Принцип работы генератора переменного тока

Принцип работы генератора переменного и постоянного тока

Как известно, при прохождении тока через проводник (катушку) образуется магнитное поле. И, наоборот, при движении проводника вверх-вниз через линии магнитного поля возникает электродвижущая сила. Если движение проводника медленное, то соответственно возникающий электрический ток будет слабым. Значение тока прямо пропорционально напряженности магнитного поля, числу проводников, и соответственно скорости их движения.

Простейший генератор тока состоит из катушки, изготовленной в виде барабана, на которую намотана проволока. Катушка крепится на валу. Барабан с проволочной обмоткой еще называют якорем.

генератор тока

генератор тока

Для снятия тока с катушки, конец каждого провода припаивается к токособирающим щеткам. Эти щетки должны быть полностью изолированы друг от друга.

Генератор переменного тока

генератор переменного тока

генератор переменного тока

При вращении якоря вокруг своей оси происходит изменение электродвижущей силы. Когда виток поворачивается на девяносто градусов сила тока максимальная. При следующем повороте падает к значению нуля.

генератор переменного тока

генератор переменного тока

Полный оборот витка в генераторе тока создает период тока или, другими словами, переменный ток.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Для получения постоянного тока используется переключатель. Он представляет собой разрезанное кольцо на две части, каждая из которых присоединена к разным виткам якоря. При правильной установке половинок кольца и токособирающих щеток, за каждый период изменения силы тока в устройстве, во внешнюю среду будет поступать постоянный ток.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Крупный промышленный генератор тока имеет неподвижный якорь, именуемый статором. Внутри статора вращается ротор, создающий магнитное поле.

Обязательно прочитайте статьи про автомобильные генераторы:

  • «Ремонт автомобильного генератора: признаки неисправности«
  • «Ремонт автомобильного генератора: признаки неисправности«

В любом автомобиле есть генератор тока, работающий при движении машины для питания электрической энергией аккумулятора, систем зажигания, фар, радиоприемника и т.д. Обмотка возбуждения ротора является источником магнитного поля. Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился без потерь к обмотке статора, катушки помещают в специальные пазы стальной конструкции.

автомобильный генератор тока

автомобильный генератор тока

Таким образом, генератор тока является современным устройством, способный преобразовывать энергию механического движения в электрическую.

Генератор тока переменного

Хорошо известный генератор тока (старое название – «альтернатор») – это агрегат особой конструкции, обеспечивающий получение электрической энергии за счет механической работы, совершаемой при вращении вала. В качестве источника внешнего импульса могут использоваться любые бытовые приводные механизмы, включая традиционный дизель (смотрите расположенное ниже фото), гидравлический привод или ветряной двигатель.

Дизельный генератор

Все основные конструктивные решения генераторов тока переменного направления и величины используют при своей работе один и тот же принцип действия. Он заключается в преобразовании механической работы в электрическую энергию. Рассмотрим особенности превращения энергии вращения в электрическую ЭДС более подробно.

Принцип работы

Для того чтобы понять, как работает генератор переменного тока, сначала следует разобраться с тем, в чем состоит принцип действия преобразователя вращательного движения в электричество. В основе такой трансформации лежит эффект взаимодействия полей вращающегося ротора и неподвижного статора. За счет воздействия создаваемого подвижным ротором поля на неподвижную статорную катушку в ней наводится собственная э/м ЭДС, под воздействием которой в подключенной к выходу нагрузке начинает течь переменный ток.

Суть или общий принцип работы генератора переменного тока удобнее всего пояснить на примере взаимодействия обычной рамки из электропроводящего материала с полем постоянного магнита (рисунок, представляющий простую рамку с током, приводится ниже по тексту). Ее можно рассматривать в качестве простейшего генератора переменного тока.

Рамка в поле магнита

Отметим, что приведенная на этом рисунке схема может служить моделью генератора переменного тока. При вращении рамки с определенной скоростью внешний магнитный поток через ее площадь будет непрерывно меняться как по направлению, так и по величине. А это, согласно закону эм индукции Фарадея, вызовет появление в ней гармонически меняющейся ЭДС.

