Устройство и принцип работы автомобильного генератора: Устройство и принцип работы автомобильного генератора

Содержание

Принцип работы генератора переменного тока автомобиля, устройство

Принцип работы генератора состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. Происходит это за счет явления электромагнитной индукции. Суть его состоит в том, что при пересечении проводником электричества силовых линий магнитного поля, на концах первого возникает разность потенциалов. То есть электрическое напряжение. Принцип работы автомобильного генератора заключается в том же.

Генератор автомобиля является генератором переменного тока со встроенным в него выпрямителем.

Для чего автомобилю нужен генератор

Каждому автомобилю для работы нужна электрическая энергия. Она используется для пуска и работы двигателя, освещения дороги. Контрольные приборы и световая индикация тоже используют ее для нормального функционирования. Поэтому электрический аккумулятор в процессе работы автомобиля быстро разряжается. Чтобы он заряжался во время работы двигателя, на каждый автомобиль, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, устанавливают генератор.

Состав и устройство автогенератора

Автогенератор состоит из следующих частей:

  • Статор, включающий в себя сердечник из пластин электротехнической стали с тремя намотанными на него катушками медного эмалированного провода диаметрам чуть меньше миллиметра. Соединяются эти обмотки между собой «звездой», а к их свободным концам подключаются диоды выпрямителя.
  • Ротор, состоящий из сердечника с 6 полюсами и намотанной внутри этой конструкции катушки изолированного медного провода, выводы которой подключены к двум медным контактным кольцам. Эта катушка является обмоткой возбуждения автогенератора.
  • Блок диодов выпрямителя. Его схема состоит из 6 мощных диодов, расположенных на двух алюминиевых подковах и попарно соединенных между собой. Способом их коммутации здесь, как правило, бывает схема Ларионова. Эта схема преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное.
  • Дюралюминиевый корпус автогенератора, с изолированной от него клеммой выхода, и с элементами крепления к двигателю. Выполнен он из двух половинок: передней и задней, стягивающимися между собой длинными болтами с гайками.
  • Регулятор напряжения со щетками. В более ранних конструкциях автогенератора регулятор напряжения не объединялся с блоком щеток, а устанавливался в моторном отсеке отдельно. Схема подключения автогенератора со встроенным и вынесенным регулятором напряжения несколько различается.
  • Помехоподавляющий конденсатор. Служит для уменьшения помех радиоаппаратуре в бортовой сети автомобиля. Подключается параллельно выходу генератора, то есть один его вывод присоединяется к плюсовой клемме устройства, а другой к «массе» автомобиля.
  • Приводной шкив, часто соединенный с крыльчаткой охлаждения.

Схема регулятора напряжения, по сути, является усилителем тока с отрицательной обратной связью по напряжению. То есть повышение напряжения на выходе автогенератора приводит к уменьшению тока проходящего через обмотку возбуждения ротора, что ослабляет его магнитное поля, а из-за этого уменьшается напряжение на выходе устройства. В современных генераторах для питания обмотки возбуждения используются дополнительный выпрямитель из трех маломощных диодов. Это исключает протекание тока через обмотку возбуждения при выключенном зажигании и упрощает схему индикации наличия или отсутствия зарядки. При включении зажигания, через индикаторную лампочку, на регулятор напряжения подается питание. Пока нет зарядки, ток возбуждения генератора идет через лампочку и она светится. А как только генератор начинает вырабатывать энергию, питание на регулятор подается с дополнительных диодов, ток через контрольную лампочку прекращается и она гаснет.

Работа агрегата

При прохождении тока по обмотке возбуждения автогенератора, вокруг ротора возникает магнитное поле.

Вращение ротора двигателем через приводной ремень, заставляет силовые линии магнитного поля пересекать витки обмоток статора. Отчего в них возникает ЭДС, а на выводах обмоток появляется переменное электрическое напряжение.

Последнее преобразуется блоком диодов в постоянное. Необходимая для нормальной зарядки аккумулятора величина постоянного напряжения (от 13,9 до 14,2 В) поддерживается при помощи реле-регулятора, которое при повышении напряжения выше верхнего значения, уменьшает ток возбуждения. А при снижении ниже нижнего, увеличивает его. Так устроен любой автогенератор.

Немного истории

Первые автомобильные генераторы были генераторами постоянного тока. Такими генераторами автомобили комплектовались вплоть до начала 60 годов прошлого века. Их главное отличие от генераторов переменного тока в том, что электромагниты, создающие магнитное поле, неподвижны. ЭДС находится во вращающихся в этом поле обмотках ротора. Снимается же ток с изолированных между собой полуколец, поэтому на каждой щетке присутствует напряжение только одной полярности. Их недостатками является сложная конструкция щеточно-коллекторного узла и низкая надежность из-за большого тока, протекающего через контакты между щетками и коллекторными пластинами.

Поэтому, как только промышленность стала выпускать полупроводниковые диоды достаточной мощности, генераторы постоянного тока на автомобилях стали заменять генераторами переменного тока с полупроводниковыми выпрямителями. Выпрямители первых таких генераторов для автомобиля были селеновыми. Они имели большие размеры, а их рабочая температура была значительно ниже, чем у современных кремниевых. Поэтому они не могли размещаться внутри генератора.

Первые регуляторы напряжения были вибрационные. Они представляли собой реле, регулирующее ток возбуждения за счет частых кратковременных разрывов цепи, питающую катушку ротора. Поэтому регулятор напряжения до сих пор часто называют реле-регулятор. Они имели нормально замкнутые контакты, подающие питание на катушку якоря. При повышении напряжения бортовой сети, обмотка реле притягивала сердечник и разрывала цепь питания якоря. От этого падало выходное напряжение генератора, реле переставало удерживать сердечник, и цепь питания ротора вновь замыкалась.

На смену им пришли полупроводниковые регуляторы на дискретных элементах. А за ними и интегральные регуляторы напряжения, обладающие столь малыми размерами, что их стали объединять в один узел со щетками и вставлять в корпус генератора.

Надежность генераторов

Наибольшее влияние на надежность и срок службы автомобильных генераторов оказывает качество подшипников ротора, щеточно-коллекторного узла и изоляции обмоток. Первый и последний фактор зависит главным образом от уровня технологии производства комплектующих. Воздействие второго стремятся устранить, разрабатывая бесконтактные индукторные генераторы с укороченными полюсами. Такие генераторы уже несколько десятков лет используют на тракторах и на сельхозтехнике. На автомобилях они пока не применяются из-за того, что еще не найдены пути ликвидации их главных недостатков: небольшой удельной мощности, большой амплитуды пульсации напряжения и значительного магнитного шума. Надежность же их заметно выше, чем у их предшественников, обладающих щетками.

Принцип работы и устройство автомобильного генератора

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 7 мин. Просмотров 486

Генератор  входит в электрическую систему любого автомобиля. Его задача – преобразование механической работы в электроэнергию, необходимую для питания всех электрических систем. Автомобильный генератор должен отвечать следующим условиям:

  1. Его характеристики должны быть подобраны так, чтобы при любом режиме движения они позволяли превышать прогрессивную разрядку аккумулятора.
  2. Выдаваемое напряжение должно оставаться стабильным в широком диапазоне частоты вращения генератора, чтобы не повредить устройства бортовой сети автомобиля.


Принцип работы генератора и его конструктивные узлы одинаковы на всех автомобилях, эти устройства различаются только выходными параметрами, размерами и надежностью, которая зависит от качества изготовления.

Теоретические основы

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Если взять катушку с проводом и присоединить к ней гальванометр (чувствительный амперметр для фиксации малых значений силы тока), замкнув проводник, и поднести к ней магнит, в ней возникнет электрический ток, что и покажет гальванометр.   

При этом учитывайте, что ток возникает в тех случаях, когда магнит движется, причем, при его приближении ток идет в одну сторону, а при удалении – в другую, что и фиксирует стрелка гальванометра. Из этого можно сделать выводы об условиях, необходимых для возникновения электрического тока:

  • требуется замкнутый проводник с большим количеством витков;
  • он должен попасть в переменное магнитное поле, которое нарастает при приближении магнита и уменьшается при его удалении;
  • ток, возникший при увеличении магнитного поля, будет противоположен току, возникающему при его уменьшении.

Чтобы обеспечить постоянное изменение магнитного поля, пронизывающего катушку с проводником, его можно просто вращать, добившись изменения направления тока, равного частоте вращения магнита, поскольку к ней будут поочередно приближаться то южный, то северный полюс магнита. Эта принципиальная система и лежит в основе устройства генератора переменного тока.

Конструкция и принципы функционирования  

Устройство генератора автомобиля намного сложнее, чем принципиальная схема, воспроизводящая суть явления электромагнитной индукции. Из специальных стальных пластин набирается конструкция с пазами, в которые укладываются катушки с проводниками, соединяемые в единую электрическую цепь. Это называется обмоткой статора, если внутри нее начать вращения магнита, на контактах его цепи появится напряжение. Величина этого напряжения будет напрямую зависеть от силы магнита и скорости его вращения.

Устройство ротора

Чтобы избавиться от этого негативного эффекта, ведь автомобильный генератор переменного тока должен выдавать напряжения в строго определенных параметрах, вместо постоянного магнита в статор устанавливают электромагнит. Он представляет собой стальной сердечник с намотанным медным проводом, через который пропускается электрический ток. В этом случае сердечник превращается в магнит, сила которого зависит от величины тока, пропускаемого через провод. Обмотка подключается к аккумулятору через медные кольца и графитовые щетки, один контакт через замок зажигания присоединяется к плюсовой клемме, а второй – через массу к минусовой. Для придания магнитному полю нужного направления обмотка помещается в шестиполюсные сердечники. Этот элемент называется ротор и помещается вовнутрь сердечника.

При замыкании цепи через ключ зажигания через обмотку проходит электрический ток, сердечник намагничивается, создавая достаточно мощное магнитное поле. Но, поскольку работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции, ротор должна вращать сторонняя сила. Для этого он присоединяется к коленчатому валу двигателя. Ось ротора устанавливается на  подшипники на передней и задней крышках генератора, чтобы он мог свободно вращаться.

В заднюю крышку монтируется узел со щетками и реле регулятора напряжения генератора, а также диодный мост, к которому подключена обмотка статора. Диодный мост в генераторе нужен, чтобы преобразовать переменный ток, получаемого на статоре в постоянный.

Принцип работы диодного моста состоит в том, что группа диодов, находящихся в нем, пропускает ток только в одном направлении, выравнивая его характеристики, в результате на выходе получается постоянный ток с напряжением 12 В, который подается на выводной контакт. Щетки поджимаются мягкими пружинками к кольцам ротора для поддержания постоянного контакта. 

Интегральный регулятор напряжения, который устанавливается сверху на щеткодержатель, снижает ток от замка зажигания, что приводит к снижению напряжения в обмотке статора при увеличение оборотов двигателя и частоты вращения ротора.

Получение электрического тока

Назначение генератора – в обеспечении всех электрических систем автомобиля энергией. Чтобы в обмотке статора появился электрический ток, ротор должен создавать переменное магнитное поле, вращаясь внутри статора. Для этого используется энергия вращения коленчатого вала двигателя.

На вал ротора устанавливают клинообразный шкив, надежно закрепленный гайкой. Он соединяется с подобным шкивом на коленвале ременной передачей. Ранее для этого использовался вспомогательный ролик, теперь же используется только два шкива с поликлиновым ремнем. Ротор, вращаясь вместе с валом двигателя, создает магнитное поле, на статоре возбуждается напряжение, питающее все элементы системы автомобиля.

На современных автомобилях в шкиве ротора появилась обгонная муфта генератора. Она позволяет существенно продлить срок службы этого устройства и его приводного ремня. При разгоне и торможении, на холостом  ходу, двигатель работает под различными нагрузками, поэтому частота вращения коленчатого вала будет отличаться. Если он резко замедляется, то вал генератора будет по инерции пытаться вращаться с прежней скоростью, что приведет к рывку на ремне и негативно скажется на механическом состоянии всей системы. При постоянном повторении такой ситуации ремень очень скоро, как правило, через 20 тыс. км, просто разорвется.

Обгонная муфта в шкиве генератора состоит и внутренней и внешней обоймы. Внешняя присоединена через ремень к коленвалу, а внутренняя – к валу ротора. В момент резкого замедления вала она проскальзывает и ротор продолжает вращаться по инерции, в то же время подклинивающие элементы не дают ей проскальзывать, когда частота вращения вала увеличивается. В этом устройство и принцип действия генератора постоянного тока на автомобиле схожи с обычным велосипедом, когда при вращении педалей заднее колесо раскручивается, а при их остановке продолжает вращаться по инерции. Теперь ремни генераторов ходят по 100 тыс. км и более.

Реле регулятора напряжения

Интегральный регулятор напряжения необходим, чтобы в бортовую сеть подавалось напряжение, соответствующее ее номинальным параметрам. Устройство простейшего генератора таково, что при увеличении частоты вращения скорость изменения магнитного потока ротора пропорционально увеличивается, как и выходное напряжение. Если этим процессом не управлять, то напряжение достигнет той величины, при которой все бортовые системы выйдут из строя.

Принцип работы реле регулятора генератора состоит в том, что при увеличении частоты вращения статора, оно через специальный датчик, присоединенный к цепи статора, отслеживает опасное увеличение напряжения. При помощи механической или электронной системы управления контактами, реле уменьшает ток, подаваемый на обмотку ротора, в результате чего увеличение частоты компенсируется снижением силы магнитного поля, и значение напряжения остается в норме.

Видео: Как работает генератор простыми словами

Заключение

Устройство и принцип работы автомобильного генератора практически не отличается от других установок подобного типа, кроме наличия диодного моста, выравнивающего переменное напряжение. Кроме того, на крупных установках требуется дополнительное устройство, которое называется возбудитель генератора.

Среди распространенных поломок этого устройства – обрыв ремня, о чем просигнализирует индикатор разрядки аккумулятора, который будет гореть при движении. Чтобы избежать этой проблемы, требуется периодически проверять его натяжку, для чего нужно просто нажать на ремень и посмотреть в инструкции по эксплуатации, на сколько миллиметров он должен вжиматься.

Иногда из строя выходят щетки или реле регулятора, которые меняются единым узлом. Если при работающем моторе отключить клемму аккумулятора, высок риск выхода из строя (пробой) диодного моста, который тоже нужно будет заменить.

Автомобильный генератор. Устройство и принцип работы генератора

Если сравнить по аналогии с человеческим организмом автомобиль то двигатель внутреннего сгорания станет сердцем, ну а роль нервной системы достанется генератору вкупе с бортовой проводкой. Будет ли двигаться автомобиль без генератора? Будет, но не долго, ровно до тех пор, пока не разрядится аккумуляторная батарея. Вот именно для зарядки аккумулятора и поддержания рабочего напряжения в бортовой сети и служит

автомобильный генератор.

 

Устройство генератора автомобиля

 

Строение генератора автомобиля представляет собой совокупность отдельных элементов собранных в одном корпусе.

  1. Корпус генератора является одновременно и основанием для статорной обмотки. Выполнен из легко сплавных металлов (чаще дюралюминий), и имеет «окна» для лучшего охлаждения во время работы. В задней и передней частях корпуса расположены подшипники для крепления на них ротора.
  2. Статорная обмотка генератора выполнена из медного провода и уложена в пазах сердечника. Сердечник выполнен в виде круга и изготавливается из металла с улучшенными магнитными характеристиками (трансформаторное железо). Поскольку генератор автомобиля является трехфазным производителем энергии, поэтому статор имеет три обмотки, соединенные между собой треугольником. В местах соединения фазных обмоток к ним подключается выпрямительный мост. Провод для изготовления фазных обмоток имеет двойную термоустойчивую изоляцию, чаще всего применяется специальный лак.
  3. Ротор представляет собой электромагнит и имеет одну обмотку. Обмотка располагается на валу ротора. Сверху обмотки ротора расположен сердечник из ферро магнитного материала. Диаметр сердечника на 1,5-2 мм меньше диаметра статора. Для подачи напряжения управления с реле-регулятора на обмотки ротора, применяются медные кольца, которые располагаются на валу и соединены с обмоткой ротора посредством графитовых щеток.
  4. Реле-регулятор, выполняет функцию контроля и регулировки напряжения на выходе генератора. Выполнен в виде электронной схемы и имеющий выходы к щеткам. Реле-регулятор может устанавливаться как непосредственно в корпусе генератора, в этом случае регулятор выполняется в одном корпусе со щетками. Или отдельно от генератора, тогда щетки устанавливаются на щеткодержатель.
  5. Выпрямительный мост имеет шесть диодов с прямым током более 40 Ампер. Диоды располагаются на токопроводящих основаниях (плюсовом и минусовом), попарно и соединены по схеме Ларионова. Соединение по этой схеме позволяет на выходе получить постоянное напряжение из трёхфазного переменного. В народе выпрямительный мост именуется «подковой», потому, что токопроводящие основания диодов для удобного расположения в корпусе, имеют вид подковы.

 

Принцип работы автомобильного генератора

В основу работы автомобильного генератора положен принцип порождения переменного электрического напряжения в обмотках статора под воздействием постоянного магнитного поля, которое образуется вокруг сердечника ротора.

Двигатель приводит в действие ротор генератора при помощи ременной передачи. На обмотку возбуждения (ротора) подается постоянное электрическое напряжение, достаточное для образования магнитного потока. При вращении сердечника вдоль обмоток статора, в последних наводится ЭДС. Сила магнитного потока регулируется реле-регулятором, увеличением или уменьшением подаваемого напряжения на щетки, и зависит от нагрузки, снимаемой с плюсовой клеммы генератора. Напряжение на выходе генератора колеблется в пределах 13,6 в летнее время и 14,2 в зимний период (для реле-регуляторов у которых имеется встроенный контроль температуры окружающего воздуха). Такого напряжения достаточно для дозаряда аккумулятора и поддержания его в заряженном состоянии. Бортовая сеть так же питается от клеммы генератора автомобиля и включена параллельно аккумулятору.

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Автомобильный генератор: устройство и принцип работы

В любом автомобиле имеется навесное оборудование. Это узлы и механизмы, без которых его работа не представляется возможной. К навесному оборудованию относится стартер, насос гидроусилителя, компрессор кондиционера, впускной и выпускной коллектор, сцепление. Но также в этот список входит и автомобильный генератор. Именно он позволяет поддерживать стабильное напряжение в бортовой сети. Мало кто знает устройство автомобильного генератора и его принцип работы. А ведь эта информация будет полезна для каждого водителя. Что же, давайте рассмотрим, как устроен и действует данный навесной элемент.

Характеристика

Генератор – это электрический двигатель, который служит для преобразования механической энергии в ток.

Используется данный элемент для питания электрического оборудования при работающем ДВС, а также для зарядки аккумулятора автомобиля. На всех современных машинах применяется автомобильный генератор переменного тока.

Где находится

Зачастую данный механизм находится в передней части двигателя. Работает он от коленчатого вала посредством ремня (ручейкового или зубчатого типа). Обычно автопроизводители располагают генератор в максимально верхней точке относительно двигателя. Однако встречаются модели, где механизм крепится чуть ли не в районе картера ДВС. Почему важно расположить механизм в максимально верхней точке? Дело в том, что автомобильный генератор сильно боится воды. Попадание даже небольшого количества влаги может вывести его из строя. Поэтому производители стараются исключить возможность проникновения воды и иных жидкостей на поверхность данного механизма. Чем выше расположен данный элемент, тем это для него безопаснее.

Устройство

В конструкцию генератора входят:

  • Обмотка статора.
  • Передняя крышка.
  • Обмотка возбуждения.
  • Щеточный узел.
  • Задняя крышка.
  • Контактные кольца.
  • Полюсные половины.
  • Выпрямительный блок.
  • Шкив приводной.
  • Крыльчатка вентилятора.

Также отметим, что данный узел может иметь разную компоновку:

  • Традиционную.
  • Компактную.

Отличия заключаются в строении вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. В остальном же устройство и работа автомобильного генератора идентичны. И традиционный, и компактный механизм состоят из ротора, выпрямительного блока, щеточного узла, регулятора напряжения и статора. Для чего служат все эти компоненты, рассмотрим далее.

Ротор

Данный механизм служит для создания магнитного поля в генераторе. На валу ротора предусмотрена обмотка возбуждения. Последняя помещается в специальные полюсные пластины, каждая из которых имеет шесть выступов. Кроме этого, на валу располагается контактное кольцо. Оно служит для питания обмотки возбуждения. Обычно кольца изготавливают из меди (реже – из латуни). К данным элементам припаиваются выводы обмотки возбуждения.

Также на валу ротора находится одна или две крыльчатки вентилятора. Они обеспечивают охлаждение обмотки во время работы генератора. Вращающийся механизм ротора являет собой два шариковых необслуживаемых подшипника.

Статор

Его функция – создание переменного тока. Автомобильный генератор обязательно оснащается данным элементом. Статор конструктивно объединен с обмоткой и сердечником. Последний представляет собой набор из нескольких пластин. В 36 пазах обмотки находятся еще по три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Производители используют два типа укладки обмоток:

  • Волновой.
  • Петлевой.

Само соединение осуществляется по разным технологиям:

  • Схема «треугольник». В данном случае концы обмотки соединены последовательно.
  • Схема «звезда». Здесь концы обмотки соединены в единой точке.

Корпус

В нем находится большинство составных элементов генератора. Состоит корпус из двух крышек: задней и передней. Первая находится со стороны контактных колец, вторая – со стороны приводного шкива.

Между собой эти части стянуты длинными болтами. Сами крышки изготавливаются из немагнитного алюминиевого сплава. В корпусе также предусмотрены вентиляционные окна и крепежные лапы в количестве двух штук.

Щетки и выпрямительный блок

Щеточный узел служит для передачи тока от обмотки возбуждения на контактные кольца. Как устроен данный узел? Он являет собой две графитные щетки с пружинами. Вся конструкция объединена с регулятором напряжения автомобильного генератора.

Теперь о выпрямительном блоке. Он необходим для преобразования синусоидального напряжения в постоянный ток бортовой сети. Состоит данный блок из пластин. Они выполняют функцию теплоотвода, а также на них монтируются диоды. Всего в блоке находится шесть полупроводниковых диодов. На каждую фазу приходится по два таких элемента. Один подключается к положительному, а второй – к отрицательному выводу автомобильного генератора. Обычно соединение осуществляется при помощи пайки либо сварки на монтажных площадках.

Регулятор напряжения

Продолжаем изучать устройство автомобильного генератора. В конструкции механизма всегда присутствует регулятор напряжения (на сленге автомобилистов – «шоколадка»). Данный элемент может иметь:

  • Гибридное соединение. В таком случае все радиоэлементы и электроприводы используются в схеме с микроэлектронными толстопленочными элементами.
  • Интегральное. Здесь все элементы регулятора, за исключением выходного каскада, выполняются путем тонкопленочной микроэлектронной технологии.

Основная задача «шоколадки» состоит в стабилизации напряжения, которое может варьироваться при изменении числа оборотов коленвала и общей нагрузки бортовой сети.

Данная коррекция осуществляется автоматически благодаря воздействию на ток обмотки возбуждения. Регулятор изменяет продолжительность и частоту импульсов тока. Современные генераторы имеют регуляторы с термокомпенсацией. Таким образом, чем ниже температура аккумулятора, тем больше напряжения подается на его заряд.

Привод генератора

На всех автомобилях данное оборудование приводится в действие от коленчатого вала посредством ремня. Последний может быть клинового либо поликлинового типа. Область применения первого существенно ограничена диаметром ведомого шкива. Число оборотов ротора при работе двигателя обычно в два или три раза выше частоты вращения коленвала.

Зачастую на автомобилях используется поликлиновый ремень. Он является более универсальным, поскольку при небольшом диаметре ведомого шкива ремень позволяет реализовать большее передаточное число. Натяжение приводного элемента регулируется при помощи специального ролика.

Принцип работы автомобильного генератора

Как действует данное оборудование? Принцип работы его заключается в следующем. При повороте ключа, через щеточный узел и кольца на обмотку возбуждения поступает ток от АКБ. В обмотке наводится магнитное поле. При вращении коленвала ДВС одновременно работает и ротор генератора. Магнитное поле последнего пронизывает обмотку статора. На выводах образуется переменное напряжение. При определенной частоте вращения генератор начинает самовозбуждаться. Таким образом, обмотка запитывается от самого генератора.

Выпрямительный блок начинает преобразовать данное напряжение в постоянный ток. С изменением нагрузки на двигатель начинает включаться в работу т. н. «шоколадка». Регулятор корректирует периодичность включения обмотки генератора. С ростом числа оборотов время включения уменьшается. И наоборот, при падении нагрузки периодичность увеличивается.

Бесщеточный генератор

На некоторых автомобилях устанавливается бесщеточный механизм. В своей конструкции он имеет ротор со спрессованными пластинами из трансформаторного железа. На статоре размещена обмотка. А электродвижущая сила образуется путем коррекции магнитной проводимости зазора между статором и ротором.

Автомобильный генератор: характеристики

К основным параметрам данного механизма стоит отнести:

  • Номинальный ток. Таковым считается пиковый ток отдачи при частоте вращения шесть тысяч оборотов в минуту.
  • Номинальное напряжение. В зависимости от типа электросистемы автомобиля, данный параметр составляет 12 или 24 В. На большинстве легковых авто и внедорожников используется 12-вольтовая схема.
  • Мощность. Автомобильный генератор может быть как 60-, так и 120-амперным. Все зависит от типа машины и объема самого двигателя. Если говорить о большинстве легковушек, в них зачастую используется 80-амперный генератор.

Диагностика

Можно ли проверить состояние автомобильного генератора своими руками? Специалисты говорят, что продиагностировать элемент можно в гаражных условиях при помощи обычного мультиметра. Но перед этим нужно проверить подключение автомобильного генератора, а также убедиться в работоспособности всех соединений. Открываем капот автомобиля и находим приводной ремень. Он должен быть натянут с такой силой, при которой он будет прогибаться на 1-1,5 сантиметра вглубь от нажатия большого пальца. Если говорить о точных значениях, данный прогиб измеряется при усилии в 10 кгс.

На первом этапе производится проверка регулятора напряжения. Для этого переводим мультиметр в режим вольтметра. Прогреваем мотор на средних оборотах с включенными фарами в течение десяти минут. Далее измеряем напряжение на выводе массы генератора и на его плюсе. Номинальный показатель – от 13,5 до 14,6 В. Если цифра меньше или больше, значит, регулятор не справляется со своей задачей, и его нужно заменить.

Далее переходим к диагностике диодного моста. Включаем прибор в режим измерения переменного тока. Подключаем щупы к зажиму «30» и к массе генератора. Напряжение должно составлять не больше 0,5 В. В противном случае диодный мост работает неверно. Чтобы проверить пробой на массу, отключаем генератор и снимаем шнур генератора, что подходит к плюсовой 30-й клемме. Далее подключаем мультиметр щупами к отключенному приводу генератора и клеммой. Ток разряда не должен превышать 0,5 мА. Если он больше, произошел пробой изоляции обмотки или самих диодов.

Проверяем ток отдачи

Обратите внимание: сила тока отдачи измеряется при помощи зонда, который является дополнением мультиметра. Данный элемент являет собой некий зажим, при помощи которого охватываются провода, и измеряется сила тока. Итак, как нам проверить генератор? Для этого охватываем зондом провод, идущий к зажиму на 30-й клемме. Запускам двигатель и держим его на высоких оборотах. Включаем свет, печку и остальные электроприборы. Далее поочередно производим замер каждого потребителя в индивидуальном порядке. Величина замера не должна превосходить сумму показаний каждого потребителя. Максимальное расхождение — 5 ампер в меньшую сторону.

Не лишней будет проверка тока возбуждения генератора. Для этого заводим двигатель и даем ему поработать минут пять на высоких оборотах. Далее располагаем вокруг провода с клеммой 67 измерительный зонд. Показания будут равны силе тока возбуждения. На исправном генераторе данный показатель составляет порядка трех-семи ампер.

Для проверки обмотки возбуждения нужно демонтировать «шоколадку» и щеткодержатель. Переводим прибор в режим омметра и прикладываем щупы к контактным кольцам. Уровень сопротивления должен составлять от пяти до десяти Ом. Затем подключаем один щуп к статору. Второй держим на любом из контактных колец. Прибор должен показывать бесконечно большое сопротивление. Если это не так, значит, обмотка замыкает на массу.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет автомобильный генератор и как его проверить. Как видите, диагностику можно осуществить своими руками. Однако чтобы разбираться в этом вопросе, нужно хотя бы поверхностно знать устройство и алгоритм работы элемента.

принцип работы и схема подключения

Любой автомобиль располагает собственной бортовой автономной электрической сетью со всеми присущими элементами, источником энергии, накопителем и потребителями. Каждый из узлов функционально закончен, они объединяются электрической проводкой, а параметры сети чётко стандартизованы благодаря накопленному опыту производства автомобильного электрооборудования.

Содержание статьи:

В качестве источника питания электроники выступает генератор, о котором и пойдет речь в этой статье.

Для чего в машине нужен генератор

Вся энергия в бортовую сеть поступает от двигателя внутреннего сгорания. Механическая энергия вращения его коленчатого вала должна быть преобразована в электрическую. Эту роль и выполняет генератор.

Читайте также: Топливный фильтр, виды, месторасположение и замена

В типовом варианте его ротор снабжён шкивом, на который надет гибкий ремень, передающий вращения от аналогичного шкива на носке коленчатого вала. Параллельно от того же ремня могут приводиться и прочие навесные агрегаты, но традиционно он именуется генераторным.

На выходе генератора образуется электрическое напряжение, способное поддерживаться в заданном диапазоне при отдаче любого тока от нуля до максимума, лимитированного номинальной мощностью.

Эту мощность прибор отдаёт при максимально допустимых оборотах ротора, привязанных к предельной частоте вращения коленвала путём подобранного передаточного соотношения ременного привода.

Виды

Выделяется два основных типа автомобильных генераторов:

  • Постоянного тока, вырабатывается напряжение определённой полярности уже непосредственно на обмотках;
  • Переменного тока, поскольку требуется всё же постоянное напряжение, то генератор снабжён внутренним полупроводниковым выпрямителем.

В настоящее время используется только второй тип, поскольку он обладает бесспорными преимуществами, причём его обмотки выдают трёхфазное напряжение, как легче поддающееся сглаживанию пульсаций и позволяющее эффективнее использовать массогабарит прибора.

Что находится внутри данного прибора разберем ниже.

Устройство

Внешне все генераторы на первый взгляд похожи, но те кто знаком с электротехникой легко определит с каким прибором имеет дело. Ситуация упрощается тем, что машины постоянного тока использовались только на совсем уж реликтовых автомобилях, давно снятых с производства.

Генератор постоянного тока

В состав динамомашины постоянного тока входят:

  • корпус;
  • обмотки возбуждения на статоре, неподвижно закреплённом в корпусе;
  • силовые обмотки на вращающемся якоре;
  • щёточный узел с меднографитовыми или угольными щётками, снимающими ток с коллектора вращающегося якоря;
  • регулятор напряжения, стабилизирующий выход путём регулирования тока возбуждения в обмотках электромагнитов статора;
  • приводной шкив на валу якоря;
  • подшипники, в которых вращается вал якоря.

Для создания приемлемой мощности на выходе весь агрегат приходилось выполнять массивным и металлоёмким, поэтому с появлением качественных выпрямительных полупроводниковых приборов генераторы постоянного тока на автомобилях применять перестали.

Генератор переменного тока

Принципиально он устроен похоже, но выходная мощность образуется многофазными обмотками статора, выполненными толстым проводом и не нуждающимися в мощных и ненадёжных токосъёмниках.

Состав оборудования тоже похож:

  • корпус с кронштейнами крепления и электрическими клеммами;
  • обмотки статора, установленные в корпусе, могут извлекаться при рассоединении его половин;
  • ротор с полюсами из мягкого электротехнического железа, медными обмотками и коллектором;
  • щёточный узел, где обычно устанавливается пара угольных щёток и встраивается интегральный полупроводниковый регулятор напряжения, через который на щётки поступает питание возбуждения;
  • блок выпрямителя, где расположен трёхфазный мост из шести силовых вентилей (диодов) и трёх относительно маломощных дополнительных диодов питания обмотки возбуждения, число диодов может отличаться в специфически устроенных современных конструкциях;
  • подшипники на валу ротора;
  • выходные разъёмы, силовой и управляющий, вторым силовым контактом выступает металлический корпус генератора;
  • шкив привода и крыльчатка принудительного охлаждения.

Весь конструктив крепится к передней части двигателя для удобной организации ременного привода от шкива коленвала. Часто отклонением генератора в сторону производится регулировка натяжения ремня, в тех случаях, когда более сложная конструкция привода навесных агрегатов не подразумевает наличие отдельного натяжителя с роликом.

Схема подключения

Схема подразделяется на силовую и управляющую цепи. Мощный выход генератора через силовой разъём из закреплённого гайкой на шпильке провода большого сечения соединяется непосредственно с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи.

Тонкий управляющий провод чаще всего просто соединён с цепью зажигания через контрольную лампочку. Встречаются и иные схемы, когда лампочка имеет собственное управление от специально предназначенного контакта на корпусе.

Принцип работы

Перед началом работы в автомобиле включается зажигание, и на управляющий контакт генератора поступает напряжение через лампочку. Поскольку энергию генератор в этот момент не вырабатывает, то напряжение на контакте отсутствует, и лампочка оказывается под потенциалом аккумуляторной батареи. Индикатор светится, через обмотку возбуждения протекает начальный ток.

После запуска мотора вращающееся поле обмотки возбуждения на роторе создаёт ответную индукцию в обмотках статора и генератор начинает вырабатывать электроэнергию. Дополнительные диоды поднимают напряжение на контакте лампочки, перепад на ней отсутствует, и она перестаёт светиться, сигнализируя, что всё в порядке, генератор работает.

Электронная схема в реле-регуляторе щёточного узла отслеживает выходное напряжение, увеличивая или уменьшая ток возбуждения, таким образом поддерживая выход на заданном уровне, обычно это 14-15 вольт, в зависимости от типа применённого аккумулятора и его температуры.

Батарея под таким напряжением перестаёт отдавать ток и переходит в режим заряда или удержания, выполняя роль дополнительного фильтрующего элемента, поскольку напряжение генератора пульсирует с частотой трёхфазного выпрямителя.

Если включено много потребителей, а обороты двигателя малы, прибор не в состоянии отдавать требуемую мощность, напряжение уменьшается, а часть потребителей начинает питаться от аккумулятора.

При добавлении оборотов генератор увеличивает мощность, питает потребителей, а избыток её идёт на зарядку аккумулятора. Если батарея заряжена, а мощность избыточна, то реле-регулятор уменьшает ток возбуждения, чтобы не допускать опасного роста напряжения в сети.

Основные неисправности

Проявлением неисправностей становится выход напряжения в сети из заданных пределов, а также посторонние звуки из работающего генератора.

Причины могут быть различными:

  • износ щёточного узла, он заменяется вместе с интегральным реле;
  • глубокий износ коллектора щётками, если его уже невозможно устранить шлифовкой, меняются контактные кольца или якорь в сборе;
  • выход из строя подшипников якоря, их несложно заменить после полной или частичной разборки генератора;
  • выгорание диодов выпрямителя, в настоящее время их не меняют поодиночке, замене подлежит весь диодный мост;
  • короткие межвитковые замыкания или обрывы в якоре или статоре, соответствующие детали меняются;
  • обгорание или коррозия контактов, их тоже можно заменить или очистить.

Не относящейся непосредственно к генератору, но частой неисправностью является сильный свист при добавлении оборотов двигателя. Это свидетельствует о проскальзывании ремня на приводных шкивах, натяжение можно отрегулировать, но лучше такой ремень заменить.

При снятии генератора для ремонта целесообразно сразу поменять диодный мост, подшипники и реле-регулятор со щётками. Так отремонтированный прибор обретёт максимально возможную надёжность, хотя полную гарантию может дать только новый генератор от солидного производителя.

Как проверить автомобильный генератор

В идеале генератор надо проверять на стенде, где он будет раскручен до номинальных оборотов и максимально нагружен с проверкой отдаваемой в таком режиме мощности.

Но можно приблизительно проверить его и не снимая с автомобиля.

  1. К выходной клемме генератора подключается цифровой вольтметр (например, в составе мультиметра).
  2. Двигатель запускается. Показания вольтметра должны увеличиться до номинальных 14 – 14,5 вольт. Исключением станет случай, когда батарея сильно разряжена, тогда напряжение будет расти постепенно, по мере заряда.
  3. Двигатель выводится на средние или высокие обороты, а в автомобиле включаются фары и другие мощные потребители, общей потребностью не превышающие полную мощность генератора. Напряжение должно остаться стабильным, значит генератор отдаёт свою положенную мощность.
  4. От генератора не должно раздаваться характерных воющих звуков изношенных подшипников. При появлении сомнений достаточно снять ремень и прокрутить шкив вручную. Ротор должен вращаться абсолютно плавно, без вибраций и люфтов.

Новый генератор очень надёжен и первые проблемы могут возникнуть лишь после пробега в 100-150 тысяч километров. Но часто эти приборы ходят значительно больше, особенно с промежуточной заменой щёточного узла.

Как работает генератор автомобиля: устройство и схема

Многие водители не знают, как работает генератор автомобиля и это явная проблема, как для них, так и для их транспорта. А ведь все довольно просто и если проявить желание, выделить необходимое количество времени, чтобы узнать свой автомобиль получше, а также понять принципы работы его механизмов, вы сможете самостоятельно отремонтировать генератор

Содержание статьи

Устройство

Устройство генератора автомобиля состоит из большого количества элементов, взаимодействующих между собой. Я считаю, что каждый автолюбитель, уважающий свою машину, должен знать все о принципах ее работы. Шкив выступает посредником в процессе передачи механической энергии к валу генератора от двигателя с помощью ремня. Корпус включает в себя две крышки – передняя, которая находится на стороне шкива, и задняя, размещенная со стороны нахождения контактных колец. Их назначение – скреплять статор, также устанавливать генератор на поверхности двигателя и размещать подшипники самого ротора. На задней крышке можно увидеть щеточный узел, регулятор напряжения, выпрямитель и внешние выводы для присоединения системы электрооборудования.

Ротор представляет собой вал из стали, на котором размещены две втулки клювообразной формой. Между ними есть обмотка, из которой выводы соединяются прямо с контактными кольцами. Оборудование этой группы деталей, в основном, составляют кольца из меди цилиндрической формы.

В пазах статора размещена обмотка трехфазного типа, в которой и вырабатывается мощность данного генератора. Деталь, именуемая сборкой с диодами, в себе объединяет сразу 6 очень мощных диодов, которые по три запрессованы в теплоотводах. Регулятор напряжения представляет собой устройство, которое поддерживает напряжение в прежде заданных пределах во время изменения нагрузок. Щеточный узел представляет собой съемную конструкцию из пластмассы, в которой есть специальные подпружиненные щетки, которые контактируют с роторными кольцами.

Крепление генератора

Привод генератора осуществляется временной передачей от шкива коленчатого вала. С ростом его диаметра на валу и по мере уменьшения диаметра того же шкива повышаются обороты генератора. Это значит, что потребитель сможет получить более сильный ток.

На всех новых авто привод осуществляется при помощи поликлинового ремня. Он обладает особой гибкостью и разрешает установить шкив небольшого диаметра на самом генераторе. Это дает куда высшие передаточные отношения, чтобы использовать генераторы высокооборотного типа. Это производится с помощью натяжных роликов при наличии этой детали неподвижного типа.

Генераторы крепят при помощи болтов, размещенных в передней части автомобильного двигателя. Используются при этом кронштейны. На крышках есть натяжная пружина, а также крепежные лапы. Если же они размещены при помощь двух лап, они будут располагаться сразу на двух крышках, но если лапа будет одна – она будет размещена только на передней.

Как работает?

Во время пуска двигателя стартер будет основным потребителем энергии.

Работа сопровождается сотнями А силы тока, это провоцирует понижение напряжения во всем аккумуляторе. Подобный режим предусматривает потребление электроэнергии лишь при помощи аккумулятора, который в это время интенсивно поддается разряжению.

После пуска двигателя в качестве основного источника энергии выступает генератор. Он – источник подзарядки аккумулятора, пока продолжается работа двигателя.

Если он не будет работать, тогда аккумулятор слишком быстро разрядиться и я настоятельно советую не забывать об этом. Генератор автомобиля помогает обеспечивать нужную для заряда аккумулятора силу тока, а также ток для задействования электроприборов. После разрядки аккумулятора зарядный ток понижается. Но генератор все еще будет источником электропитания, сам же аккумулятор просто сглаживает разные пульсации в напряжении.

Если будут включены приборы, потребляющие много энергии, вроде обогревателя фар, а показатель частоты роторного вращения будет небольшой, общий ток потребления может превысить тот, на который рассчитан генератор. При таком раскладе нагрузка сместится на аккумулятор, вследствие чего он начнет разряжаться. Как можно убедиться, принцип работы генератора довольно простой.

Назначение регулятора напряжения

После изучения устройства генератора, у многих возникает вопрос о роли регулятора напряжения, который когда-то возник и у меня. В основном, его задача заключается в поддержке напряжения в неких пределах, чтобы обеспечить оптимальный режим работы электроприборов, которые входят в бортовую сеть. Каждый регулятор обладает элементами измерения, которые, по сути, исполняют роль датчиков. Кроме того, есть исполнительные элементы, которые исполнят функцию регулирования.

Изготовленные по современным технологиям генераторы, которыми сегодня оснащается любой автомобиль, оснащены электронными полупроводниковыми регуляторами, которые обычно встраивают внутрь. Существует разнообразие оформления и схем, но у всех аналогичный принцип работы.

Регуляторы напряжения склонны к термокомпенсации, которая изменяет уровень подводимого к аккумулятору напряжения для оптимального уровня заряда АКБ в зависимости от температуры воздуха под капотом. С ее понижением повышается напряжение, а с повышением – напряжение падает. Некоторые из регуляторов оснащены ручными переключателями режимов к «зиме» или «лету».

Иными словами, регулятор исполняет такую важную функцию, как стабилизация уровня напряжения в процессе изменения уровня нагрузки и частоты вращения с помощью корректировки тока возбуждения. При отсутствии регулятора напряжение самого генератора зависит от уровня частоты вращения ротора, от магнитного потока, который создается по причине обмотки возбуждения. Также это зависит и от величин и силы тока в данной обмотке, которые отдаются потребителям. С увеличением частоты вращения совместно с силой тока, происходит рост напряжения.

Электронные регуляторы измеряют ток возбуждения при помощи включения от сети его обмотки, которая питается электричеством, при чем изменяется продолжительность времени, за которое включается обмотка возбуждения. Если для проведения стабилизации всего напряжения потребуется понизить силу тока того самого возбуждения, уменьшается общее время обмотки возбуждения. Ну а если нужно будет увеличить, то я советую его увеличить.

Видео «Принцип работы генератора автомобиля»

На записи показано по какому принципу работают автомобильные генераторы переменного тока.

 

Устройство и принцип работы автомобильного генератора JMC

  1. Статьи

Основным назначением генератора любого автомобиля является преобразование механической энергии, получаемой от двигателя, в электрическую. Практически все грузовые и легковые автомобили, в том числе и марки JMC, оборудованы генераторами переменного тока.

Какие требования предъявляются генератору JMC

  1. Генератор должен вырабатывать такое напряжение, чтобы на любых режимах работы автомобиля не происходил разряд аккумуляторной батареи;
  2. Напряжение в электросети автомобиля, которое создаёт генератор, должно быть стабильным в независимости от частоты вращения двигателя и его нагрузки.

Последнее требование объясняется тем, что аккумулятор чувствителен к изменениям напряжения в сети. Из-за низкого напряжения батарея недостаточно заряжается, в результате чего происходит затрудненный запуск двигателя, а из-за высокого напряжения наоборот происходит перезаряд батареи, и её рабочий ресурс и срок эксплуатации уменьшается.

Конструктивное устройство и принцип работы генератора одинаков для любой автомобильной техники, различия могут проявиться: по качеству изготовления, расположением присоединительных узлов и в габаритах устройства.

Основные составные части генератора JMC

  1. Шкив – передаёт механическую энергию при помощи ремня от двигателя к валу генератора. На автомобилях марки JMC шкив под клиновой ремень;
  2. Корпус генератора состоит из 2-х частей (крышек): передняя (где находится сам шкив) и задняя (где находятся все контакты подключения, электрическая часть и т.д.). Также на этих крышках находятся кронштейны крепления к двигателю, а внутри расположены подшипники (передний и задний) на которых вращается вал ротора. Также в задней крышке находится щеточный узел, диодный мост, регулятор напряжения и фишка подключения к системе электрооборудования. На автомобилях марки JMC ещё дополнительно установлен вакуумный насос, назначение которого, создание вакуума, необходимого для правильной работы вакуумного усилителя тормозов.
  3. Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками треугольной формы, между которыми расположена обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. В основном генераторы оборудованы медными контактными кольцами цилиндрической формы;
  4. Статор — имеет форму трубы и состоит из стальных пластин. В его пазах размещена трехфазная обмотка, в которой образуется мощность генератора;
  5. Диодный мост — состоит из шести мощных диодов, запрессованных по 3 в положительный и отрицательный теплоотводы;
  6. Реле – обеспечивает напряжением всю электросеть автомобиля в необходимых пределах при изменении скорости вращения ротора генератора, температуры окружающей среды и электрической нагрузки;
  7. Щеточный узел – съемный пластиковый элемент. В нём установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора. Щетки генератора на автомобиле JMC можно поменять отдельно. На автомобилях марки JMC реле — регулятор напряжения идёт в сборе с щётками и диодным мостом, номинальным током 80 Ампер.
  8. Защитная крышка диодного модуля – (может присутствовать, или отсутствовать в зависимости от модели).

Отдельные элементы генератора состоят также из нескольких элементов.

Ротор генератора

  1. вал ротора;
  2. полюса ротора;
  3. обмотка возбуждения;
  4. контактные кольца.

Статор генератора

  1. обмотка статора;
  2. выводы обмоток;
  3. магнитопровод.

Диодный мост

  1. силовые диоды;
  2. дополнительные диоды;
  3. теплоотвод.

Причины неисправности генератора и их устранение.

Генератор для двигателя автомобиля — это как мини электростанция, которая заряжает энергией всю бортовую сеть, включая аккумулятор (АКБ).

Неисправность генератора может привести к полной разрядке АКБ, в результате чего вы не сможете завести двигатель.

Можно выделить основные причины плохого запуска двигателя, стартер плохо крутит, если:

  • АКБ старая либо неисправная и не держит зарядку;
  • Провода АКБ обеспечивают ненадежный контакт, например, из-за окисления клемм;
  • Отсутствие, либо плохой контакт массы двигателя с кузовом;
  • Генератор не вырабатывает необходимый заряд;
  • Слабое натяжение приводного ремня, из-за чего ротор генератора крутится не в полную силу, и тем самым при нагрузке ремень проскальзывает.

Итак, приведём самые распространенные примеры поломки генератора JMC:

  • Обрыв проводов питания к узлу;
  • Пробой диодного моста;
  • Реле регулятор напряжения генератора неисправен;
  • Замыкание (перегорание, обрыв) роторной или статорной обмотки;
  • Износ переднего, либо заднего подшипника вала ротора;
  • Износ или поломка щёток генератора.

Меры предосторожности и правила безопасности при проверке

Чтобы не повредить генератор и его составные части, нужно фиксировать в процессе разборки и диагностики осуществляемые действия, и быть предельно внимательным.

Запрещено:

  • Проверять генератор «на искру» — с помощью короткого замыкания.
  • Соединять клемму «30» (символ «В+») с клеммой 67 («D+») или «массой».
  • Оставлять генератор в работающем состоянии при отключении его от АКБ.
  • При напряжении выше 12 В. проверять вентили генератора.

Не запрещено:

  • Использовать для проверки вольтметр или амперметр.
  • Отключайте контакты от генератора и АКБ, если собираетесь осуществлять сварочные работ на кузове автомобиля.
  • Меняя проводку в системе генератора, подбирайте её с таким же сечением и длиной, как у оригинальных проводов.

Перед проверкой генератора осмотрите состояние всех соединений и клемм, а также правильное натяжение ремня генератора. При нажатии на середину ремня его просадка не должна превышать 10-15 мм.

Устройство и принцип действия

Навесное оборудование есть у любого автомобиля. Это узлы и механизмы, без которых его работа невозможна. Навесное оборудование включает стартер, насос гидроусилителя руля, компрессор кондиционера, впускной и выпускной коллектор, сцепление. Но и автомобильный генератор входит в этот список. Именно он позволяет поддерживать стабильное напряжение в бортовой сети. Мало кто знает устройство автомобильного генератора и принцип его работы. Но эта информация будет полезна каждому водителю.Что ж, давайте посмотрим, как устроен и работает этот навесной элемент.

Характеристика

Генератор представляет собой электродвигатель, преобразующий механическую энергию в ток.


Этот элемент используется для питания электрооборудования при работающем двигателе внутреннего сгорания, а также для зарядки автомобильного аккумулятора. Во всех современных автомобилях используется автомобильный генератор.

Где находится

Часто этот механизм располагается перед двигателем. Работает от коленчатого вала посредством ремня (ручьевого или зубчатого типа).Обычно автопроизводители размещают генератор в самой высокой точке по отношению к двигателю. Однако есть модели, где механизм монтируется практически в районе картера ДВС. Почему важно расположить механизм в самой высокой точке? Дело в том, что автомобильный генератор очень боится воды. Попадание даже небольшого количества влаги может повредить его. Поэтому производители стараются исключить возможность попадания воды и других жидкостей на поверхность этого механизма.Чем выше расположен этот элемент, тем безопаснее для него.



Устройство

В конструкцию генератора входят:

  • Обмотка статора.
  • Передняя крышка.
  • Обмотка возбуждения.
  • Щетка в сборе.
  • Задняя крышка.
  • Контактные кольца.
  • Половинки стойки.
  • Блок выпрямителя.
  • Ведущий шкив.
  • Крыльчатка вентилятора.

Также обратите внимание, что этот узел может иметь другую компоновку:


Отличия заключаются в конструкции вентилятора, выпрямительного блока и приводного шкива.В остальном устройство и работа автомобильного генератора идентичны. Как традиционные, так и компактные механизмы состоят из ротора, выпрямительного блока, щеточного узла, регулятора напряжения и статора. Для чего нужны все эти компоненты, рассмотрим далее.

Ротор

Этот механизм служит для создания магнитного поля в генераторе. На валу ротора предусмотрена обмотка возбуждения. Последняя размещена в специальных полюсных пластинах, каждая из которых имеет по шесть выступов.Кроме того, на валу расположено контактное кольцо. Он служит для питания обмотки возбуждения. Обычно кольца изготавливают из меди (реже латуни). К этим элементам припаяны выводы обмотки возбуждения.

Также на валу ротора находится одна или две крыльчатки вентилятора. Они обеспечивают охлаждение обмотки во время работы генератора. Механизм вращающегося ротора состоит из двух необслуживаемых шарикоподшипников.





Статор

Его функция заключается в создании переменного тока.Автомобильный генератор обязательно оснащается этим элементом. Статор конструктивно объединен с обмоткой и сердечником. Последняя представляет собой набор из нескольких пластин. В 36 пазах обмотки расположены еще три обмотки, образующие трехфазное соединение. Производители используют два вида укладки обмотки:

Само соединение осуществляется по разным технологиям:

  • Схема треугольник. При этом концы обмоток соединяются последовательно.
  • Схема «звезда».Здесь концы обмотки соединены в одной точке.

Корпус

Содержит большинство компонентов генератора. Корпус состоит из двух крышек: задней и передней. Первый находится со стороны контактных колец, второй — со стороны ведущего шкива.


Между собой эти детали стянуты длинными болтами. Сами крышки изготовлены из немагнитного алюминиевого сплава. В корпусе также предусмотрены вентиляционные окошки и монтажные ножки в количестве двух штук.

Блок щеток и выпрямителя

Блок щеток служит для передачи тока от обмотки возбуждения к контактным кольцам. Как работает этот узел? Он состоит из двух графитовых щеток с пружинами. Вся конструкция объединена с регулятором напряжения автомобильного генератора.

Теперь о блоке выпрямителя. Необходимо преобразовать синусоидальное напряжение в постоянный ток бортовой сети. Этот блок состоит из пластин. Они служат теплоотводом, на них установлены диоды.Всего в блоке шесть полупроводниковых диодов. На каждую фазу приходится по два таких элемента. Один подключается к плюсовой, а второй к минусовой клемме автомобильного генератора. Обычно соединение осуществляется пайкой или сваркой в ​​местах установки.

Регулятор напряжения

Продолжаем изучать устройство автомобильного генератора. В конструкции механизма всегда присутствует регулятор напряжения (на сленге автомобилистов — «шоколадка»). Этот элемент может иметь:

  • Гибридный состав.При этом все радиоэлементы и электроприводы используются по схеме с микроэлектронными толстопленочными элементами.
  • Интеграл. Здесь все элементы регулятора, за исключением выходного каскада, выполнены по технологии тонкопленочной микроэлектроники.

Основной задачей «шоколадки» является стабилизация напряжения, которое может изменяться при изменении числа оборотов коленчатого вала и общей нагрузки бортовой сети.


Эта коррекция выполняется автоматически из-за влияния на ток возбуждения.Контроллер изменяет длительность и частоту импульсов тока. Современные генераторы имеют регуляторы с термокомпенсацией. Таким образом, чем ниже температура аккумулятора, тем большее напряжение подается на его заряд.

Привод генератора

На всех автомобилях это оборудование приводится от коленчатого вала ремнем. Последние могут быть клиновидными или поликлинальными. Область применения первых существенно ограничена диаметром ведомого шкива. Частота вращения ротора при работе двигателя обычно в два-три раза превышает частоту вращения коленчатого вала.

Часто на автомобилях используется поликлиновой ремень. Он более универсален, так как при малом диаметре ведомого шкива ремень позволяет получить большее передаточное число. Натяжение приводного элемента регулируется с помощью специального ролика.

Принцип работы автомобильного генератора

Как работает это оборудование? Принцип его работы следующий. При вращении ключа ток от аккумулятора поступает на обмотку возбуждения через щеточный узел и кольца.В обмотке индуцируется магнитное поле. При вращении двигателя работает и ротор генератора. Магнитное поле последнего пронизывает обмотку статора. Клеммы формируют переменное напряжение. При определенной скорости генератор начинает самовозбуждаться. Таким образом обмотка питается от самого генератора.


Блок выпрямителя начинает преобразовывать это напряжение в постоянный ток. При изменении нагрузки на двигатель т.н. Плитка шоколада. Регулятор регулирует частоту включения обмотки генератора.С увеличением числа оборотов время включения уменьшается. И наоборот, когда нагрузка падает, частота увеличивается.

Бесщеточный генератор

На некоторые автомобили устанавливается бесщеточный механизм. В своей конструкции он имеет ротор с прессованными пластинами из трансформаторного железа. На статоре размещена обмотка. А электродвижущая сила формируется за счет корректировки магнитной проводимости зазора между статором и ротором.

Характеристики автомобильного генератора

Основные параметры этого механизма включают:

  • Номинальный ток.Таковым считается пиковый ток отдачи при скорости шесть тысяч оборотов в минуту.
  • Номинальное напряжение. В зависимости от типа бортовой сети автомобиля этот параметр составляет 12 или 24 В. В большинстве автомобилей и внедорожников используется 12-вольтовая схема.
  • Мощность. Автомобильный генератор может быть как на 60, так и на 120 ампер. Все зависит от типа машины и объема самого двигателя. Если говорить о большинстве автомобилей, то в них часто используется генератор на 80 ампер.

Диагностика

Можно ли своими руками проверить состояние генератора автомобиля? Специалисты утверждают, что диагностировать элемент в гараже можно с помощью обычного мультиметра.Но перед этим нужно проверить подключение автомобильного генератора, а также убедиться, что все соединения исправны. Откройте капот автомобиля и найдите приводной ремень. Его следует натягивать с такой силой, чтобы от нажатия большого пальца он прогибался на 1-1,5 сантиметра в глубину. Если говорить о точных значениях, то этот прогиб измеряется силой 10 кгс.


На первом этапе проверяется регулятор напряжения. Для этого переведите мультиметр в режим вольтметра. Прогреваем двигатель на средних оборотах с включенными фарами десять минут.Далее измеряем напряжение на выходе массы генератора и на его плюсе. Номинальный показатель от 13,5 до 14,6 В. Если цифра меньше или больше, то регулятор не справляется со своей задачей, и его необходимо заменить.

Далее приступаем к диагностике диодного моста. Включаем прибор в режим измерения переменного тока. Подключаем щупы к зажиму «30» и к массе генератора. Напряжение должно быть не более 0,5 В. В противном случае диодный мост работает некорректно.Чтобы проверить пробой на массу, выключите генератор и снимите шнур генератора, который подходит к плюсовой 30-й клемме. Далее подключите мультиметр со щупами к отключенному приводу генератора и клемме. Разрядный ток не должен превышать 0,5 мА. Если больше, то произошел пробой изоляции обмотки или самих диодов.

Проверка обратного тока

Обратите внимание: ток отдачи измеряется с помощью щупа, который является дополнением к мультиметру.Этот элемент представляет собой своеобразный зажим, которым обхватывают провода, и измеряют силу тока. Так как же проверить генератор? Для этого накрываем щуп проводом, идущим к зажиму на 30-м выводе. Запускает двигатель и поддерживает его на высоких оборотах. Включите свет, плиту и другие электроприборы. Затем, в свою очередь, мы измеряем каждого потребителя индивидуально. Измерение не должно превышать суммы показаний каждого потребителя. Максимальное расхождение составляет 5 ампер вниз.

Не лишним будет проверить ток возбуждения генератора. Для этого запустите двигатель и дайте ему поработать пять минут на высоких оборотах. Далее на провод с выводом 67 помещаем измерительный щуп. Показания будут равны силе тока возбуждения. На исправном генераторе этот показатель составляет порядка трех-семи ампер.


Для проверки обмотки возбуждения необходимо демонтировать «шоколадку» и щеткодержатель. Переводим прибор в режим омметра и прикладываем щупы к контактным кольцам.Уровень сопротивления должен быть в пределах от пяти до десяти Ом. Затем подключаем один щуп к статору. Вторую держим на любом из контактных колец. Устройство должно показывать бесконечно высокое сопротивление. Если это не так, то обмотка замыкается на землю.

Заключение

Итак, мы выяснили, что такое автомобильный генератор и как его проверить. Как видите, диагностику можно провести своими руками. Однако для того, чтобы разобраться в этом вопросе, нужно иметь хотя бы поверхностные знания об устройстве и алгоритме работы элемента.

Электрическая система автомобиля: определение, функции, работа, компоненты

В автомобилях, особенно в современных, разновидностями деталей являются электроника, работающая от электричества. Что ж, системы зарядки — это основная электрическая система автомобиля, которая включает в себя генератор переменного тока, аккумулятор и регулятор напряжения. Эти компоненты являются источником питания для других электрических компонентов автомобиля. Хотя регуляторы напряжения включены в генератор переменного тока, который служит преобразователем энергии.Существует множество электрических компонентов, которые зависят от электрической системы автомобиля. Я предполагаю, что это наша цель здесь, так что давайте погрузимся!

Сегодня вы познакомитесь с определением, применением, компонентами, схемой и работой электрической системы автомобиля. вы также узнаете его преимущества и недостатки.

Подробнее: система зарядки автомобильного двигателя

Определение электрической системы автомобиля

Электросистемы автомобиля

— это устройства с электрическим управлением в транспортном средстве, они получают энергию от аккумулятора и возвращают ее обратно в аккумулятор через под.Система зарядки состоит из генератора и аккумулятора. Эта батарея используется для питания стартера, помогает двигателю запуститься, в то время как генератор переменного тока используется для зарядки аккумулятора и других электрических компонентов автомобиля.

Помимо этой зарядки, некоторые автомобили имеют зажигание от магнето, которое вырабатывает энергию, питающую свечи зажигания в камерах сгорания. Он также используется для питания некоторых электрических компонентов, что помогает экономить заряд аккумулятора.Хотя некоторая система зажигания зависит от мощности аккумулятора.

Все электрические цепи в транспортных средствах размыкаются и замыкаются с помощью выключателей или реле, а предохранители используются для предотвращения их перегрузок.

Подробнее: Общие сведения о системе трения и рекуперативного торможения

Приложения

Основным назначением электрической системы является питание всех электрических и электронных устройств в автомобиле. начиная с электродвигателя, датчиков, датчиков, нагревательного элемента, фар, стоп-сигналов и габаритных огней, радио, телевизора, системы кондиционирования воздуха, вентиляторов, внутреннего освещения, системы охлаждения, системы зажигания и т. д.все эти компоненты получают питание от аккумулятора, а аккумулятор заряжается от генератора переменного тока.

Обратите внимание, что при работающем двигателе все электрические устройства питаются от регулятора генератора переменного тока. Это связано с тем, что выходная мощность генератора больше тока аккумуляторной батареи при работающем двигателе.

Функции

Ниже приведены функции бортовой сети автомобиля:

  • Основной функцией электрической системы автомобиля является генерация, хранение и подача электрического тока к различным электрическим устройствам автомобиля.
  • Управляет всеми электрическими частями/компонентами автомобиля.
  • Опять же, электрические системы автомобиля помогают поддерживать устройства в хорошем рабочем состоянии, поскольку они могут выполнять некоторые функции.

Подробнее: Понимание гидравлической тормозной системы

Компоненты бортовой сети автомобиля

С перечисленными выше компонентами основными электрическими частями автомобиля являются генератор переменного тока, аккумулятор и регулятор.

Магнето

Система зажигания от магнето или магнето высокого напряжения — это система зажигания, в которой магнето используется для создания высокого напряжения для выработки электроэнергии.Вырабатываемая электроэнергия в дальнейшем используется для управления транспортными средствами и другими электрическими компонентами системы.

Магнето представляет собой комбинацию распределителя и генератора, объединенных в единое целое, что отличает его от обычного распределителя, создающего искровую энергию без внешнего напряжения. Существует ряд вращающихся магнитов, которые разрушают электрическое поле, вызывая электрический ток в первичных обмотках катушки. Затем текущий заряд будет умножаться, когда он перейдет на вторичные обмотки катушки.Это связано с тем, что количество обмоток во вторичной цепи во много раз больше, чем в первичной цепи, что затем заставляет магнето с умноженным зарядом производить искру при более высоком напряжении, чем было создано в первичных обмотках.

Подробнее: Понимание работы антиблокировочной тормозной системы (ABS)

Генератор:

Генератор переменного тока является одной из основных и неотъемлемых частей системы зарядки автомобиля, так как играет наилучшую роль.Электроэнергия, которая заряжает аккумулятор, поступает от генератора переменного тока, но производимый ток является переменным током (AC). Эта мощность переменного тока немедленно преобразуется в постоянный ток (DC), поскольку в автомобилях используется 12-вольтовая электрическая система постоянного тока. Разряженный аккумулятор не означает, что с ним что-то не так. это просто лишение заряда, поэтому генератор также проверяется, если машина не заводится.

Регулятор напряжения:

Регулятор напряжения управляет выходной мощностью генератора.Хотя это устройство часто находится в генераторе, так как оно регулирует зарядное напряжение, которое производит генератор. Он поддерживает напряжение от 13,5 до 14,5 вольт для защиты электрических частей автомобиля. в современных автомобилях, которые используют ЭБУ, чтобы определить, когда аккумулятор необходимо зарядить, поскольку он контролирует подаваемое напряжение. Контрольная лампа на приборной панели указывает на неисправность системы зарядки. Часто контрольная лампа указывает на неисправность генератора, что приводит к незаряженной батарее.

Аккумулятор:

Аккумуляторная батарея является еще одним важным компонентом системы зарядки автомобиля, поскольку она служит резервуаром электроэнергии. Стартер двигателя напрямую подключен к положительной клемме. Это помогает провернуть компонент, заставляющий двигатель запускаться. Когда двигатель работает, генератор напрямую заряжает аккумулятор. Аккумулятор также может подавать питание на электрические компоненты, когда двигатель не работает.

Подробнее: Понимание работы автомобильного мозга

Схема бортовой сети автомобиля:

Принцип работы

Работа электрической системы автомобиля проще и понятнее.Все электрические устройства в автомобиле спроектированы с помощью выключателей или релейной системы, при этом от основного источника энергии (аккумуляторной батареи) все они получают питание. Итак, сразу же двигатель запускается стартером, представляющим собой электрическое устройство, получающее питание от аккумуляторной батареи. Процесс сгорания обеспечивает работу двигателя, а генератор используется для зарядки аккумулятора. Это напряжение генератора меньше, чем напряжение аккумуляторной батареи, когда двигатель не работает. Это связано с тем, что ток от аккумулятора используется для питания нагрузок автомобиля, а не генератора переменного тока.Генераторы разработаны с диодами, которые предотвращают протекание в них тока.

В ситуации, когда двигатель работает, выходной ток генератора больше, чем напряжение аккумуляторной батареи. Ток течет от генератора переменного тока к электрической нагрузке в автомобиле и к аккумулятору для его зарядки. Обычно выходное напряжение генератора выше напряжения аккумуляторной батареи при работающем двигателе.

Теперь вы можете видеть, что электрическая нагрузка автомобиля по-прежнему запитана, даже если двигатель не работает, поскольку аккумулятор достаточно заряжен.Хотя для питания различных электрических систем, содержащихся в транспортном средстве, требуется большое количество энергии. Батареи могут по-прежнему удовлетворять разумные требования к электричеству в зависимости от их мощности.

Подробнее: Автомобильное реле

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о том, как работает электрическая система автомобиля:

Заключение

Электрические системы автомобиля включают в себя множество компонентов, включая генераторы, жгуты проводов, разъемы и многое другое.В этой статье мы рассмотрели определение, функции, приложения, компоненты и работу электрической системы автомобиля.

Надеюсь, вам понравилось чтение, если да, пожалуйста, прокомментируйте ваш любимый раздел этого поста. И, пожалуйста, не забудьте поделиться. Спасибо!

Принцип работы генератора

Машина, которая вырабатывает трехфазную энергию из механической энергии, называется генератором переменного тока или синхронным генератором. Работа генератора переменного тока основана на том принципе, что при изменении потока, соединяющего проводник, в проводнике индуцируется ЭДС.

Генераторы являются основным источником всей потребляемой нами электроэнергии. Эти машины являются крупнейшими преобразователями энергии в мире. Они преобразуют механическую энергию в энергию переменного тока.

Принцип работы генератора

Генератор переменного тока работает на том же фундаментальном принципе электромагнитной индукции, что и генератор постоянного тока. Работа генератора переменного тока основана на том принципе, что при изменении потока, соединяющего проводник, в проводнике индуцируется ЭДС.

Как и генератор постоянного тока, генератор переменного тока также имеет обмотку якоря и обмотку возбуждения. Но между ними есть одно важное различие.

В генераторе постоянного тока обмотка якоря размещается на роторе, чтобы обеспечить способ преобразования переменного напряжения, генерируемого в обмотке, в постоянное напряжение на клеммах с помощью вращающегося коммутатора.

Полевые столбы размещаются на стационарной части машины. Поскольку в генераторе переменного тока коллектор не требуется, обычно удобнее и выгоднее размещать обмотку возбуждения на вращающейся части (т.т. е. ротор) и обмотка якоря на неподвижной части (т. е. статор).

Генератор переменного тока имеет 3-фазную обмотку на статоре и обмотку возбуждения постоянного тока на роторе. Этот источник постоянного тока (называемый возбудителем) обычно представляет собой небольшой шунт постоянного тока или составной генератор, установленный на валу генератора переменного тока.

Конструкция ротора бывает двух типов, а именно;

  1. Тип выступающих (или выступающих) полюсов
  2. Неявнополюсный (или цилиндрический) полюс

В генераторе переменного тока с явными полюсами выступающие или выступающие полюса монтируются на большой круглой стальной раме, которая крепится к валу генератора переменного тока.

В генераторе переменного тока с цилиндрическими полюсами ротор выполнен из гладкого массивного радиального цилиндра из кованой стали, имеющего ряд пазов по внешней периферии.

Работа генератора

Обмотка ротора питается от возбудителя постоянного тока, и на роторе формируются чередующиеся полюса N и S.

При вращении ротора против часовой стрелки первичным двигателем проводники статора или якоря перерезаются магнитным потоком полюсов ротора. Следовательно, т.е.м.ф. индуцируется в проводниках якоря за счет электромагнитной индукции.

ЭДС индукции переменная, так как N и S полюса ротора попеременно проходят через проводники якоря. Направление ЭДС индукции можно найти по правилу правой руки Флеминга , а частота определяется по формуле;

f = PN / 120
где N = скорость ротора в об/мин.
P = количество полюсов ротора

Величина напряжения, индуцированного в каждой фазе, зависит от потока ротора, количества и положения проводников в фазе и скорости ротора.

При вращении ротора в обмотке якоря индуцируется 3-х фазное напряжение. Величина ЭДС индукции зависит от скорости вращения и постоянного тока возбуждения. Величина э.д.с. в каждой фазе обмотки якоря одинакова. Однако они отличаются по фазе на 120° электрических.

Анимация видео

Посмотрите в этом видео работу генератора переменного тока на сайтеlearnengineering.org.

Генератор | Энциклопедия.com

Принцип действия

Генераторы переменного тока (AC)

Коммерческие генераторы

Генераторы постоянного тока (DC)

Ресурсы

Генератор представляет собой машину, с помощью которой механическая энергия преобразуется в электрическую. Генераторы можно разделить на две основные категории в зависимости от того, какой электрический ток они производят: переменный ток (AC) или постоянный ток (DC). Оба типа генераторов работают по одному и тому же основному принципу, хотя детали их конструкции различаются.Генераторы также можно классифицировать в зависимости от источника механической энергии (или первичного двигателя), от которого они приводятся в действие, например, от воды или пара.

Научный принцип работы генераторов был открыт почти одновременно примерно в 1831 году английским химиком и физиком Майклом Фарадеем (1791–1867) и американским физиком Джозефом Генри (1797–1878). Представьте, что катушка с проводом помещена в магнитное поле, а концы катушки прикреплены к какому-то электрическому устройству, например амперметру.Если катушка вращается в магнитном поле, амперметр показывает, что в катушке индуцируется ток. Величина индуцированного тока зависит от трех факторов: силы магнитного поля, длины катушки и скорости, с которой катушка движется внутри поля.

На самом деле, не имеет значения, вращается ли катушка внутри магнитного поля или магнитное поле вращается вокруг катушки. Важным фактором является то, что провод и магнитное поле находятся в движении по отношению друг к другу.Как правило, большинство генераторов постоянного тока имеют стационарное магнитное поле и вращающуюся катушку, в то время как большинство генераторов переменного тока имеют стационарную катушку и вращающееся магнитное поле.

В электрическом генераторе упомянутый выше измеритель тока может быть заменен каким-либо электрическим устройством. Например, в автомобиле электрический ток от генератора используется для управления фарами, автомобильным радиоприемником и другими электрическими системами автомобиля

. Концы катушки присоединены не к гальванометру, а к токосъемным или токосъемным кольцам.Каждое контактное кольцо, в свою очередь, прикреплено к щетке, через которую электрический ток передается от контактного кольца во внешнюю цепь.

Когда металлическая катушка проходит через магнитное поле в генераторе, вырабатываемая электрическая мощность постоянно меняется. Сначала генерируемый электрический ток движется в одном направлении (т.е. слева направо). Затем, когда катушка достигает положения, в котором она параллельна магнитным силовым линиям, ток вообще не возникает. Позже, когда катушка продолжает вращаться, она пересекает магнитные силовые линии в противоположном направлении, и генерируемый электрический ток течет в противоположном направлении (например, справа налево).

Таким образом, вращающаяся катушка в фиксированном магнитном поле описанного здесь типа будет производить переменный ток, который течет в одном направлении в течение определенного момента времени, а затем в противоположном направлении в следующий момент времени. Скорость, с которой ток переключается туда и обратно, называется его частотой. Ток, используемый для большинства бытовых устройств, например, составляет 60 герц (60 циклов в секунду).

Эффективность генератора можно повысить, заменив описанную выше проволочную катушку якорем.Якорь состоит из цилиндрического железного сердечника, вокруг которого намотан длинный кусок проволоки. Чем длиннее кусок провода, тем больший электрический ток может генерировать якорь.

Одним из наиболее важных практических применений генераторов является производство большого количества электроэнергии для промышленного и бытового использования. Двумя наиболее распространенными первичными двигателями, используемыми в генераторах переменного тока, являются вода и пар. Оба этих первичных двигателя способны приводить в движение генераторы с очень высокими скоростями вращения, при которых они работают наиболее эффективно, обычно не менее 1500 оборотов в минуту.

Гидроэлектроэнергия (энергия, обеспечиваемая проточной водой, как в крупных реках) является особенно привлекательным источником энергии, поскольку ее производство ничего не стоит. Однако у него есть недостаток, заключающийся в том, что необходимо построить довольно прочные надстройки, чтобы использовать механическую энергию движущейся воды и использовать ее для привода генератора.

Промежуточным устройством, необходимым для производства гидроэлектроэнергии, является турбина. Турбина состоит из большого центрального вала, на котором установлены веерообразные лопасти.Когда движущаяся вода ударяется о лопасти, она

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Переменный ток — Электрический ток, который течет сначала в одном направлении, затем в другом; сокращенно АС.

Арматура — Часть генератора, состоящая из железного сердечника, вокруг которого намотана проволока.

Коллектор —Разрезное кольцо, которое служит для изменения направления электрического тока в генераторе.

Постоянный ток (DC) — Электрический ток, который всегда течет в одном направлении.

Первичный двигатель — Источник энергии, приводящий в действие генератор.

Токосъемное кольцо — Устройство в генераторе, обеспечивающее соединение между якорем и внешней цепью.

заставляет центральный вал вращаться. Если центральный вал затем прикрепить к очень большому магниту, он заставляет магнит вращаться вокруг центрального якоря, вырабатывая электричество, которое затем можно передавать для промышленных и жилых нужд.

Электростанции также обычно работают на паровой энергии.На таких установках для кипячения воды используется сжигание угля, нефти или природного газа или энергия, полученная от ядерного реактора. Полученный таким образом пар затем используется для привода турбины, которая, в свою очередь, приводит в движение генератор.

Генератор переменного тока можно модифицировать для производства электроэнергии постоянного тока. Для изменения требуется коммутатор. Коллектор — это просто токосъемное кольцо, разрезанное пополам, причем обе половинки изолированы друг от друга. Щетки, прикрепленные к каждой половине коммутатора, расположены так, что в момент изменения направления тока в катушке они скользят с одной половины коммутатора на другую.Таким образом, ток, протекающий во внешней цепи, всегда течет в одном и том же направлении.

См. также Электромагнитное поле; Электрический ток; электроснабжение; Эффект Фарадея.

КНИГИ

Маколей, Дэвид и Нил Ардли. Как все работает . Бостон: Компания Houghton Mifflin, 2004.

Гросс, Чарльз А. Электрические машины. Нью-Йорк: CRC, 2006.

Дэвид Э. Ньютон

Почему мой вечный двигатель не работает?

Дональд Э.Симанек.

Машина на этой иллюстрации является результатом идеи
шотландского астронома 18-го века Джеймса Фергюсона,
, призванной показать, почему вечный двигатель не может работать.

У меня нет доски объявлений в Интернете. Но многие люди связываются со мной по электронной почте. Вот подборка вопросов, которые люди задавали за последние 15 или более лет, и несколько достаточно коротких ответов.

Является ли машина сверхединицы такой же, как вечный двигатель?

Эти термины используются по-разному и иногда небрежно.Буквально «вечный двигатель» означает «движение вечно». Одна из проблем с вечным двигателем заключается в том, что его проверка займет целую вечность. Серьезно, если устройство продолжает свое движение в течение очень долгого времени без какого-либо измеримого уменьшения его движения, мы должны были бы сказать, что оно неотличимо от устройства вечного движения. Другая проблема с таким гипотетическим устройством заключается в том, что оно имеет ровно столько энергии, сколько вы отдали ему изначально, поэтому, как только вы извлечете из него какую-либо энергию или работу, его движение уменьшится и вскоре прекратится.Так что это не было бы полезно как ничего, кроме увлекательного любопытства. Если бы космический корабль без двигателя двигался в космосе, и ничто другое не могло бы повлиять на его движение, вероятно, он мог бы вечно двигаться по прямой линии, не замедляясь. И если бы во Вселенной не было ничего другого, что воздействовало бы на нее, не было бы никого, кто мог бы ее наблюдать, и не было бы никакого ориентира, по которому можно было бы измерить ее движение. Но вселенная наполнена вещами, и все постоянно взаимодействует с другими вещами. Даже планеты, движущиеся вокруг Солнца, постепенно теряют механическую энергию из-за диссипативных приливных сил.Кажется, что атомы существуют неопределенно долгое время, если их не тревожить, но мы не можем на самом деле сказать (или измерить), движется ли что-либо внутри атома .

Фундаментальные законы физики не запрещают вечный двигатель. Но свойства физических объектов сговариваются, чтобы предотвратить это. Трение и другие диссипативные процессы преобразуют упорядоченное движение в беспорядочное, мешая нашим усилиям по достижению идеальной (100%) энергоэффективности машин.

Изобретатели мало заинтересованы в простом создании вечного двигателя.Они хотят сверхединичная производительность — неограниченный выход энергии бесплатно.

«Сверхединица» означает эффективность использования энергии больше единицы. Предположим, вы могли бы сделать устройство с КПД 200%. Он производит в два раза больше энергии, чем потребляет. Тогда вы можете взять половину выходной энергии и использовать ее в качестве входной энергии для устройства, и поддерживать его в рабочем состоянии вечно. Это был бы вечный двигатель, который также вырабатывал бы полезную энергию.

Блок-схема энергии гипотетической сверхединичной машины.Секретное сверхединичное устройство (OU) увеличивает энергию по какому-то неизвестному физическому принципу. Часть энергии передается обратно на вход, часть тратится в виде тепловой энергии, а некоторый результат как полезную работу.

Вот почему «сверхединица» и «вечный двигатель» часто используются как синонимы. Если вы можете достичь сверхединства, вы также достигли вечного движения, но не наоборот.

Разве это не опасно?

Обратная связь.

Предположим, вы построили такую ​​машину с КПД 200%. Верните половину своего выхода на его вход, и тогда ему не понадобится другой источник входной мощности. Возьмите его оставшийся выход и подайте его в другое такое же устройство, и тогда вы получите удвоенный первоначальный выход. Соедините их последовательно, и вы получите неограниченную выходную мощность бесплатно, за исключением стоимости изготовления машин. За скромные инвестиции в оборудование вы могли бы привести землю в действие. Или уничтожить его.

Но, еще проще, просто подайте все этого выхода на вход.Теперь машина вышла из-под контроля, случай положительной обратной связи привел к нестабильности. Выходная мощность могла удерживаться от бесконечного значения только из-за внутренних ограничений мощности машины или систем безопасности, ограничивающих мощность, которые мы встроить в него. Даже если сверхединица скромная, скажем, эффективность 110%, вы все равно можете получить неограниченную выходную мощность, просто для ее наращивания потребуется немного больше времени. Не пытайтесь повторить это дома!

Вечный двигатель был бы безопаснее, потому что он не увеличивает энергию.

Пьер Ришар (инженер, Париж), 1858,
Британский патент № 1870.
Обратите внимание на фрикционный тормоз с левой стороны.
Диркс (1861), с. 482.
Вы могли заметить, что еще никто не достиг этого или даже приблизился к этому. Меня не беспокоит этот сценарий судного дня. Я заметил, что несколько раз в последние годы некоторые люди заявляли, что заявляли, что достигли КПД своих машин примерно на 135%.Я сильно подозреваю, что они не знают, как правильно измерить эффективность.

В старой литературе иногда встречаются конструкции вечных двигателей, в которых изобретатель включил фрикционный тормоз или регулятор скорости, предположительно для защиты от таких катастроф. А может быть, они надеялись, что нагрузка на выходе удержит машину от разрушения. Но в недавних заявлениях о предположительно более сложных устройствах изобретатели, похоже, полностью проигнорировали возможность нестабильности из-за производительности, превышающей единицу.И все же мы не слышали, чтобы какое-либо из их устройств потерпело крах. Любопытно, не так ли? Но с другой стороны, мы также не слышали о каких-либо подтвержденных сообщениях об их замечательных устройствах, непрерывно производящих полезную работу. Хм…

Читатель может заметить сходство этого с древней математической басней о пшенице и шахматной доске. Одно пшеничное зерно кладется на первую клетку доски, 2 — на вторую, 4 — на третью; каждый раз удваивая предыдущую сумму. Когда все 64 клетки заполнены пшеницей, на доске остается 18 446 744 073 709 551 615 зерен.После 64 проходов через наше сверхединичное устройство с эффективностью 200% и обратной связью по энергии энергия умножается на столько.

Если бы это можно было контролировать, разве это не было бы полностью экологически чистым?

Не обязательно. Все машины тратят энергию впустую из-за различных диссипативных сил. Примерами являются трение и вязкость. Эти процессы преобразуют механическую энергию в тепловую, и это «нагревает» машину и ее окружение. Это отдельная проблема, и никто не знает, как полностью устранить диссипативные процессы.Таким образом, эти замечательные машины сверхединства, распространяющиеся по всему миру, все равно будут способствовать глобальному потеплению.

Это обнажает распространенное заблуждение. В мире реальных машин считается, что низкая эффективность связана только с трением. Просто уменьшите трение до нуля, и все, что у нас будет, это вечный двигатель с КПД, равным единице. Но уменьшение трения и других диссипативных процессов до нуля не приведет к эффективности больше единицы, то есть к производительности, превышающей единицу.Для этого вам нужно найти способ «умножить» энергию или создать энергию. Если бы это было возможным, часть вновь созданной энергии могла бы быть полезной, но часть все равно преобразовывалась бы в тепловую энергию из-за трения.

Что означает «замкнуть петлю»?

Это означает то, что человек, использующий его, хочет, чтобы это означало. Серьезно, в кругах избыточного единства это обычно означает подачу выходной энергии машины обратно на ее вход, чтобы поддерживать движение машины без какого-либо другого источника энергии.Предположим, у изобретателя есть машина с входом и выходом, но он утверждает, что выход больше, чем вход, скажем, энергоэффективность 150%. Скептики предполагают, что он неправильно измеряет или вычисляет энергии, но измерения сложны и тонки, поэтому нужен более простой тест. Почему бы просто не передать выходную энергию или ее часть обратно на вход, чтобы заменить то, что раньше давало входную энергию? Тогда, если устройство все еще работает без внешнего источника энергии и без уменьшения его выходной мощности, это будет убедительным доказательством того, что оно действительно производило или создавало энергию само по себе.Конечно, этого еще никому не удавалось, и изобретатели часто отказываются даже пытаться. Они предлагают такие оправдания, как «выходная энергия находится в форме, несовместимой с входной». Это хромает, ибо мы знаем много способов преобразования форм накопления энергии, потенциальной, кинетической, электрической, магнитной, ядерной, тепловой и т.д. и т.п. из одной в другую и обратно. В таких случаях мы подозреваем, что упрямый изобретатель что-то скрывает, возможно, скрытый источник энергии, являющийся частью мошенничества.

Пример: Двигатель используется для привода генератора, а электрическая мощность генератора возвращается (замыкая контур) для питания двигателя.Звучит абсурдно, не так ли? Это. Даже если бы двигатель и генератор были на 100% эффективнее, это не сработало бы.

Как рассчитать или измерить эффективность моего устройства?

Во-первых, уточните, о какой эффективности вы говорите. Механический КПД — это отношение (полезная работа)/(входящая энергия), причем эти два показателя измеряются одновременно в течение одного и того же интервала времени. В некоторых случаях, когда выход стабилен, проще одновременно измерить (полезную выходную мощность)/(входную мощность).Эффективность — это 90 404, а не 90 405, отношение 90 367 сил 90 368 наружу и внутрь. «Полезная» работа — это та работа, которая позволяет перемещать предметы, применяя к ним силу. При этом лучший способ — измерить выходную и входную энергии. Выходную энергию можно измерить несколькими способами: (1) использовать выходную энергию для подъема груза на измеренное расстояние, (2) использовать выходную энергию для нагрева резистора/термопары и измерения изменения ее температуры, (3) нагревать раскаленную лампу накаливания. лампочку с выходной мощностью устройства до тех пор, пока ее яркость не совпадет с яркостью идентичной лампочки, питаемой постоянным током, измерьте постоянный ток и потенциал на лампочке, питаемой постоянным током, и используя P = IV для расчета мощности.Подобные методы могут использоваться для одновременного измерения подводимой энергии. Эти методы помогают избежать осложнений из-за несинусоидальных сигналов, импульсов и т. д. Но для неосторожных все же есть подводные камни, некоторые из которых я рассматриваю в своем документе «Тестирование вечных двигателей».

Энергоэффективность моего устройства составляет 95 %, когда на него подается входная мощность, но без нее оно останавливается. Если я увеличу эффективность еще немного, скажем, всего на 10%, не будет ли она иметь эффективность 105%, то есть сверхединичную производительность? Затем он мог работать без входной мощности, замыкая контур.Это не должно быть сложно.

Вам нужно больше узнать о том, как правильно использовать проценты, а также о том, как математика может быть неправильно применена к реальному миру. В вашем вопросе есть большое «если». Эффективность 1 — это предел, которого вы никогда не достигнете.

Легкие предметы поднимаются в жидкости, выталкивающая сила преодолевает гравитацию. Можем ли мы постоянно использовать эту выталкивающую силу для выполнения полезной работы?

Я вижу много предложений с легкими шариками, поднимающимися в столбе жидкости. Предметы легче (менее плотные), чем жидкость, если их поместить на дно сосуда с жидкостью, поднимутся наверх.Они делают это против силы гравитации. Наивному наблюдателю кажется, что они черпают энергию из жидкости или из гравитации. Они не делают ни одну из этих вещей. Энергия, которую они получают, когда они поднимаются наверх, исходит из работы, проделанной, когда они были первоначально опущены на дно, работая против давления жидкости.

Некоторые изобретатели пытаются использовать энергию плавучих шаров, позволяя им падать с верхней части резервуара с жидкостью по какому-то пандусу на дно, извлекая из них энергию, когда они падают.Затем шарики погружаются обратно в воду через какой-то хитрый механический клапан на дне резервуара. К сожалению, работа, необходимая для того, чтобы протолкнуть шарик через этот клапан, работая против разницы давлений между жидкостью и воздухом, как раз равна энергии, которую он получил бы, поднимаясь на поверхность жидкости. В этом процессе нет прироста энергии, только энергия теряется из-за вязкого сопротивления.

Простые механизмы могут умножить силу. Они также могут умножать расстояние, на котором действует сила.Разве мы не можем просто комбинировать или реконфигурировать их, чтобы одновременно умножать и силу, и расстояние, и, следовательно, умножать работу?

Простые машины, известные грекам в 3 веке до нашей эры. Это типичное изложение из современного учебника элементарной физики. IMA — это «идеальное механическое преимущество», то есть механическое преимущество (отношение выходной мощности к входной силе) в случае полного отсутствия трения.

Первые инженеры сделали больше, чем просто открыли эти машины.Они также проанализировали их, чтобы выяснить, как они работают. В процессе они узнали, что произведение силы и расстояния никогда не может быть увеличено ни в одном из этих механизмов или в любой их комбинации. Работа есть произведение силы и расстояния. Work out = Work in — Потери энергии из-за диссипативных процессов. Некоторые изобретатели вечных двигателей еще не осознали этот природный факт.

Для моего устройства потребуются магниты и магнитные экраны. Где я могу купить подходящие магнитные экраны?

Реклама магнитного корсета
.

Магнитные экраны полезны для защиты магнитной составляющей электромагнитного излучения от чувствительных электронных схем. Они не так эффективны для постоянных или медленно меняющихся магнитных полей. Магнитные экраны работают, перенаправляя линии магнитного поля так, что они в основном находятся вдали от областей, где они нам не нужны. Они делают это, перенаправляя линии магнитного поля через экранирующий материал, а не где-то еще. Следовательно, магнитный материал по-прежнему испытывает силы со стороны магнитов, и третий закон Ньютона по-прежнему действует.Магнитный экран и постоянный магнит сильно притягиваются друг к другу. Таким образом, при анализе устройства с магнитными экранами необходимо учитывать все силы, действующие на экраны, и силы, действующие на другие части устройства. Изобретатели обычно полностью пренебрегают даже учетом сил, действующих на щиты, и работы, совершаемой этими силами. Для быстро меняющихся полей переменного тока средняя сила, действующая на экран, может быть почти нулевой, но значительная механическая энергия все же теряется при нагреве экрана.В то время как составляющая электрического поля излучения переменного тока может быть почти полностью экранирована от конечного объема цельнометаллическим корпусом вокруг этого объема (действующим как клетка Фарадея), магнитная составляющая никогда не может быть полностью экранирована.

Никель-неодимовый магнит сверху
лист мю-металла с магнитным экраном
легко поддерживает
ненамагниченные железные предметы
на нижней стороне.

Коммерческие экранирующие материалы представляют собой ферромагнитные сплавы.Они не могут создавать или устранять магнитные поля, а только перенаправлять их. Вы не можете «заблокировать» притяжение двух магнитов, поместив между ними такой экран. Затем магниты будут притягиваться к экрану, испытывая силы почти в том же направлении, что и раньше.

Если вы поместите сильный магнит рядом с одной стороной магнитного экрана (например, из мю-металла), область на другой стороне экрана не будет свободной от поля. Фактически, объект из черного металла на «экранированной» стороне все равно будет притягиваться к экрану.Примечание для экспериментатора: производители экранирующих материалов не советуют размещать сильные магниты в контакте с магнитным экраном, так как это может вызвать остаточный постоянный магнетизм в экране. Я помещаю нейлоновую шайбу толщиной 2 мм между магнитом и экраном.

Когда изобретатель использует магнитные экраны в предложении сверхединичного устройства, он воображает вид экрана, которого не существует. Он предполагает наличие «волшебного щита», нарушающего фундаментальные законы физики.Но большинство предложений, которые я видел, все равно не сработали бы, даже если бы магические щиты действительно работали так, как надеялся изобретатель.

По крайней мере, одна компания, продающая магнитные экраны, предупреждает покупателей, что эти экраны в первую очередь полезны для радиочастотного экранирования. Компания, должно быть, получила немало запросов от изобретателей вечных двигателей. Я могу только представить себе письма с вопросом: «Какой из ваших многочисленных магнитных экранирующих материалов лучше всего подходит для использования в вечном двигателе?»

Антигравитационный щит
, вплетенный в ковер.

Неопытный изобретатель воображает, что магнитные экраны действуют на линии статического магнитного поля так же, как непрозрачный объект «блокирует» (поглощает) свет. Они не делают. Только для высокочастотного электромагнитного излучения происходит нечто подобное.

Прежде чем кто-нибудь спросит, гравитационного щита не существует. А магнитные лейкопластыри не облегчают боли при ревматизме, не могут увеличить расход бензина, если их надеть на топливопровод, а также не ионизировать и не обезвредить воду, если их надеть на водопроводные трубы.Не все эти магниты на холодильник делают еду в холодильнике более здоровой.

В моем устройстве используется инновационный метод поддержания постоянного дисбаланса массы, силы и крутящего момента. Но он по-прежнему упрямо сидит, не двигаясь, насмехаясь надо мной.

Много изобретательности было потрачено впустую, пытаясь спроектировать постоянно перебалансированные устройства — умные механизмы, которые перемещают массы с одной стороны оси на другую при вращении колеса. Идея состоит в том, чтобы постоянно удерживать большую массу на одной стороне оси.Это можно сделать, и если крутить такое колесо вручную, то с одной стороны всегда будет больше массы. Но колесо никогда не вращается постоянно само по себе. Почему? Работа, необходимая для перемещения масс с одной стороны на другую, всегда, по крайней мере, не меньше работы, которую эти массы совершают из-за дисбаланса. Такие устройства могут совершать свою часть оборота, а затем устанавливаться в положение равновесия и упорно оставаться там в состоянии покоя в совершенном равновесии, даже если они находятся в кажущемся неуравновешенном состоянии.При внимательном рассмотрении видно, что силы и крутящие моменты внутри конструкции устройства, благодаря третьему закону Ньютона, идеально уравновешены в равновесии силы и крутящего момента.

В любом колесном устройстве каждая масса должна пройти замкнутый путь. Работа, совершаемая на части пути при падении массы, равна работе, необходимой для ее подъема. Попытаться обойти этот факт природы так же бесполезно, как найти пешеходную дорожку туда и обратно, которая будет спускаться по склону в любом направлении.

Самое близкое к вечному двигателю — это простой маховик с подшипниками без трения. Он будет включаться сам по себе в течение очень долгого времени, но не будет производить полезной работы. Любые «улучшения», которые вы делаете в этом, какими бы изобретательными они ни были, используя шестерни, перемещение грузов, магниты, жидкости, квантовую механику и т. д., только снижают его производительность.

Магнитные вечные машины никогда не смогут работать, потому что магниты со временем изнашиваются.

Это не причина, по которой они не работают. Магниты могут терять свой магнетизм несколькими способами; Нагрейте их до очень высоких температур. Несколько раз ударьте по ним молотком. Размагнитить (размагнитить) их сильным электромагнитом переменного тока, уменьшив напряженность поля переменного тока до нуля. Но даже если бы вы могли создать действительно постоянный магнит, который никогда не теряет своего магнетизма, ни один механизм, использующий магниты, не будет двигаться постоянно.

Нельзя создать что-то из ничего.

Предположим, у вас есть надежный ящик. Положите туда одно яблоко и закройте крышку. Откройте крышку и найдите внутри два яблока. Предполагая, что нет обмана, вы знаете, что этого не может быть. Так почему вы думаете, что любая машина может потреблять определенное количество энергии и выдавать в два раза больше энергии? Энергия — это вещь, и вы не можете создать что-то из ничего.
Этот упрощенный аргумент распространен. Но энергия — это не «вещь». Это было осознано в 18 веке, когда физики обнаружили, что энергия не имеет массы.Это помогает нам понять изменение температуры тел, которые термически взаимодействуют. Для студентов-физиков сравните энтропию, которая не сохраняется. При взаимодействии тел их полная энтропия увеличивается. См.: Что такое энергия.

Могу ли я улучшить производительность моего сверхединичного колеса или ременного устройства, увеличив его?

Удлинение цепи
и добавление дополнительных грузов не помогут.

Больше не всегда лучше.Увеличение размера такого механизма может показаться хорошим способом увеличить «перебалансировку», которая, по вашему мнению, заставит его работать, но увеличение размера также увеличивает чистую нагрузку, которую необходимо перемещать, и/или расстояние, на которое его необходимо перемещать, и эти факторы находятся в прямой зависимости. Так что сэкономьте деньги и сделайте небольшую модель. Он выйдет из строя за гораздо меньшую стоимость, чем более крупный. Некоторые изобретатели даже построили колеса размером с карнавальное колесо обозрения. Они поворачиваются только тогда, когда дует ветер.

Некоторые модифицировали перебалансированное колесное устройство в ременное устройство, а затем предположили, что перебалансировку можно увеличить, удлинив ремень.Можно, но это также добавляет больше массы, которая должна подниматься на большее расстояние вверх по другой стороне ремня. Природа снова попала.

Мое колесо с движущимися массами не работает. Будет ли это работать, если я добавлю больше движущихся масс или утяжелю их?

Нет. На самом деле, вы можете протестировать свою идею с меньшими массами и меньшими затратами. См. предыдущий ответ.

В моем колесе много одинаковых движущихся частей, что обеспечивает постоянную дисбалансность. Я не могу позволить себе расходы на создание модели.

Во-первых, даже если вы достигаете постоянного перебалансирования во всех положениях колеса, это не инициирует и не поддерживает движение.Посмотрите на центр масс суммы всех этих частей. Если центр масс никогда не поднимается над осью колеса, это не стартер.

Во-вторых, рассмотрите возможность тестирования только одной из этих движущихся частей в более простой конструкции, возможно, с маятниковым механизмом. Это все равно не приведет к вечному двигателю, но вы можете изучить физику на практике.

Я смоделировал свою идею на компьютере, и она прекрасно работает. Но когда я его строю, чертова штука просто упрямо сидит в покое.

Я слышал эту историю много раз. Компьютерные симуляции хороши ровно настолько, насколько хороша информация, которая в них заложена. GIGO (мусор на входе, мусор на выходе). Итак, если симуляция показывает работающую машину, вы знаете, что дали программе неполную или неверную информацию. Но даже самая лучшая такая программа моделирования с идеальным вводом данных использует известные, надежные и хорошо проверенные законы физики, поэтому она не может давать результаты, нарушающие эти законы, не так ли? Все вечные двигатели и сверхединичные устройства должны нарушать законы физики.Так зачем изобретателям вообще заниматься такими компьютерными симуляциями?

Я не имею в виду анимированные картинки здесь. Они могут, конечно, изображать как возможные, так и невозможные ситуации. В Интернете есть много примеров таких анимаций невозможных устройств и ситуаций, сделанных для развлечения. Я говорю о профессиональных и дорогих программах, которые инженеры используют для прогнозирования поведения систем в реальном мире. В них используются стандартные законы физики и свойства материалов, и они неспособны (если они правильно сконфигурированы и снабжены достоверными и полными данными) предсказать что-либо, что могло бы нарушить эти законы.

Аналогичные предостережения относятся к людям, которые говорят: «Моя идея отлично работает на бумаге». Да и зрительные иллюзии невозможных объектов тоже прекрасно смотрятся на бумаге.

Слишком сложно понять.

Мой дизайн претерпел множество изменений и улучшений. Это сейчас так сложно, что я не понимаю, как это работает. Но я уверен, что это сработает. Можешь мне помочь?

Если вы этого не понимаете, как вы можете быть уверены, что это сработает? Нет, я не могу тебе помочь.Один мудрый коллега говорил: «Изобретатель вечного двигателя изобретает настолько сложное устройство, что не видит причин, по которым оно не работает. Поэтому он предполагает, что должно работать ».

Мое магнитное колесо не вращается. Стоит ли покупать более сильные магниты?

Сильные магниты можно приобрести за небольшие деньги, поэтому купите несколько, чтобы поэкспериментировать и узнать, как работает магнетизм. Однако будьте осторожны, поскольку некоторые из них достаточно сильны, чтобы поранить вас, если между ними защемится палец.И держите их подальше от рук маленьких детей, которые могут их проглотить. Вы скоро узнаете, что даже с более крупными магнитами ваше магнитное колесо не провернется ни разу само по себе.

Мое колесико не поворачивается само по себе ни разу. Поможет ли уменьшение трения?

Уменьшение трения не исправит неисправное устройство.
© Рэймонд Джеймс.

Трение никогда не бывает единственной причиной выхода из строя предполагаемого сверхединичного устройства.Даже если бы вы могли полностью устранить трение, это не сработало бы. Ищите настоящую причину его отказа. Вы можете быть уверены, что причина не в трении.

Точно так же вязкость никогда не была единственной причиной выхода из строя вечных двигателей и устройств сверхединичности, использующих жидкости. Предположим, что существует сверхединичная машина, свободная от трения, вязкости и всех других диссипативных процессов. Анализ всегда покажет, что он все равно не может работать, даже если его полностью идеализировать.

Работа большинства машин зависит от трения .Представьте себе мир без какого-либо трения. Вы не могли ходить, транспортные средства не могли двигаться, ремни скользили по шкивам, узлы развязывались, конструкции разрушались.

Удаление всех трений может быть даже не очень хорошей идеей.
Мультфильм © 1987, Джон Холден.

Глядя на книги и веб-сайты, я прихожу к выводу, что все простые идеи вечного двигателя были испробованы, и все потерпели неудачу. Можно ли изменить, улучшить или объединить некоторые из этих идей, чтобы добиться успеха?

Дизайнерские колпаки не улучшают характеристики квадратных колес.

Это тоже пробовали. Любое умное усовершенствование или хитроумная механическая уловка увеличивает механическую сложность устройства и снижает его производительность. Самое близкое к постоянно вращающемуся колесу — это простой маховик с подшипниками без трения. Любые «улучшения», которые вы добавите, остановят его раньше.

Я хочу получать энергию из природных источников. Что было бы лучшим источником, гравитация или магнетизм? Ни один.Это не источники энергии. Это естественные силы, важные для работы многих машин, но ни одна работающая циклическая машина никогда не извлекала энергию из гравитации, плавучести или магнетизма. Вся техника человечества ни на йоту не уменьшила силу гравитационного поля Земли. Если вам нужны источники энергии от природы, попробуйте что-то движущееся, например ветер, приливы или падающую воду. Или что-то, что можно сжечь, например, уголь или нефть. Или что-то, что естественным образом меняет температуру (за счет энергии солнца).Или что-то, что на самом деле испускает энергетические частицы, например, солнце или радиоактивные руды.

Но кто-то возражает. «Когда я спускаюсь по заснеженному горному склону, я получаю кинетическую энергию. Разве это не гравитация?

Когда мы говорим о вечном двигателе, мы имеем дело с циклическими машинами, устройствами, которые бесконечно завершают замкнутый цикл работы. Когда вы отправляетесь на горнолыжный курорт, потенциальная энергия, которую вы имеете на вершине лыжной трассы, исходит от работы, которую вы проделали, поднимаясь в гору, поднимаясь на автомобиле или поднимаясь на лыжном подъемнике.Наверху у вас есть потенциальная энергия по отношению к низу. Эта потенциальная энергия дает вам кинетическую энергию, когда вы спускаетесь со склона. Гравитация не была источником этой энергии; это был посредник.

Но разве гравитационные поля не могут быть неограниченным источником энергии? Все наши механизмы работают в гравитационном поле, и некоторые из них зависят от него.

Силовые поля — это математический способ описания того, что произойдет, когда объекты будут помещены в поле и будут двигаться в этом поле.Они представляют собой концептуальное математическое удобство и не являются источниками энергии. Никто никогда не извлекал энергию из гравитационного поля. Гравитационное поле Земли действует вниз к центру Земли. Всегда вниз. Вы никогда не увидите, как камень поднимается вверх из состояния покоя сам по себе. Циклическое движение тела в этом поле может иметь увеличение и уменьшение кинетической и потенциальной энергии, но чистое изменение энергии за один цикл всегда равно нулю.

Кто-то может привести водяные колеса.Разве это не циклическое движение, зависящее от гравитации? Водяные колеса цикличны, но они являются лишь частью более крупного процесса, который не является замкнутым циклическим процессом и не извлекает энергию из гравитации. Энергия исходит от воды, текущей с большей высоты на более низкую. Затем вода стекает по ручьям в озера или океаны, где лучистая энергия солнца испаряет часть ее, а атмосферная циркуляция (также управляемая солнцем) перемещает ее в другое место и сбрасывает в виде дождя. Часть этого дождя падает на возвышенности, образуя потоки, приводящие в движение водяные колеса и так далее.Это циклический процесс, но не замкнутый. Он требует поступления энергии от солнца. А гравитация, хотя и необходимая для этого процесса, не является источником энергии. Энергия исходила от солнца.

Тот факт, что гравитация не ослабляется всеми нашими механизмами, космическими спутниками и т. д., должен говорить вам, что все эти процессы не крадут энергию гравитации. Теперь некоторые вещи могут украсть немного энергии у вращающейся земли (это должны быть довольно масштабные события), немного замедляя ее.Но это происходит не из-за земного притяжения и не уменьшает силу земного притяжения. Гравитационная сила Земли строго зависит от массы Земли.

Гравитация всегда направлена ​​к центру Земли. Мы можем получить энергию от ветра с помощью ветряных мельниц. Можем ли мы сделать гравитационную ветряную мельницу для извлечения энергии, направляемой на землю?

Это очень старое и ошибочное представление, восходящее как минимум к 17   веку.Как я сказал выше, гравитационное поле — это математическая модель, а не что-то материальное, и силовые линии, указывающие на землю, не представляют собой «поток» чего-либо. Ошибка здесь заключается в использовании ложной аналогии между гравитацией и ветром. Сегодня я знаю людей, которые все еще думают, что гравитационный ветряк возможен, но я не буду называть имен.

Но разве магниты не обладают неограниченным запасом энергии? Магнит на холодильник всегда будет держаться на стенке холодильника, постоянно прилагая силу против гравитации, чтобы не упасть.Так разве он не способен на неограниченную работу?

Я полагаю, что гвоздь, вбитый в стену, также выполняет неограниченную работу, поддерживая висящий на ней рамы картины? Я слышал пример «магнита на холодильник» от многих людей на протяжении многих лет и нахожу невероятным, что они могут так уверенно делать это абсурдное утверждение, даже не задумываясь об очевидных контрпримерах.

Сила и работа — разные вещи. Работа требует движения. Сила, которая не производит движения, не работает и не потребляет энергии.

Некоторые магнитные двигатели и магнитные двигатели имеют постоянно движущиеся магниты. Разве они не могут извлекать энергию, хранящуюся в магнитах?

Постоянные магниты используются в двигателях и генераторах по всему миру, и ни одна из этих машин никогда не извлекает энергию из своих магнитов. Магниты просто облегчают преобразование механической энергии в электрическую или наоборот. После многих лет эксплуатации постоянные магниты в этих устройствах все еще сохраняют свои первоначальные магнитные свойства.

Энергия, запасенная в магните, зависит только от процесса производства магнита. Это небольшая сумма. При обычном использовании внутренняя запасенная энергия магнита не используется или вообще не уменьшается. Однако нагрев или удары по магниту могут разрушить его внутренние выравнивания доменов и, следовательно, его магнитный эффект.

Кроме того, если бы магнит действительно «содержал» такое огромное количество энергии, то для его изготовления требовалось бы по крайней мере столько же энергии, а магниты были бы в 90 367 раз дороже в 90 368 раз.

Неважно, но интересно рассмотреть, сколько энергии хранится в маленьком магните для экспериментатора. Эту информацию не так просто найти в сети. Я был поражен тем, насколько он мал, и попросил Рика Ходли провести независимый расчет, который совпал с моим.

Рик рассматривал магнит Алнико-5, в виде стержневого магнита размером 6 х 1 х, объемом около 2,5×10 -5 кубических метров. Энергия, хранящаяся в магнитном стержне Alnico-5 такого размера, равна 1.2 Джоуля. [Если бы вы использовали более сильный магнит, скажем, стержень магнита NdFeB, он мог бы накопить около 14,7 Дж.]

Цитирую Рика:

1,2 Вт за 1 секунду = 1,2 Дж = 1200 Вт за 1 мс. Типичный фен потребляет 1200 Вт во время работы. Если бы существовал простой способ извлечь энергию из постоянного магнита со 100% эффективностью, он мог бы запустить фен на 1 мс. Это вся энергия магнита, 1,2 Джоуля.

Однако если бы у вас был магнит NdFeB аналогичного размера, он мог бы работать с тем же феном почти 13 мс! Ничего себе, один волос может высохнуть!

Спасибо Рику Ходли, The Magnet Man, [email protected]ком для расчетов.

Так что всем, кто полагает, что они могут «извлекать» значительное количество энергии из магнитов для решения энергетического кризиса, лучше переосмыслить этот вопрос.

Является ли центробежная сила хорошим источником энергии?

Центробежная сила — широко неправильно понимаемое понятие, часто плохо представленное в курсах физики. «Центробежный» означает «убегающий наружу». Это не какая-то экзотическая сила, встречающаяся в природе. Это не что иное, как удобное математическое понятие, используемое физиками и инженерами при анализе вращающихся систем с использованием неинерционных вращающихся систем координат в качестве эталона для измерений.Силы никогда не бывают источниками энергии. Силы возникают, когда тела взаимодействуют, и, если происходит движение любого тела, это взаимодействие может привести к тому, что одно тело потеряет энергию, а другое получит равное количество энергии. Никакая энергия никогда не создается из силы.

Технически центробежная сила, сила Кориолиса и сила Эйлера называются «фиктивными» силами, возникающими при анализе системы в неинерциальной системе отсчета. Все физические результаты такие же, как если бы система анализировалась в инерциальной системе отсчета, где эти фиктивные силы отсутствуют.Таким образом, фиктивные силы никогда не могут быть «причиной» какого-либо физического эффекта.

Я видел много анализов, показывающих, что вечные колеса не работают. Когда они проводят анализ сил и крутящих моментов, они рассматривают колесо в состоянии покоя, показывая, что оно находится в равновесии в любом положении. Но если мы дадим ему толчок и приведем его в движение, сможет ли он продолжать движение, не уменьшаясь? Разве мы не должны анализировать его в движении?

Статический анализ вечных колес обычно показывает, что система находится в равновесии только в определенных положениях.Если колесо имеет N-кратную симметрию, то между ними имеется N положений устойчивого статического равновесия и N положений неустойчивого статического равновесия. Приведенный в движение, он может некоторое время двигаться слегка рывками, пока трение не затормозит его до остановки в одном из положений устойчивого равновесия — тех самых положениях, которые мы нашли при статическом анализе.

Можно провести динамический анализ, но он более длинный и сложный — слишком сложный, чтобы обсуждать его здесь. Но приходит к такому же выводу.Колесо не будет демонстрировать постоянное неуменьшающееся движение, если только оно не вращается так быстро, что действует как простой маховик.

Как насчет преобразования импульса в энергию?

Импульс и энергия — два разных понятия, и они не могут быть преобразованы друг в друга. Они имеют разные физические размеры и единицы измерения. Математически импульс — это вектор, а энергия — это скаляр. Энергия сохраняется в каждой закрытой системе, которую мы когда-либо изучали, и энергия не создается и не уничтожается.В таких системах также сохраняется импульс, и два закона сохранения представляют собой независимые факты о природе. В ранней истории физики, когда они еще не были поняты, было много споров о том, какой способ описания движения является «лучшим» или «правильным». Этот спор был разрешен в 17 веке, когда мы поняли, что обе концепции необходимы для полного описания того, как работают механические вещи и как взаимодействуют тела. Многие физические задачи просто невозможно решить, используя только одно, но не другое из этих понятий.Оба понятия должны использоваться одновременно.

Можем ли мы преобразовать угловой момент в линейный или наоборот?

Некоторые пытались преобразовать вращательный момент в линейный. Дин Драйв был одним из таких примеров. Норманн Дин был очарован феноменом прерывистого трения, которого он не понимал. Его устройство, если бы оно действительно работало по заявленному им принципу, нарушило бы не только закон сохранения энергии, но и закон сохранения импульса. Другие все еще надеются создать такое устройство, нарушающее третий закон (иногда называемое «безреактивным двигателем»).Но большинство изобретателей полностью игнорируют импульс всех видов, потому что они просто ничего о нем не знают. Они могут даже не осознавать, что закон сохранения импульса столь же твердо установлен в физике, как и закон сохранения энергии, который они обычно презирают.

Кинетическая энергия вращения — это обычная кинетическая энергия, поскольку кинетическая энергия является скалярной величиной и не зависит от направления движения тела или от того, является ли путь движущегося тела прямым или кривым.Так что об этом больше нечего сказать.

Энергия, угловой момент и линейный импульс — разные звери. У них разные законы сохранения, разные размерности и единицы измерения, и они не могут быть преобразованы друг в друга.

В своем анализе предложений по вечным двигателям вы никогда не включаете в расчеты центростремительные и центробежные силы. Возможно ли, что если бы вы включили их, вы могли бы показать, что идея действительно может работать?

Я никогда не видел предложения о вечном двигателе, в котором необходимо было бы иметь дело с центростремительными или центробежными силами в анализе, чтобы убедительно показать, почему устройство не будет работать.Обычно есть более простые способы. Я также никогда не видел предложения, в котором изобретатель утверждал, что его идея зависит от них. Но будьте уверены, что если вы проведете полный анализ силы и крутящего момента устройства, результат будет таким же: устройство не будет работать. Провести такой объемный анализ было бы равносильно «использованию кувалды, чтобы расколоть грецкий орех».

Центростремительная сила — это просто радиальная составляющая реальных сил, действующих на тело. Центробежная сила – это «фиктивная» сила, необходимая при анализе системы в неинерциальной системе координат.Фиктивные силы никогда не являются причиной физического эффекта. См. мой предыдущий комментарий о фиктивных силах.

Я никогда не видел анализа, включающего центробежную силу. Движение создает центробежную силу, поэтому, если мы толкнем колесо, возможно, центробежные силы его подвижных частей смогут поддерживать постоянное движение колеса.

Многие думают о центробежной силе как о каком-то «новом» виде силы, возникающей из-за вращения. Это распространенная ошибка. Центробежная сила технически называется «фиктивной» силой, потому что это не «реальная» сила, существующая в природе, а математический трюк, упрощающий вычисления при решении задачи во вращающихся системах координат.Выбор системы координат не меняет физику.

Я хотел бы построить прототип, но у меня мало денег и нет механического цеха.

Почти все устройства, которые мне описывают, можно построить из легкодоступных материалов с помощью простых инструментов. Определите функцию вашего устройства, которая, по вашему мнению, будет работать. Изолируйте это и создайте прототип, чтобы протестировать его. Предположим, ваше устройство представляет собой колесо. Большинство таких устройств с вечным колесом можно протестировать в модифицированной форме маятника, который легко построить из деталей Erector или Meccano.Любопытно, что очень мало предложений о вечных двигателях имеют форму маятников. Видеть Примеры создания вечных двигателей.

Если вы достаточно умны, чтобы изобрести такое оригинальное устройство, вы должны быть достаточно умны, чтобы построить недорогой прототип, который убедительно показал бы, работает ли он так, как вы ожидаете.

Имейте в виду, что некоторые люди становятся настолько одержимы идеей, что не видят ничего остального. Они тратят деньги и время на поиски, которые приводят только к провалу.Это особенно верно, если они предпочитают работать изолированно и никогда не прислушиваются к разумной и обоснованной критике своих идей.

Я сделал колесо с аккуратно расположенными магнитами, и оно постоянно вращается, когда я держу рядом с ним другой магнит в нужном положении. Но когда я зажимаю тот же магнит в том же положении, так что мне не нужно удерживать его неподвижно, он не работает. Почему?

Потому что, когда вы держите магнит на месте, вы поставляете энергию, выполняя физическую работу с магнитом, который держите.Типичные колеса с магнитами имеют равномерно расположенные магниты, и когда колесо вращается, они не оказывают постоянной силы на магнит, который вы держите. Вы действительно не можете удерживать магнит устойчиво, но постоянно совершаете небольшие движения, чтобы попытаться удержать его устойчивым к переменному притяжению и отталкиванию от магнитов на колесе. Работа, которую вы совершаете против этих сил, поддерживает вращение колеса. Это не психическая энергия или что-то в этом роде. Это процесс отсроченной обратной связи между мозгом и мышцами, который иногда называют идеомоторным эффектом.Когда вы подносите магнит к колесу, оно начинает вращаться, и это меняет положение магнитов колеса и силы, которые они действуют на магнит, который вы держите. Вы чувствуете движение, которое вызывает эта сила, и пытаетесь компенсировать его, чтобы удерживать магнит в том же положении. Но есть небольшая задержка в вашей мышечной реакции. Сила магнитов, их расстояние вокруг колеса, скорость вращения колеса, масса и сила магнита, который вы держите, а также время задержки вашей нервной системы и мышечной реакции — все это определяет период малых колебаний. вы сообщаете магниту, и если все это в порядке, вы можете поддерживать вращение колеса.Мы часто видим такие демонстрации на YouTube, и некоторые люди действительно думают, что находятся на грани создания вечного колеса. Еще немного усовершенствования… См.: Магнитный двигатель Говарда Джонсона. Также выполните поиск в Интернете для мотора Минато.

Это часто сравнивают с переворачиванием или опрокидыванием стола, о которых сообщалось во время сеансов в период расцвета спиритуализма. Доверчивые люди сидели вокруг стола в затемненной комнате, нажимая пальцами на маленький столик. Им было приказано попытаться предотвратить движение стола.Иногда стол двигался, часто энергично. (Часто с небольшой помощью спиритуалиста-медиума, который также сидел за этим столом.) Чувствуя легкое движение, сидящие пытались предотвратить движение, но из-за задержки в своих ответах они просто вызывали периодическое раскачивание стола. .

Маятниковое гадание. Струна удерживается пальцами при расслабленной руке. Одна (из многих) диаграмм для использования с маятниковым предсказанием.

Это сравнивают с древней игрой «гадания на маятнике», когда кольцо на пальце (или мистический кулон) держат на веревке, подвешенной к пальцу. Предположительно, он отвечает на вопросы своим способом качания. Но есть разница. В магнитных двигателях и токарных столах решающую роль играет время реакции нервной и мышечной системы. В гаданиях с маятником человек, держащий маятник, может подсознательно (или сознательно) контролировать характер движения, производимого очень легким движением пальца.Маятник имеет несколько режимов движения, почти с одинаковой собственной частотой. Если его опора не является жесткой, он может медленно переключаться из одного режима в другой. Кроме того, видя небольшое отклонение в сторону изменения режима, человек, держащий струну, может тонко поощрять или препятствовать этому, чтобы заставить кольцо «ответить» в любом желаемом направлении. См. также Доска для спиритических сеансов .

Модель блесны Hamel.

Аккуратная версия этого обмана с вечным двигателем использует большой стальной шарикоподшипник с размещенным на нем кольцевым магнитом, все это опирается на очень гладкий стол.Другой магнит удерживается выше, заставляя шариковый подшипник двигаться так, что кольцевой магнит оказывается ближе к вершине. Шариковый подшипник может начать вращаться медленно, а затем ускоряться, пока вы пытаетесь удерживать магнит над ним в оптимальном положении. Чтобы это работало, сила магнитов, вес шарикоподшипника и сила и вес кольцевого магнита должны быть сбалансированы. При вращении узел шарикоподшипника/магнита находится в шатком равновесии, и даже небольшой наклон изменит его точку контакта со столом. Итак, устройство представляет собой тонкий магнит-гироскоп.Мошенники с вечными двигателями использовали это в публичных демонстрациях «принципа» своих двигателей. Все это работает лучше всего, если естественный период вращения физической системы совпадает с естественным периодом вращения руки, держащей магнит. Иногда это называют «параметрическим возбуждением вручную».

Я видел это под названием Hamel Spinner. Чтобы увидеть изображение этой игрушки, см. Прядильное устройство Дэвида Хэмела. Не беспокойтесь о размерах деталей, главное, чтобы они были пропорциональны схеме.Когда я впервые построил его, я использовал относительно слабый 1,25-дюймовый керамический кольцевой магнит на 2-дюймовом стальном шаре и очень сильный магнит сверху, который должен быть достаточно сильным, чтобы поднять и удерживать узел шарик-магнит в вертикальном положении, но не настолько сильным, чтобы он поднимает его со стола. Это сработало хорошо. Но однажды я был неосторожен, и шарик рванул к магниту, сломав кольцевой магнит. Верхний магнит не обязательно должен быть кольцевым магнитом.

Родни Брайан провел несколько экспериментов с этим устройством. Смотрите его видео и обзор.Он весьма убедительно показывает, что (а) устройство не является сверхединичным, (б) его приводит в движение энергия рук, (в) стальной шарик можно заменить стеклянным или пластиковым и, наконец, (г) магниты не т необходимо. Ключом к поведению игрушки является (1) круглый шар, утяжеленный сверху, вращающийся вокруг слегка наклоненной оси вращения, и (2) немного несовпадающее по фазе движение руки, обеспечивающее энергию для поддержания движения игрушки.

Нажмите здесь, чтобы увидеть этот эффект в действии мотор Минато.Посмотрите, как руки Минато «работают». Есть простой тест, чтобы увидеть, что происходит. Вместо того, чтобы держать магнит в руке, закрепите его на твердой опоре. Затем колесо, однажды запущенное, будет долго вращаться (как маховик), но в конце концов замедлится до полной остановки. В сети много видео таких устройств.

Я признаю, что законы физики в учебниках проверены, действительны и правильны. Но мы не знаем всего. Может быть, есть другие законы, которые мы еще не открыли, которые не противоречили бы другим законам, но допускали бы вечный двигатель или сверхединичную производительность.Мы могли бы «обойти» существующие законы.

Правда, мы не знаем всего о том, как устроена природа. Но само существование работающей сверхединичной машины, работающей без подвода энергии , нарушило бы существующие законы — почти все из них. Если колесо постоянно вращается с неизменной скоростью, оно должно откуда-то получать энергию. Возможно, он получает энергию из какого-то еще не обнаруженного источника. Если бы это было так, машина действовала бы как детектор этого источника энергии, и тогда мы могли бы изучать эти новые явления природы.

Разве машина не может извлекать энергию из гравитационного поля? Это обильно и бесплатно.

Физики используют математическую модель «поля», чтобы помочь описать ситуации, когда тела действуют друг на друга на расстоянии. Это не говорит о том, что поле есть что-то существующее в природе. Многим, в том числе некоторым ученым, трудно осознать тот факт, что тела могут проявлять силы на расстоянии, когда между ними нет материального «материала». В 19 веке они даже постулировали такое «вещество» в виде светоносного эфира, который якобы заполнил все пространство и обеспечил среду для таких воздействий, как гравитация, и среду для «волн света».Были придуманы хитрые эксперименты по обнаружению эфира, и все они ничего не нашли. После появления теории относительности Эйнштейна примерно в 1910 году эфир выпал из физики. Теория относительности разрешила проблемы, которые, казалось, поддерживали эфир. Теперь эфир был не нужен.

Ученые должны были извлечь из этого урок. Но некоторые теперь думают о полях так же, как они думали об эфире. Они говорят об «энергии поля», как если бы само поле содержало энергию.Ну, это так, в математической модели. Но это не означает, что когда тело в гравитационном поле получает энергию от гравитационных сил, оно получает эту энергию «из поля». Энергия исходит от тела, создающего это поле, а не от чего-то «в пространстве». То же самое верно для электрических и магнитных полей.

Эту концепцию трудно объяснить, и многие учебники продвигают неправильные представления о ней.

Можем ли мы использовать гравитационные экраны вокруг частей машины, чтобы постоянно уменьшать вес на одной стороне для создания вечного движения?

Гравитационных щитов нет.Мы очень хорошо знаем математику полей, и она не допускает таких щитов. Эксперименты показывают, что когда массивная стена помещается между двумя массивными объектами, она только добавляется к уже существующим гравитационным полям путем простого сложения векторов. Если бы существовала такая вещь, как отрицательная масса, все могло бы быть по-другому. Но никакой отрицательной массы никогда не наблюдалось, и ни один эксперимент даже не предполагал, что такое может быть.

А электрические поля? Существуют как положительные, так и отрицательные заряды.Можем ли мы сделать экран электрического поля? Да, полностью закрывающая металлическая клетка Фарадея делает это. Заряды разделяются в металле из-за поля, эффективно создавая новое поле, которое может уменьшать силу части существующего поля, увеличивая при этом силу другой его части. (Нет изменения чистой энергии.) Это создает конечную область пространства, практически свободную от поля. Металлические объекты, помещенные в поле, изменяют это поле, но не изменяют общую энергию системы, за исключением работы, необходимой для того, чтобы вставить металл на место.Хотя это длинная история, это не допускает вечного движения устройств сверх единицы.

То же самое и с магнитными полями, хотя математика несколько иная.

Могут ли темная энергия и темная материя стать неограниченными источниками энергии?

Темная энергия и темная материя являются спекулятивными сущностями, для которых еще нет прямых экспериментальных доказательств. Это гипотезы, которые, по-видимому, объясняют определенные наблюдения о скорости расширения Вселенной.Существуют также конкурирующие гипотезы, которые не ссылаются на темную материю и темную энергию, поэтому вердикт об их «реальности» еще не вынесен. Популярные средства массовой информации любят рекламировать такие экзотические идеи спекулятивной теоретической физики. Даже учебники потворствуют интересу учащихся к научной фантастике, включая такие идеи в ряды устоявшейся и проверенной физики, без четкого разграничения спекуляций и устоявшейся науки. Даже если окажется, что такие гипотетические концепции имеют реальность, равную реальности обычной материи, никто не имеет ни малейшего представления о том, можно ли каким-либо образом «вытащить» или «преобразовать» энергию из них в формы энергии, способные совершать полезную работу. например, запуск машин, выработка электроэнергии и т. д.А если и смогут, то понятия не имею, как мы будем это делать. Так что, если какой-нибудь торгаш со свободной энергией или сверхединичным устройством заявляет, что его устройство действительно работает на темной материи, или темной энергии, или энергии нулевой точки, или «эфирной энергии», вы можете быть уверены, что он несет чепуху и чепуху — и повесьте на свой кошелек.

Предположим, что моя машина на самом деле производит больше энергии, чем потребляет. Может быть, она подключается к какому-то ранее неизвестному источнику энергии, невидимому вокруг нас, который мы раньше не обнаруживали?

Если это так, то ваша машина обнаружила бы этот источник энергии.Дайте мне знать, когда вы этого добьетесь. Возможно, я услышу об этом, когда вам присудят Нобелевскую премию. Но сначала проверьте свои измерения и расчеты независимо. Вы просто могли ошибиться.

Кажется, я понимаю, почему гравитационные колеса не работают. И магнитные колеса тоже. Но что, если я объединим гравитацию и магнетизм?

В этой игре любая умная комбинация любого количества неработоспособных систем также гарантированно неработоспособна. Это обобщение может быть примером другого обобщения: «Все обобщения ложны.Или мы могли бы сослаться на принцип, что «цепь не прочнее своего самого слабого звена». Два слабых звена хуже. Мы видим, что любая работающая машина представляет собой комбинацию частей, и каждая часть сама по себе не может выполнить то, части делают в комбинации Но каждая часть работает, в сочетании со всеми другими частями, чтобы машина работала

Помимо семантических парадоксов, идея объединения сил природы очень соблазнительна для изобретателей вечных двигателей. Разве это не то, что делают все успешные машины? И все попытки добиться таким путем вечного движения или сверхединства ржавеют на свалке истории.Суть в том, что законы сохранения массы, энергии и импульса применимы к любой комбинации материальных объектов. Это одно из обобщений, на которое можно положиться.

Я понимаю, что сверхединичная машина нарушила бы закон сохранения энергии. Но будет ли это также нарушать закон сохранения импульса?

Этот вопрос в значительной степени упускается из виду изобретателями вечных двигателей. Да, сверхединичная машина также обязательно нарушила бы закон сохранения импульса.А если он в виде вращающегося колеса, то он еще и нарушает закон сохранения углового момента. Конечно, это также нарушило бы все три закона Ньютона. Начисто подметаем основы классической физики! Все законы, которые так успешно легли в основу нашего индустриального общества, были бы признаны недействительными. В самом деле, следует задаться вопросом, какие законы могут остаться, которые применимы даже к вечному двигателю.

Когда вы включаете (или отпускаете) колесо сверхединицы, оно увеличивает свою скорость с нуля.По мере того, как он набирает скорость, он получает энергию вращения и угловой момент, и все это без какой-либо энергии или импульса, за исключением небольшого усилия, которое нужно нажать на выключатель. Если он управляет транспортным средством, он также увеличивает линейный импульс.

Интересное подмножество неработающих устройств включает те, которые предположительно работают, создавая импульс. Их называют «безреактивными двигателями», «безреактивными двигателями», «бестопливными двигателями» или «внутренними маршевыми двигателями». Гарри Булл (1932) привлек внимание средств массовой информации умной демонстрацией с маятником, двумя массами и пружиной.Он утверждал, что он перемещает центр масс без какой-либо внешней силы, действующей на систему. Норман Дин (1961) получил много внимания в журнале Popular Mechanics со своим «Dean Drive». Его ввело в заблуждение свойство трения «прилипать и скользить». Другие такие устройства включают инерциальную двигательную установку Роберта Л. Кука, патент США 4 238 968, и теоретическое предложение Джеймса Вудворда безреактивной двигательной установки, патент США 5 289 864 и Патент США 6 347 766. См. Dean Drive для описания первых двух из них.

Неудивительно, что все это оказалось неправильным толкованием экспериментов и извращением физики, чтобы оправдать эти неверные толкования. Во всех случаях устройства подчиняются классической физике, и ничего необычного не происходит.

Патентное ведомство не отказывает в патентовании вечных двигателей?

Я продолжаю слышать этот предполагаемый «факт», неоднократно подтверждаемый людьми, которые претендуют на то, чтобы быть осведомленными, не утруждая себя проверкой своих фактов.Это просто неправда. Каждый год патентные бюро по всему миру выдают патенты на неработоспособные и бесполезные устройства. Правда, большинство изобретателей избегают использования в своих патентах слов «вечный двигатель» или «сверхединица», но часто они говорят такие вещи, как «энергоэффективность 125%» или, мой любимый, «высокоэффективный неограниченный источник энергии». что составляет одно и то же. Патентные ведомства говорят, что патентоспособное устройство должно быть «новым или оригинальным» (ранее не запатентованным), а также «полезным», но, судя по выдаваемым ими патентам, они не соблюдают эту политику скрупулезно.Я даже видел патенты Европейского патентного ведомства, в которых даны списки патентов на «похожие устройства», а иногда даже ссылки на неработоспособные устройства, описанные в книге «Вечный двигатель, история одержимости» Орд-Юма. Патентные эксперты полностью осведомлены о том, что происходит, и им просто все равно.

Например, см. эту выборку патентов на нерабочие устройства. Некоторые устройства, такие как шестерня и рычаг, а также механизмы Архимеда (см. выше) не подлежат патентованию, потому что они очень старые и так долго использовались повсеместно.

Почему бы не применить простую логику. Вечный двигатель будет работать вечно. Машина с избыточным единством справилась бы лучше, вечно выбрасывая избыточную энергию. Это было бы бесконечное количество энергии за всю его жизнь. А во Вселенной нет ничего бесконечного, так что это невозможно.

Я в восторге от такой логики.

Каковы наиболее важные физические принципы, которые вечный двигатель или изобретатель сверхединицы должен знать, но часто не знает?

Несколько.
  1. Сила не действует на тело, если она не перемещает это тело в направлении действия силы. Работа над телом равна W = F•d , скалярному произведению векторов силы и смещения. Он имеет размер Fd cosθ , где θ — угол между силой и перемещением. Таким образом, сила, действующая перпендикулярно направлению движения тела, не действует на это тело.
  2. Законы Ньютона и как их использовать в реальных ситуациях.В частности, нужно уметь правильно заниматься векторной алгеброй, чтобы проводить анализ сил свободного тела в системах. Хороший курс элементарной физики охватывает этот материал, но многие студенты никогда не понимают его достаточно хорошо, чтобы использовать его должным образом.
  3. Если вы считаете, что вашей системой управляет какая-то сила или крутящий момент, внимательно изучите силы реакции и противодействующие крутящие моменты. Вы можете легко не заметить их в своем энтузиазме.
  4. Природа не терпит сверхединичных устройств. Все законы природы делают такие устройства невозможными.
  5. «Перебалансированные» колеса можно легко спроектировать так, чтобы они имели постоянный дисбаланс веса, силы или крутящего момента. Но они не инициируют и не поддерживают движение.
  6. Если механическая система движется по замкнутому циклу, а конечное и начальное состояния системы и всех ее компонентов неразличимы, то колесо не инициирует и не поддерживает движение. (Принцип Саймона Стевина.)
  7. Если центр масс колеса всегда находится ниже его оси вращения в любом возможном положении колеса во время цикла, то колесо не будет инициировать или поддерживать циклическое движение.
  8. Если колесо работает одинаково хорошо, когда его толкают в любом направлении, оно не будет инициировать или поддерживать непрерывное движение само по себе.

Если вечный двигатель и сверхединичные машины невозможны, почему так много людей на веб-форумах обсуждают способы их реализации?

Потому что они понятия не имеют, как это сделать. Если бы у них были какие-то полезные идеи, машины были бы уже построены и независимо испытаны, и не было бы нужды в дальнейших домыслах и пустых разговорах.Им следует прекратить разговоры и начать воплощать свои идеи в жизнь. Тогда они могли бы узнать кое-что о том, как устроена природа, а как нет.

Не будь таким негативным. Разве ничего не возможно, если вы достаточно умны?

Нет. Если вам нужен пример, попробуйте нарисовать круг, длина окружности которого всего в 3 раза больше его диаметра. Геометрия нашей вселенной делает многое невозможным, и все законы физики ограничены этой геометрией. Нельзя построить плоский треугольник с равными сторонами, но с неравными углами.Вы не можете спроектировать пешеходную дорожку в замкнутом цикле, который будет спускаться вниз по склону в любом направлении. У природы много невозможного. Открытые нами законы физики говорят нам, что природа может и чего не может делать.

Откуда вы можете быть настолько уверены, что законы сохранения и законы Ньютона нерушимы?

Хороший вопрос, который может лежать в основе философии и мотивации изобретателя вечного двигателя. Во-первых, давайте проясним, что любые законы, которые мы пишем о природе, не следует понимать как некую абсолютную истину, высеченную в камне.Все законы физики вытекают из наблюдений за тем, что делает природа и как она ведет себя при наблюдении с помощью наших лучших измерительных инструментов. В этой массе данных мы ищем регулярные и надежные закономерности, которые мы называем базовыми принципами и законами. Мы особенно дорожим обнаруженными нами принципами, применимыми к широкому кругу явлений и логически связанными с другими подобными принципами. Некоторые из них настолько надежны, что мы никогда не видели исключений из них, как бы искусно мы ни придумывали эксперименты для их проверки.Некоторые из них оказались одинаковыми здесь, на Земле, и в других местах во Вселенной, основываясь на свидетельствах, дошедших до нас издалека, насколько могут видеть наши телескопы. Мы часто называем эти законы «универсальными», имея в виду, что у нас нет доказательств каких-либо исключений из этих законов где-либо в наблюдаемой Вселенной.

Может быть, существуют ненаблюдаемые места, где такие законы не действуют? Мы не можем отрицать возможность. Но наука не имеет дело с ненаблюдаемыми понятиями, и особенно с воображаемыми понятиями, которые не имеют известной связи с чем-либо, что мы можем наблюдать.Это не означает, что мы отвергаем такие возможности, но что у нас нет возможности наблюдать их или их воображаемые эффекты, поэтому научное подтверждение (в настоящее время) бесполезно, а предположения о них — пустые мечтания.

По этой причине, если кто-то говорит нам, что где-то во Вселенной может быть место, где гравитация пропорциональна 1/r 3 , мы не бросаем все, что делаем, чтобы исследовать эту возможность. Сначала зададим несколько скептических вопросов:

  1. Какие экспериментальные данные подтверждают эту идею?
  2. Какие еще аргументы подтверждают это?
  3. Какой эксперимент можно провести, чтобы измерить его или его последствия?
  4. Как это математически соотносится с другими установленными и проверенными законами?
  5. Если бы эта идея была верна, то как нужно было бы изменить установленные законы, чтобы сохранить математическую непротиворечивость физики? Как мы могли это проверить?
Устоявшаяся физика «принимается», потому что она работает, и пока не найдено никаких исключений.Это не «вера», а «предварительное признание», основанное на неопровержимых доказательствах некоторых основополагающих закономерностей поведения природы. Было бы извращением отрицать этот факт. Должны ли мы искать доказательства, чтобы опровергнуть это? Ну, мы, конечно же, не должны закрывать глаза на такие доказательства, если они появятся, и, конечно же, не должны пытаться отрицать их или желать, чтобы они исчезли. Но просто в науке есть более продуктивные занятия, чем посвятить всю жизнь поиску чего-то, для чего нет ни малейшего доказательства, и нет указаний, где и как искать.Есть старый анекдот о философе, который безлунной ночью спускается в темный угольный ящик без света, чтобы найти черную кошку, которой там нет.

Несмотря на то, что ядро ​​физики является твердым, как скала, критики часто не могут отличить его от менее определенных областей понимания физики. Конечно, наша способность предсказывать погоду на следующей неделе оставляет желать лучшего. Это связано с тем, что погодные системы сложны, данные неоднородны и часто неполноценны, а также слишком много взаимодействующих переменных, с которыми приходится иметь дело.Но по мере того, как мы улучшаем наше понимание этих процессов, будет ли что-то из этого составлять «новую физику»? Нет. Основные физические законы останутся неизменными. Никакие достижения в прогнозировании погоды не коснутся законов Ньютона.

Вечные двигатели приводятся в действие рукоятками. — Д.Э.С.

Были достигнуты успехи, даже революции в физике, такие как теория атома, теория относительности и квантовая механика.И тем не менее, законы сохранения количества движения, углового момента и сохранения энергии по-прежнему действуют так же твердо, как и прежде.

Сама мысль о том, что кто-то проводит исследования для опровержения законов Ньютона, кажется абсурдной.

Этот пример может показаться тривиальным и очевидным. Можно привести и другие примеры: звездная эволюция, теория элементарных частиц, квантовая механика, медицина, нанотехнологии. Какие бы успехи ни были достигнуты в этих областях, классическая механика, которую мы видим в повседневной жизни, останется нетронутой.Всякий раз, когда изобретатель вечного двигателя представляет нам механическое устройство, мы знаем, что оно не будет нарушать законы классической физики, и если он заявляет, что его энергоэффективность составляет 200%, мы будем знать, что он допустил ошибку в измерениях или расчетах. Но если в этой машине есть «черный ящик», который якобы работает на «квантовых принципах», то разумнее будет протестировать его самостоятельно. Методы тестирования просты. См. Тестирование вечных двигателей. Если тест показывает, что его энергетическая эффективность меньше единицы, мы делаем вывод, что заявленные квантовые принципы или другие магические процессы, действующие в этом черном ящике, не делают ничего примечательного или полезного.

Если субатомные частицы и процессы творят странные вещи (квантовые странности) в малых масштабах и через небольшие промежутки времени, нельзя ли использовать их для создания устройств, которые делают подобные странные вещи на макроскопическом уровне, даже для нарушения макроскопических законов?

Это заманчивая мысль. Даже те, кто разбирается в этом, понятия не имеют, как это осуществить. На самом деле, чем больше мы узнаем об этом, тем больше кажется, что поведение квантовых странностей остается на квантовом уровне. Сам факт того, что мы можем проводить с ним эксперименты, свидетельствует о том, что квантовая механика действительно передает информацию макроскопическому миру (иначе мы бы не знали об этом).Но это не относится к таким машинам, как вечные двигатели, сверхединичные машины, гравитационные щиты, безреактивные двигатели, мгновенные переносчики материи, машины времени или дифракция бейсбольных мячей через две щели. Электроны и фотоны 90 337, а не 90 338 такие же, как бейсбольные мячи, и ведут себя по-разному, хотя мы слишком часто небрежно думаем о них, как если бы их поведение было аналогичным.

Вход и предложения приветствуются на адрес электронной почты, указанный здесь.При ответе на что-либо в этих веб- страниц укажите конкретный документ по теме, названию или имени файла.

    © Дональд Э. Симанек, февраль 2010 г., пересмотрено, март 2018 г., август 2020 г.

Вернитесь в Музей Нерабочих Устройств.
Вернитесь в главное меню.

Генератор переменного тока. Что происходит внутри электрического генератора? — Высшее — OCR 21C — GCSE Physics (Single Science) Revision — OCR 21st Century

Выход генератора переменного тока на графике

Выход генератора переменного тока может быть представлен на графике разность потенциалов-время, с разностью потенциалов на вертикальной оси и время по горизонтальной оси.

На графике показана переменная синусоида. Максимальную разность потенциалов или ток можно увеличить:

  • увеличив скорость вращения
  • увеличив силу магнитного поля
  • увеличив число витков катушки

На схеме показаны четыре различных положения катушки в генераторе переменного тока и создает соответствующую разность потенциалов.

График зависимости разности потенциалов генератора от времени

A — Катушка находится в положении 0°.Катушка движется параллельно направлению магнитного поля, поэтому разность потенциалов не индуцируется.

B — Катушка под углом 90°. Катушка движется под углом 90° к направлению магнитного поля, поэтому индуцированная разность потенциалов максимальна.

C — Катушка на 180°. Катушка движется параллельно направлению магнитного поля, поэтому разность потенциалов не индуцируется.

D — Катушка на 270°. Катушка движется под углом 90° к направлению магнитного поля, поэтому индуцированная разность потенциалов максимальна.Здесь индуцированная разность потенциалов находится в направлении, противоположном направлению, которое было в B.

A — Катушка находится на 360°, т.е. она вернулась в исходную точку, совершив полный оборот. Катушка движется параллельно направлению магнитного поля, поэтому разность потенциалов не индуцируется.

Как работает генератор переменного тока | Техник.Академия

Автомобильные аккумуляторы не могут удовлетворять потребности электрической системы в течение длительного периода времени.Работа генератора заключается в восстановлении питания аккумуляторной батареи. Генератор также необходим для подачи тока на электрические аксессуары при работающем двигателе.

Генераторы

используются в серийных автомобилях с 1960-х годов, когда они впервые появились в Plymouth Valiant. До этого использовались генераторы постоянного тока (DC). Как генераторы постоянного тока, так и генераторы переменного тока основаны на явлении, известном как электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция возникает, когда электричество создается при перемещении проводника через магнитное поле.Это также может произойти, когда магнитное поле проходит через проводник. Для создания электричества в генераторе постоянного тока проводник вращается, а поле удерживается. В генераторе переменного тока проводник неподвижен, а поле вращается.

Несмотря на то, что они почти одинаковы, генератор не мог вырабатывать ток, достаточный для питания ряда электрических аксессуаров на современных автомобилях. Из-за этого от него отказались в пользу генератора.

Ротор, статор и диоды

Появление полупроводников привело к созданию многих устройств, от домашнего компьютера до транзисторного радиоприемника.Генератор переменного тока является одним из таких устройств, в основе которого лежит полупроводник, называемый диодом. Диод позволяет току проходить только в одном направлении, а не в другом. Это преобразует напряжение переменного тока (AC) в напряжение постоянного тока (DC), которое может использовать автомобиль.

Генератор переменного тока предназначен для преобразования механической энергии в электрическую. Он приводится от коленчатого вала двигателя ремнем. Ремень вращает шкив, прикрепленный к валу ротора. Ротор представляет собой магнитный железный сердечник, намотанный на катушку из проволоки.Два конца катушки прикрепляются к медным контактным кольцам, которые затем прикрепляются к щеткам. Одна из щеток подключена к земле, а другая подключена к полевой клемме в регуляторе напряжения. Прядильный ремень вращает ротор, расположенный внутри статора. Поскольку ротор — это магнит, а статор — проводник, вращение ротора создает электричество в обмотках статора. Это индукция в действии.

Внутри статора находятся три витка провода, каждый из которых генерирует собственное напряжение переменного тока.Это напряжение должно быть преобразовано в постоянный ток, прежде чем его можно будет использовать для зарядки аккумулятора и питания электрических аксессуаров. Это работа диодов внутри выпрямительного моста. Как уже упоминалось, диоды — это твердотельные полупроводники, которые позволяют току проходить только в одном направлении. Диод блокирует выход отрицательного напряжения с каждой катушки статора, поэтому на транспортное средство поступает только положительное напряжение. Чтобы визуализировать это, подумайте о переменном напряжении, которое представляет собой синусоиду. После прохождения напряжения через выпрямленный мост синусоида разрезается пополам вдоль ее горизонтальной оси.

Регуляторы напряжения

Генераторам переменного тока требуется регулятор напряжения для управления выходной мощностью электроэнергии. Для выполнения этой задачи регулятор включает и выключает цепь управления ротором, уменьшая его магнитное поле. В результате напряжение, поступающее на статор, снижается, как и общая выходная мощность генератора. В старых генераторах переменного тока использовался внешний регулятор или регулятор, встроенный в генератор. Они могут быть как механическими, так и с электронным управлением.

На современных автомобилях за регулирование напряжения отвечает модуль управления силовым агрегатом (PCM). Нет необходимости в отдельном регуляторе. В большинстве случаев PCM контролирует напряжение аккумулятора, частоту вращения двигателя и температуру аккумулятора. Затем он подает импульс на катушку возбуждения генератора переменного тока для управления выходным сигналом.

Индикаторы заряда

Датчики и сигнальные лампы используются для предупреждения водителя о проблемах с системой зарядки. В старых автомобилях для этой цели используются амперметры, в то время как в современных автомобилях используются вольтметры или сигнальные лампы.Вольтметры подключаются параллельно системе зарядки и используются для измерения напряжения системы зарядки. Вольтметр представляет собой катушку с проводом, расположенную между двумя магнитами. По мере того, как ток от системы зарядки увеличивается, катушка провода перемещается, заставляя указатель перемещаться по манометру.

Вольтметры

известны своей неточностью, из-за чего большинство производителей перешли на сигнальные лампы. В большинстве случаев индикаторы предупреждения о заряде получают питание от замка зажигания. Они заземляются через регулятор напряжения.Когда зажигание включено, а двигатель не работает, индикатор имеет замкнутую цепь и загорается. При запуске двигателя напряжение увеличивается.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *