчатке ловца, поскольку он использует всю мощность, создаваемую вращающимся ротором.

Все эти компоненты работают вместе, чтобы дать нам мощность, необходимую для управления нашими автомобилями.

​

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Джош Бриггс и Кристен Холл-Гейслер «Как работают генераторы» 9 июня 2008 г.
HowStuffWorks.com. 7 апреля 2023 г.

Регулятор генератора | Электрика | Мой автомобильный словарь

Полностью заряженный автомобильный аккумулятор необходим для бесперебойной работы автомобиля. Регулятор генератора должен отслеживать и контролировать процесс зарядки аккумулятора. Он также должен гарантировать, что все…

Функция

Полностью заряженный автомобильный аккумулятор необходим для бесперебойной работы автомобиля. Регулятор генератора должен отслеживать и контролировать процесс зарядки аккумулятора. Он также должен гарантировать, что все силовые нагрузки в транспортном средстве имеют достаточную энергию для функционирования. Блок управления генератором обычно является компонентом генератора. Из-за различной номинальной мощности генераторов переменного тока и большого количества производителей генераторов переменного тока в настоящее время существует несколько сотен различных типов регуляторов.

Измерение тока

Ток, протекающий через вращающийся соленоид (ротор), является решающим фактором для регулирования выходной мощности генератора.

Этот ток используется для изменения магнитного поля. Он управляется регулятором генератора на основе напряжения аккумуляторной батареи, которое было измерено заранее. Этот процесс измерения повторяется до нескольких сотен раз в секунду, так что изменение заряда батареи можно очень быстро компенсировать. Напряжение, создаваемое генератором, должно быть выше напряжения аккумуляторной батареи. В зависимости от спецификаций производителя транспортного средства генератор будет иметь управляющее напряжение от 14 до 15 В для легковых автомобилей и от 28 до 29 В.V для грузовиков и большегрузных автомобилей. Вместо того, чтобы изменять ток в роторе таким же образом, регулятор использует процесс включения и выключения тока в течение разных промежутков времени (рабочий цикл). Таким образом, если ток включается на длительный период и отключается только на короткое время во время фазы управления, генератор переменного тока будет обеспечивать высокую выходную мощность. И наоборот, выходная мощность генератора переменного тока будет низкой, если регулятор включает ток только на короткое время и отключает его на длительный период. Регулятор генератора также автоматически адаптирует заряд аккумуляторной батареи к температуре окружающей среды. Это необходимо потому, что характеристики заряда автомобильного аккумулятора при -20 °С, например, не такие, как при +30 °С. Регулятор заботится о необходимости автоматической адаптации заряда батареи с помощью кривой заряда, которая указана в техпаспорте в виде температурного коэффициента.

Прочие функции

Дополнительные функции, выходящие за рамки зарядки аккумулятора, впервые были добавлены к функциям регуляторов генератора примерно 15 лет назад. Например:

Запуск

Генератор остается выключенным при запуске двигателя. Выходная мощность генератора увеличивается только после запуска двигателя. Этот процесс занимает от 2 до 10 секунд и следует медленно возрастающей кривой зарядки. Это особенно помогает при запуске двигателя при низких температурах или при низком уровне заряда аккумуляторной батареи.

Сведение к минимуму механического напряжения

Регулятор также сводит к минимуму

• приводные ремни,
• подшипники и
• натяжной ролик генератора.

Механическое напряжение возникает при изменении нагрузки из-за включения или выключения нагрузки в автомобиле (например, фары, подогрев сидений и т. д.). Каждый раз, когда происходит изменение нагрузки, регулятор генератора переменного тока регулирует выходную мощность генератора переменного тока до заданного значения, следуя медленно восходящей или нисходящей кривой зарядки. Без этой функции все требования к выходу изменялись бы в течение десятой доли секунды.

В последнее время наметилась тенденция, согласно которой во многих автомобилях не регулятор генератора контролирует напряжение аккумуляторной батареи, а блок управления двигателем. Блок управления двигателем подключается к регулятору генератора либо отдельным кабелем, либо через шинную систему. Он управляет регулятором, используя множество различных факторов. В таких случаях регулятор просто работает как простой выключатель.

Амортизация

Контроллеры генератора не требуют технического обслуживания и имеют длительный срок службы. Несмотря на это, электроника неоднократно выходит из строя из-за слишком высоких температур или попадания влаги в корпус через микротрещины. Точно так же механически изнашиваются угольные щетки, необходимые для контакта с ротором. На роторе есть медное контактное кольцо. Угольные щетки прижимаются к контактному кольцу под действием силы пружины. Угольные щетки изнашиваются при постоянном вращении контактного кольца. Опыт показал, что срок службы угольных щеток на старых автомобилях составляет ок. От 110 000 до 130 000 км и более 200 000 км на более новых автомобилях. Во избежание выхода генератора из строя угольные щетки следует проверять во время регулярного технического обслуживания и своевременно заменять. В большинстве случаев заменяется весь генератор.

Безопасность

Безопасное электроснабжение бортовой сети может быть обеспечено только в том случае, если регулятор генератора переменного тока выполняет свою функцию. Регулятор генератора подвержен значительным внешним воздействиям и механическому износу.