Если соорудить на валу рамки что-то вроде токосъемника, изготовленного в виде колец с отводами, такое приспособление позволит снимать с нее наведенное напряжение, под действием которого в активной нагрузке потечет ток синусоидальной формы.

Обратите внимание! Этот пример использования эффекта э/м индукции можно несколько видоизменить, вращая постоянный магнит внутри неподвижной проволоки с током.

В этом случае рамка будет напоминать статор, а вращающийся магнит – высокоскоростной ротор генератора тока. Получаемый в результате этого электромагнитный эффект будет в этом случае тем же самым.

Виды и конструкция генераторов

Типы генераторов

Классический индукционный генератор переменного тока по характеру взаимодействия своей подвижной части и неподвижной статорной катушки подразделяется на следующие типы: синхронный или асинхронный.

Дополнительная информация. Этим агрегаты для получения электрической энергии напоминают такие широко распространенные в электротехнике устройства, какими являются известные каждому электродвигатели.

Напомним всем интересующимся этим вопросом, что при их конструировании применяется абсолютно та же схема, что и при разработке генераторов напряжения. Отличие состоит лишь в том, что в случае с генератором задействована обратная последовательность преобразования (используется принцип обратимости).

И те, и другие электрические машины представлены механизмами синхронного и асинхронного типа, которые, в свою очередь, отличаются отсутствием или наличием такого характерного для всех электрических машин явления, как скольжение ротора.

Основное отличие по этому признаку проявляется в том, что при вращении ротора в асинхронной системе он немного отстает от индуцируемого в катушке магнитного поля (как бы «скользит» вдоль нее).

В отличие от рассмотренного случая, синхронный двигатель при своей работе не обнаруживает эффекта скольжения, что объясняется особенностями конструктивного исполнения. В равной мере это касается и его аналога, представляющего синхронный генератор.

Особенности конструкции

Для того чтобы разобраться с тем, из чего состоит генератор, достаточно внимательно изучить его устройство, представленное на приведенной ниже фотографии.

Конструкция типового генератора

Из размещенного выше рисунка видно, как устроен сам генератор, и что в его состав входят следующие узлы:

  • Корпус с передней и задней крышками и подшипниковой парой;
  • Статор и ротор электрогенератора;
  • Электронный регулятор с блоком выпрямительных диодов;
  • Набор контактных колец.

Основные части генератора (статор и ротор) монтируются в корпусе с обязательной их центровкой, исключающей возможность появления так называемых «биений».

Трехфазные генераторы

Во всех приведенных выше материалах рассматривался простейший однофазный генератор переменной ЭДС (точнее описывающая его работу модель). В реальной жизни в основном применяются генераторы трехфазного тока, характерным признаком которых является наличие в статоре трех отдельных обмоток, устанавливаемых с пространственным смещением на 120 градусов.

Применение такого способа их взаимного расположения приводит к определенному порядку чередования фаз. В этом случае при вращении ротора в обмотках катушек наводятся электрические сигналы, смещенные на те же 120 градусов, что соответствует стандарту трехфазного генератора.

Важно! Для подключения обмоток к внешней нагрузке, как правило, используется схема «звезда» (смотрите рисунок ниже).

Включение обмоток звездой и треугольником

В отдельных случаях, связанных с особенностями подключения потребителя, может применяться другая схема, известная как «треугольник». Независимо от выбранного способа включения обмоток, для передачи электроэнергии потребителю прокладываются три фазных провода и один нулевой.

Классический трехфазный генератор любого типа хорошо вписывается в системы энергообеспечения различных объектов с включенным в качестве нагрузки силовым электрооборудованием (как в электростанциях).

Автогенераторы

Устройство генератора переменного тока позволяет использовать его даже в тех случаях, когда к системе предъявляются достаточно жесткие требования. Так, он широко применяется в качестве автомобильного генератора, полная схема которого приводится на расположенном ниже рисунке.

Читайте также  Самые дорогие машины мира фото и цены

Схема автогенератора

Эти виды механизмов, как правило, содержат в своем составе следующие обязательные узлы:

  • Несущий корпус;
  • Обмотки статора и ротора;
  • Встроенный регулятор напряжения;
  • Модуль силовых (выпрямительных) диодов.

Устройство автомобильного генератора обеспечивает поддержание выходного напряжения, используемого для питания бортовой аппаратуры, на стабильном уровне. Его выпрямительный модуль гарантирует получение постоянного напряжения, поступающего не только для питания автомобильных приборов, но и для подзарядки аккумулятора.

Любой автогенератор начинает работать сразу же после запуска стартера и начала вращения вала двигателя. После срабатывания электронного реле-регулятора на него переключается вся сетевая нагрузка.

Таким образом, по своему устройству и принципу работы генераторы переменного тока для автомобиля, имеющие заданную электрическую мощность, во многом схожи с рассмотренными ранее преобразовательными устройствами. По техническим характеристикам и порядку обслуживания они ничем не отличаются от обычного индукционного генератора.

Единственным и очень важным их преимуществом, по сравнению с типовыми электрическими машинами, является возможность получения постоянного тока, выпрямляемого системой из нескольких диодов.

В заключительной части обзора следует сказать, что принцип работы генераторных устройств (взаимодействие эм полей) широко применяется в самых различных сферах промышленного производства. В соответствии с ним, работают большинство специальных измерительных устройств и многие другие полезные приборы. Так что Максвелл сделал поистине «царский» подарок человечеству, открыв своевременно эффект электромагнитной индукции.

Если бы в мире не было генераторов переменного тока, человечество вряд ли добилось тех технических успехов, которыми оно без оглядки пользуется в настоящее время.

Видео

Принцип работы генератора переменного тока

Электричество – вид энергии, который можно передавать на дальние расстояния, преобразовывать в механическую, тепловую энергию и трансформировать в световое излучение. Электроэнергию получают различными способами – химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим.

Наиболее распространенный способ получения электроэнергии – механический, с использованием генераторов. Именно таким образом получают практически всю электрическую энергию, используемую в бытовых и производственных целях.

Генераторы, иначе называемые «электростанциями», бывают синхронными и асинхронными, одно- и трехфазными. Рассмотрим подробнее устройство и работу трехфазного электрогенератора, который может работать параллельно с другими электрогенераторами или централизованной электрической сетью.

В конструкцию синхронных электрических генераторов входят три основные детали:

  • Ротор. Вращающийся элемент. Это биполярный электромагнит постоянного тока. Обмотка ротора соединяется с блоком управления через два щеточных узла.
  • Статор. Неподвижный элемент. Витки статорной обмотки равномерно расположены по окружности. В однофазных машинах присутствует одна обмотка, в трехфазных – три, которые соединяются по схемам «звезда», «треугольник» или со сдвигом друг относительно друга на 120°.
  • Блок управления.

Статор и ротор изготавливают из пластин электротехнических марок стали, которые хорошо проводят магнитный поток и плохо проводят электрические вихревые токи. Синхронные генераторы, имеющие явно полюсный ротор, используются для тихоходных машин, у которых скорость вращения не превышает 1000 оборотов в минуту, например установок с гидравлическими турбинами. Синхронные электрогенераторы с не явно полюсными роторами используются для механизмов, вращающихся с высокой скоростью – 1500-3000 об/минуту. Бывают двух- и четырехполюсными.

Принцип работы синхронного электрогенератора

Основные этапы:

  • При вращении ротора двигателем внутреннего сгорания начинается вращение поля электромагнита.
  • В результате вращения магнитного поля в статорной обмотке появляется переменное синусоидальное напряжение – одно- или трехфазное. Значение напряжения генерируемого тока зависит от скорости вращения ротора.
  • Изменение электрической нагрузки синхронного генератора меняет механическую нагрузку на валу двигателя внутреннего сгорания. В свою очередь, это изменяет скорость вращения ротора, а значит, изменения величины напряжения и частоты. Избежать таких изменений параметров генерируемого электротока позволяет блок управления, который автоматически регулирует электрические характеристики через обратную связь.

Трехфазный синхронный генератор может работать в режиме генератора или в режиме двигателя. В первом случае в СГ входящей является механическая энергия, а выходящей – электрическая. Во втором случае – входящей является электрическая энергия, а выходящей – механическая.

Разновидности синхронных генераторов

Конкретная область применения определяет, какой вид синхронного генератора купить.

Производители предлагают электрогенераторы:

  • Шаговые (импульсные). Применяются для приводов, работающих в режиме старт-стоп, или для устройств постоянного режима работы с импульсным сигналом управления.
  • Безредукторы. Используются в автономных системах.
  • Бесконтактные. Востребованы в качестве электростанций на речных и морских судах.
  • Гистерезисные. Предназначены для установки в счетчиках времени, инерционных электрических приводах, системах автоматизированного руководства.
  • Индукторные. Используются для оснащения электрических установок.

Области применения синхронных трехфазных генераторов переменного тока

Важная особенность синхронного генератора – возможность синхронизации с другими подобными электрическими машинами. Это свойство позволяет использовать эти машины в промышленной энергетике и при повышении нагрузок в час пик подключать резервные агрегаты.

Трехфазные генераторы применяют на:

  • тепловозах с выпрямлением переменного тока полупроводниковыми элементами и других транспортных системах;
  • мощных гидро-, тепловых электростанциях, атомных станциях, передвижных электростанциях;
  • гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей.

Синхронные трехфазные генераторы могут использоваться в качестве электромоторов с мощностью более 50 кВт. В этом режиме ротор соединяют с источником постоянного тока, а статор подключают к трехфазному кабелю.

В каких случаях необходимо купить и использовать синхронный генератор?

Синхронный генератор переменного тока выбирают в следующих случаях:

  • Если предъявляются высокие требования к постоянству параметров напряжения и частоты тока.
  • При высокой вероятности перегрузок в переходном режиме потребителей с реактивной мощностью.
  • При вероятности перегрузок в рабочем режиме, когда к генератору подключаются потребители как с активной, так и с реактивной мощностью.

Преимущества использования синхронных генераторов

Плюсы трехфазных синхронных генераторов:

  • Способность выдерживать перегрузы в электросети, превышающие в три раза номинальное значение, и короткие замыкания.
  • Более высокое качество генерируемой электроэнергии, по сравнению с асинхронными генераторами. Поэтому эти электрические машины используются для работы в комплексе с дорогостоящим оборудованием.
  • Наличие автоматических регуляторов напряжения, регулирующих выпрямителей, которые защищают оборудование от перегруза и коротких замыканий и способны отключать электроустановки в случае возникновения аварийных ситуаций.

Современные электрические генераторы изготавливаются в соответствии с требованиями мировых стандартов качества и безопасности.

Принцип работы генератора переменного тока

генератор переменного тока

Принцип работы генератора переменного тока напрямую зависит от его вида.

Устройство машины электрического типа

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

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

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

Для изготовления ротора используются сплошные железные листы, а установка статора и полюсных роторных наконечников осуществляется с минимальным зазором, необходимым для стабильной и достаточной магнитной индукции. Благодаря особой форме роторных наконечников удается получать токовые величины, близкие к синусоидальным показателям.

генератор переменного тока - конструкция

Устройство генератора переменного тока

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

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

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

Читайте также  Система управления качеством форда тейлора

Какое явление используется в работе генератора переменного тока?

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

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

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

генератор переменного тока

Простейший генератор переменного тока

Постоянная часть или основа устройства включает в себя магнит и проволочную обмотку с возникающей в условиях магнитного поля электродвижущей силой. Для получения мощного переменного тока потребуется использовать менее примитивную конструкцию генератора с достаточно сильным магнитным потоком.

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

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

автомобильный генератор

Генератор переменного тока (Автомобильный)

Особенностью двухполюсного или многополюсного статора или индуктора, является его статичность и использование для питания постоянных токовых величин. Отличие ротора, или якоря представлено активным вращением, что обусловлено наличием подшипников, а также продуцированием электродвижущей силы или переменных токовых величин. Такой элемент является стандартным внутренним сердечником, имеющим медную проволочную намотку.

Принцип работы генератора переменного тока

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

Асинхронные генераторы

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

S = (ω — ωr)/ ω

асинхронный двигатель

Двигатель асинхронный трехфазный

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

Синхронные генераторы

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

ω = 60 × F / Р,

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

синхронные генераторы

Системы возбуждения синхронных генераторов

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

Автомобильные электротехнические машины

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

генератор авто

Устройство автомобильного генератора

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

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

Особенности функционирования

Такая сила проявляется под воздействием изменений интенсивности магнитных полей.

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

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

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

Трехфазный генератор – принцип работы и его устройство

Трехфазный генератор

Генераторы

Тот, кто незнаком с генераторами, объясняем, что это агрегат, в котором из одного вида энергии получается другая. А, точнее, из механической электрическая. При этом эти приборы могут генерировать как ток постоянный, так и ток переменный. До середины двадцатого века использовались в основном генераторы постоянного тока. Это были аппараты больших размеров, которые работали не очень хорошо. Появление на рынке диодов полупроводникового типа позволило изобрести трехфазный генератор переменного тока. Именно диоды позволяют выпрямить переменный ток.

Трехфазный генератор

Принцип работы

В основе работы трехфазного генератора лежит закон Фарадея – закон электромагнитной индукции, который гласит, что электродвижущая сила будет обязательно индуцироваться во вращающейся прямоугольной рамке, которая установлена между двумя магнитами. При этом делается оговорка, что магниты будут создавать вращающееся магнитное поле. Направление вращения и рамки, и магнитного поля обязательно совпадают. Но электродвижущая сила будет возникать и в том случае, если рамка останется неподвижной, а внутри нее вращать магнит.

Чтобы разобраться, как работает генератор, обратите внимание на рисунок ниже. Это простейшая схема его работы.

Принцип действия генератора тока

Здесь хорошо видны магниты с разными полюсами, рамка, вал и токосъемные кольца, с помощью которых производится отвод тока.

Конечно, это просто схема, хотя лабораторные генераторы так и создавались. На практике же обычные магниты заменяют электромагнитами. Последние – это медная обмотка или катушки индуктивности. Когда по ним проходит электрический ток, образуется необходимое магнитное поле. Такие генераторы установлены во всех автомобилях (это для примера), чтобы их запустить, под капотом устанавливается аккумулятор, то есть, источник постоянного тока. Некоторые модели генераторов запускаются по принципу самовозбуждения или при помощи маломощных генераторов.

Схемa генерaторa переменного токa

Схемa генерaторa переменного токa

Разновидности

В основе классификации заложен принцип действия, поэтому эти агрегаты переменного тока делятся на два класса:

  • Асинхронные. Это самые надежные в работе, небольших размеров и веса, простых по конструкции генераторы. Они прекрасно справляются с перегрузками и коротким замыканием. Правда, необходимо учитывать, что данный вид сразу же выходит из строя, если на него будет действовать большая перегрузка. К примеру, пусковой ток электрооборудования. Поэтому стоит учитывать этот факт, для чего придется приобретать генератор мощностью большей раза в три или четыре, чем потребляемая мощность оборудования при запуске.
  • Синхронные. А вот этот вид легко справляется с краткосрочными нагрузками. Такой генератор может выдержать перегруз раз в пять или шесть. Правда, высокой надежностью он не отличается по сравнению с асинхронным вариантов, к тому же он является обладателем больших размеров и массы.

Конечно, в данном разделении лежит принцип работы агрегата. Но есть и другие критерии.

Отличие генераторов тока

  • Однофазный.
  • Двухфазный.
  • Трехфазный.
  • Многофазный (обычно шесть фаз).
  • Сварочный.
  • Линейный.
  • Индукционный.
  • Стационарный.
  • Переносной.

Устройство трехфазного генератора

В принципе, устройство трехфазного генератора переменного тока достаточно простое. Это корпус с двумя крышками с противоположных сторон. В каждой из них проделаны отверстия для вентиляции. В крышках устроены ниши под подшипники, в которых вращается вал. На передний конец вала устанавливается передаточный элемент. К примеру, на автомобильном генераторе установлен шкив, с помощью которого вращение передается от двигателя внутреннего сгорания на генератор. На противоположном конце вала производится передача электрического тока, ведь вал в этом случае выступает как электромагнит с одной обмоткой.

Передача производится через графитовые щетки и токосъемные кольца (они из меди). Щетки соединены с электрорегулятором (по сути, это обычное реле), который регулирует подачу напряжение 12 вольт с требуемыми отклонениями. Самое важное, что реле не повышает и не понижает напряжение в зависимости от скорости вращения самого вала.

Читайте также  Ремонт электрочайника в домашних условиях

Устройство генератора

Так вот если говорить о трехфазных генераторах переменного тока, то это три вот таких однофазных. Только трехфазный агрегат имеет обмотку не на роторе (валу), а в статоре. И таких обмоток три, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе. Вал, как и в первой конструкции, выполняет функции электромагнита, который питается через контакты скользящего типа постоянным током.

Вращение вала создает в обмотках магнитное поле. Электродвижущая сила начинает индуцироваться, когда происходит пересечение магнитного поля обмоток с ротором. А так как обмотки располагаются на статоре симметрично, то есть, через каждые 120º, то соответственно и электродвижущая сила будет иметь одинаковое амплитудное значение.

Принцип действия генераторов переменного тока

Упрощенная схема устройства автомобильного генератора пере­менного тока с клювообразным ротором представлена на рисунке 1. Ге­нератор имеет следующие основные конструктивные элементы: непод­вижный статор 1, набранный из пластин электротехнической стали; обмотку статора 2; вращающийся ротор с клювообразными полюсами 9 и расположенную между ними втулку 15; обмотку возбуждения 8, вы­воды которой припаяны к двум изолированным от вала и друг от друга медным контактным кольцам 13; крышку со стороны привода 3 и крыш­ку со стороны контактных колец 10, выполненные из алюминиевого сплава, в которых установлены шарикоподшипники 5 и 11 с двусто­ронним резиновым уплотнителем и одноразовой закладкой смазки на весь срок службы. Крышки имеют вентиляционные отверстия и кре­пежные лапы для крепления генератора на двигателе.

В крышке со стороны контактных колец установлен пластмассовый щеткодержатель 14 с двум я прямоугольными медно-графитовыми щет­ками 12 и выпрямительный блок 7. При помощи крыльчатки 6 создает­ся протяжная вентиляция для охлаждения генератора. Привод гене­ратора осуществляется при помощи шкива 4.

Принцип действия генератора заключается в следующем. При вклю­чении замка зажигания на обмотку возбуждения подается напряже­ние аккумуляторной батареи, которое вызывает появление тока воз­буждения. Ток возбуждения, проходя по обмотке возбуждения, создает магнитный поток, рабочая часть которого распределяется по клювооб­разным полюсам одной полярности. Выходя из полюсов, магнитный по­ток пересекает воздушный зазор, проходит по зубцам и спинке статора, еще раз пересекает воздушный зазор, входит в клювообразные полюса другой полярности и замыкается через втулку и вал.

Рисунок 1 Автомобильный генератор переменного тока

При вращении ротора под каждым зубцом статора проходит попе­ременно то южный (S), то северный (N) полюс ротора, т. е. магнитный поток, пересекающий обмотку статора, изменяется по величине и на­правлению (рис. 2).

Рисунок 2 Изменение магнитного потока в генераторе переменного тока

При этом в обмотках фазы будет индуцировать­ся переменная по величине и направлению ЭДС, действующее значение которой равно:

где f − частота; w − число витков обмотки одной фазы; Ф − магнитный поток; − обмоточный коэффициент.

Частота ЭДС равна:

р — число пар полюсов: п — частота вращения.

Значение обмоточного коэффициента зависит от числа пазов стато­ра q, приходящихся на полюс и фазу:

где z – число пазов, m – число фаз.

В фазных обмотках статора генератора индуцируется ЭДС вида:

где — постоянный коэффициент.

У всех автомобильных генераторов отечественного производства и, за редким исключением, генераторов зарубежных фирм шесть пар полюсов, при этом ча­стота переменного тока в обмотке статора, выраженная в Гц, меньше частоты вращения ротора генератора, измеряемой в мин -1 , в 10 раз.

С учетом передаточного числа ременной передачи i от двигателя к генерато­ру, частота переменного тока, выраженная через частоту вращения коленчато­го вала двигателя nдв определяется соотношением:

Характер изменения ЭДС в проводниках обмотки статора зависит от кривой распределения магнитной индукции в зазоре, которая опре­деляется формой полюса. Форму полюса делают такой, чтобы форма ЭДС приближалась к синусоиде.

По частоте переменного тока генератора можно измерять ча­стоту вращения коленчатого вала двигателя, что и используется в реальных схемах подключением тахометра или любого другого устройства, реагирующего на частоту вращения коленчатого вала, к выводу обмотки статора.

Обмотка статора как отечественных, так и зарубежных генераторов — трех­фазная. Она состоит из трех обмоток фаз, которые иногда называют просто фазами, токи и напряжения в которых смещены на 120 электрических градусов.

Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения действуют между выводами обмоток фаз, а токи протекают в этих обмотках, линейные напряже­ния действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямите­лем. В этих проводах протекают линейные токи. Естественно, выпрямитель вы­прямляет те величины, которые к нему подводятся, т.е. линейные.

При соединении в «треугольник» фазные токи в раза меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды».

Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соеди­нение типа «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейное напряжение у «звезды» в раз больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны, и для получения такого же выходного напряжения при тех же частотах враще­ния ротора «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

В автомобильных генераторах наибольшее применение нашли трех­фазные мостовые двухполупериодные схемы выпрямления и обмотки генератора соединены «звездой» (рис. 3). В этих схе­мах наиболее благоприятное соотношение между выпрямленной мощ­ностью Рdи мощностью генератора Р(теоретически Р =1,045 Рd). Трехфазная мостовая схема выпрямления обеспечивает относительно небольшие пульсации выпрямленного напряжения, что является од­ним из важных требований к автомобильным генераторам в связи с ши­роким применением электроники на автомобиле.

Рисунок 4 Мостовая трехфазная схема выпрямления:

а− электрическая схема; б осциллограммы фазных и выпрямленного напряжений

К выпрямителю подается линейное напряжение генератора. Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

Часто обмотки возбуждения генератора подключаются к собственному выпрямителю.

Для соединения фазных обмоток по схеме «звезда» справедливы следующие соотношения:

Выпрямленное напряжение пульсирует с частотой fn, в 6 раз большей частоты переменного напряжения генератора:

Минимальное значение выпрямленного напряжения равно , а максимальное . Пульсация выпрямленного напряжения при соединении обмоток генератора по схеме «звезда»:

Среднее значение выпрямленного напряжения (период пульсации Т/6):

Следовательно, пульсация выпрямленного напряжения:

Например, при среднем значении выпрямленного напряжения 14 В пульсация равна 1,95 В. При этом максимальное значение выпрямленного напряжения равно 14,65 В, а минимальное – 12,7 В. Можно, например, определить, какова была амплитуда фазного напряжения генератора, если необходимо получить среднее значении выпрямленного напряжения 14 В:

Ток при подключении к выпрямителю активной нагрузки:

где Rн – сопротивление нагрузки.

Форма выпрямленного тока имеет такой же вид, как и выпрямленного напряжения, т.е. выпрямленный ток будет пульсирующим с амплитудой:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: