Генератор переменного тока устройство и принцип действия: Генератор переменного тока, устройство и принцип работы

Генератор тока. Устройство и прицип действия генератора.


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

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел

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


Демонстрация рассматриваемого прибора в разрезе

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

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

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


Демонстрация прибора с помощью простого магнита и контура

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

Вам это будет интересно Электрические схемы

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

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


Использование графика для демонстрации переменного и постоянного электротоков

Типы генераторов

Одна из классификаций генераторов основана на источнике, из которого поступает энергия. Ток в результате работы внутренних компонентов тоже выделяется разный, что помогает выделить и другие группы. У каждой разновидности свои особенности, положительные и отрицательные стороны.

Бензиновый

В большинстве своём мощность таких устройств не превышает 20 кВт. Сфера использования приборов достаточно широкая:

  • Загородные дома.
  • Дачи.
  • Питание ручных электроинструментов.
  • Небольшие станки, и так далее.


Модели
Освещение придомовой территории, торговых площадей, автомобильных стоянок — работы, выполнение которых для таких видов генераторов электрического тока не представляет хлопот.

Интересно! АИ-92 — марка бензина, которая стандартно выступает в качестве источника топлива для большинства моделей. 76 и 95 — разновидности топлива, которые тоже разрешают использовать, но кратковременно.

Бензиновые генераторы для переменного тока бывают мобильными, либо стационарными. Колёсной парой оснащают установки, характеризующиеся повышенной мощностью. Ручной запуск или стартер применяют в равной степени, в зависимости от основных характеристик модели. Звукопоглощающий кожух используют, чтобы работа устройства была не такой шумной.

Дизельные

Мощность приборов этого класса может достигать 3 мВт. Для загородных домов и дач это неплохие источники постоянной энергии. Мощное деревообрабатывающее оборудование тоже часто питается за счёт автономных дизельных источников переменного электрического тока. То же касается станков с другим назначением. Дизель-генераторы иногда используют для обеспечения током целых посёлков.


Внутреннее устройство

Установки и в этом случае отличаются стационарным либо мобильным исполнением. Отличительная черта — шумная работа. Поэтому в некоторых случаях не обойтись без специальных кожухов, поглощающих звуки от электрических генераторов.

Дизель-генераторы отличаются от бензиновых аналогов уменьшенным потреблением топлива. И сами исходные материалы стоят дешевле. У дорогих моделей поддерживаются дополнительные функции:

  • Управление процессом генерации энергии.
  • Автоматическое включение в работу при возникновении аварийных ситуаций.

Газовые

При выборе главное — определиться, в каком режиме оборудование будет работать на постоянной основе. Здесь специалисты дают несколько рекомендаций:

  • При организации полного автономного электроснабжения дома рекомендуется отдать предпочтение моделям с жидкостным охлаждением ДВС, рассчитанным на бесперебойную эксплуатацию.
  • Резервные модели актуальны, если на территории участка часто отключают свет. Обычно они не могут работать дольше 10-20 часов. После этого требуется перерыв, не обойтись и без технического регламентного обслуживания.

Вам это будет интересно Назначение и типы устройств плавких предохранителей


Запуск

Устройства могут работать на сжиженном либо природном газе. Последний вариант больше подходит для приспособлений, настроенных на основное энергосбережение. Резервные варианты лучше применять совместно с баллонами сжиженного газа. Сейчас выпускаются модели, поддерживающие обе разновидности топлива сразу.

Некоторые допускают работу с помощью бензина. Поэтому можно не волноваться о том, что владельцы останутся без электричества.

Характеристики генератора переменного тока

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

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

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

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


Простой индукционный генератор для использования дома и на предприятии

Какие требования предъявляются к автомобильному генератору?

К генераторной установке автомобиля выдвигается ряд требований:

  • Напряжение на выходе устройства и, соответственно, в бортовой сети должно поддерживаться в определенном диапазоне, вне зависимости от нагрузки или частоты вращения коленвала.
  • Выходные параметры должны иметь такие показатели, чтобы в любом из режимов работы машины АКБ получала достаточное напряжение заряда.

При этом каждый автовладелец должен особое внимание уделять уровню и стабильности напряжения на выходе. Это требование вызвано тем, что аккумулятор чувствителен к подобным изменениям.

Например, в случае снижения напряжения ниже нормы АКБ не заряжается до необходимого уровня. В итоге возможны проблемы в процессе пуска мотора.

В обратной ситуации, когда установка выдает повышенное напряжение, аккумулятор перезаряжается и быстрее ломается.

Сейчас
читают
Генератор дает перезаряд на аккумулятор, причины и способы их устранения

77.9k

Система полного привода S-AWC на Outlander – маркетинговый ход или супер-управление всеми колесами

3.9k

Полезно почитать: Взорвался аккумулятор, причины и что делать.

Принцип работы генератора

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

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

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


Рассмотрение строения электрогенератора на практике

Назначение генератора переменного тока

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

Вам это будет интересно Подключение опс-1

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

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


Возбуждение генератора переменного тока

Каким компаниям доверять?

Выпуском электрических генераторов занимаются не только известные компании, но и те, что появились совсем недавно. В имеющемся ассортименте легко запутаться без некоторой подготовки.


Стационарная установка

Отечественному покупателю хорошо известны следующие несколько названий:

  • «Вепрь». Пользуется наибольшим спросом среди российских компаний, занимающихся этим направлением. Мощность находится в диапазоне от 2 до 230 кВт. Генераторы подходят как для бытового, так и для промышленного применения. WAY — модели, подходящие для эксплуатации в домашних условиях.
  • SDMO. Ещё один производитель, модели которого встречаются в большом количестве. Агрегаты и в этом случае с двигателями, работающими на 1 либо на 3 фазах. Мощность, внешнее исполнение — главное отличие между разными моделями. Корпус с шумопоглощением отлично подходит тем, кто использует именно бытовые разновидности генераторов. Воздушное охлаждение, мощность до 10 кВа — характеристики отдельного класса устройств. Они часто снабжаются дополнительными выходами для переменного либо постоянного тока. Электростартер дополняет стационарные разновидности моделей. Они устанавливаются на раме или внутри контейнеров с функцией шумоизоляции.
  • Geko. Производитель с широкой линейкой продукции для любых условий. Создаёт не только бытовые модели, но и варианты с более узкой специализацией. Внутри моделей устанавливают одно- или трёхфазный двигатель в зависимости от того, какие цели преследует потребитель. Запуск — ручной либо его заменяет электростартер. У некоторых моделей есть кожухи, поглощающие шумы. Встроенная панель автоматического запуска тоже становится неплохим дополнением к стандартным электростанциям.

Вам это будет интересно По какой формуле находится сопротивление проводника

Как устроен генератор переменного тока

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

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

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

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


Устройство установки

Виды генераторов переменного тока

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

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

Вам это будет интересно Выбор электросчетчика

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


Маломощный генератор

Асинхронные генераторы

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

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


Асинхронный генератор

Синхронные генераторы

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

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


Синхронный генератор

Электрогенераторы переменного тока


Выпускается огромное количество самых разнообразных электрогенераторов переменного тока. Классифицировать их можно по таким параметрам:

  • конструктивное исполнение;
  • способ возбуждения;
  • количество фаз.

По способу возбуждения потребителю могут встретиться агрегаты:

  • с независимым возбуждением – обмотка возбуждения запитывается постоянным током от независимого источника электропитания;
  • с самовозбуждением – в обмотку возбуждения подается выпрямленный ток от самого генератора;
  • с возбуждением от постоянных магнитов – обмотка возбуждения отсутствует;
  • с возбуждением от возбудителя – маломощного генератора постоянного тока, «сидящего» на одном валу с обслуживаемым генератором.


Схема трехфазного генератора
По количеству фаз электрогенераторы бывают:

  • однофазные;
  • двухфазные;
  • трехфазные.

На практике чаще всего встречаются трехфазные генераторы переменного тока. Связано это с рядом преимуществ, характерных для этого вида агрегатов:

  • получение экономического эффекта при разработке систем передачи электроэнергии на большие расстояния – снижение материалоемкости трансформаторных устройств и силовых проводов; Этому способствует наличие кругового магнитного поля;
  • увеличенный эксплуатационный ресурс, который обеспечивает уравновешенность системы;
  • одновременное использование линейного и фазового напряжения.

Конструктивно трехфазный электрогенератор имеет три независимые обмотки, расположенные в статоре по окружности со смещением в 120° относительно друг друга. При этом каждая обмотка представляет собой однофазный генератор, которая способна подавать переменное напряжение потребителю R. Такая единичная обмотка и получила название «фаза». Фазные обмотки могут соединяться между собой «треугольником» или «звездой».

Существуют и другие схемы соединения обмоток, например, шестипроводная система «Тесла» или соединение «Славянка» (сочетание шести обмоток в виде одной «звезды» и одного «треугольника), однако широкого распространения они не получили.

Роль рамки в устройствах, вырабатывающих переменный ток, исполняет электромагнит, который вращаясь, смещает индуцированные в обмотках переменные ЭДС на треть такта относительно друг друга.

Среди множества генераторов переменного тока различают два основных вида их конструктивного исполнения: синхронные и асинхронные. В последнее время, учитывая большое количество сложных электронных устройств, управляемых при помощи микропроцессоров, появился новый тип электрогенераторов – инверторный.

Синхронные электрогенераторы


Устройство синхронного генератора
Синхронный генератор переменного тока конструктивно состоит из двух частей — подвижного ротора и неподвижного статора.

При вращении ротора, представляющего собой электромагнит с сердечником и обмоткой возбуждения, подключенный к внешнему источнику питания при помощи щеточного механизма, в обмотке статора индуцируется ЭДС, которая подается на выходные клеммы генератора. Такая конструкция исключает необходимость применения скользящих контактов, что существенно упрощает конструкцию агрегата. Изначально магнитный поток возбуждается от стороннего возбудителя, закрепленного на общем валу и подключаемого к системе при помощи муфты.

В синхронных электрогенераторах малой мощности обмотка возбуждения запитывается за счет выпрямленного тока. При этом электрическая цепь образуется за счет активации трансформаторов, входящих в цепь нагрузки. Туда же включен и полупроводниковый выпрямитель. В состав основной электрической цепи входят:

  • обмотка возбуждения;
  • регулировочный реостат.

Основная особенность синхронного генератора — частота генерируемого электрического тока пропорциональна скорости вращения ротора.

Асинхронные электрогенераторы


Асинхронный генератор переменного тока отличается от синхронного отсутствием жесткой связи между частотами вращения ротора и индуцированной ЭДС. Разница между этими параметрами называется «скольжением». Между ротором и статором асинхронного генератора имеется воздушный зазор. При этом на частоту вырабатываемой ЭДС влияет тормозной момент, возникающий при подключении нагрузки и препятствующий вращению ротора. Поэтому электроэнергия в асинхронных электрогенераторах вырабатывается при увеличенной скорости прокручивания ротора.

Конструкция асинхронных генераторов отличается простотой, однако имеет при этом худшие, по сравнению с синхронными агрегатами, технические характеристики — погрешность по частоте может достигать 4%, а по величине напряжения — до 10%. Кроме того асинхронные электрогенераторы критичны к величине пускового тока. Поэтому эксплуатировать их рекомендуется совместно со стабилизаторами, а в отдельных случаях, например, для плавного пуска электродвигателя, может понадобиться преобразователь частоты.

Инверторные генераторы

Инверторный генератор FUBAG Ti 3200
Инверторный электрогенератор — это обычный асинхронный генератор, на выходе которого установлен дополнительный стабилизатор выходных параметров.

Работает он следующим образом: вырабатываемое асинхронным генератором напряжение поступает в инвертор, где сначала выпрямляется, а затем из полученного постоянного напряжения формируются импульсы заданной частоты и скважности. На выходе устройства эти импульсы преобразуются в синусоидальное напряжение с почти идеальными техническими характеристиками.

Какой ток вырабатывает генератор

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

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

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


Характеристика переменного и постоянного электрических токов

Схема генератора переменного тока

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


Схема обычного устройства генерации электротока

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


Принципиальная схема электрического генерирующего устройства

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

Общее устройство генератора

Генератор переменного тока это элемент автомобиля, предназначенный для произведения электрической энергии путем преобразования механической энергии (вращение коленчатого вала) в электрическую энергию. Генераторы могут генерировать постоянный или переменный ток.

Генератор автомобиля используется, как источник питания для следующих электропотребителей: система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер, системы диагностики. Также генератор обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ) во время движения автомобиля.

На сегодняшний день чаще всего используются генераторы переменного тока, которые хорошо себя зарекомендовали.

Как работает генератор?

Чтобы ответить на вопрос, — как работает генератор? — мы рассмотрим Принцип работы генератора.

Основа работы генератора заключается в использовании электродвижущей силы (ЭДС), которая образуется в прямоугольном контуре, вращающемся в однородном вращающемся магнитном поле.

Устройство простейшего генератора

Простейший генератор представляет собой обыкновенную прямоугольную рамку, которая размещена между магнитами с разными полюсами. Для снятия напряжения с вращающейся рамки используют токосъемные кольца.

В автомобилестроение используют электромагниты – катушки индуктивности или обмотки медного провода. При прохождении электрического тока через обмотку, последняя насыщается электромагнитными свойствами. Для возбуждения обмотки используется аккумуляторная батарея.

Устройство автомобильного генератора переменного тока

Автомобильный генератор состоит из корпуса с крышками, в которых имеются отверстия для вентиляции. Ротор устанавливается в подшипниках 2 и вращается в них. Привод ротора осуществляется путем ременной передачи (ремень одевается на шкив). Ротор выступает электромагнитом (обмоткой). Ток на обмотку поступает с помощью двух медных колец и графитных щеток, которые соединены с электронным регулятором. Электронный реле регулятор отвечает за напряжение на выходе, которое должно находиться в пределах 12 Вольт вне зависимости от частоты вращения шкива привода генератора. Реле регулятор может встраиваться в корпус, а может находиться отдельно.

Статор – представляет собой три медные обмотки, которые соединяются в треугольник. К точкам соединения обмоток подключается выпрямительный мост, который состоит из 6 полупроводниковых диодов, которые служат для преобразования переменного напряжения в постоянное.


Генера́тор (с латыни generator означает «производитель») — устройство, что вырабатывает электроэнергию, производит продукты или преобразует один вид энергии в другой.

Автомобильный генератор — устройство, которое преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.

Автомобильный генератор применяется для питания потребителей электроэнергии, таких как система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер автомобиля, системы диагностики, а также для зарядки аккумуляторной батареи (АКБ).

От надежности работы генератора зависит бесперебойность работы остальных систем автомобиля и других его компонентов. Мощность современного автомобильного генератора составляет 1 кВт.

Принцип работы автомобильного генератора

Первые автомобильные генераторы были генераторы постоянного тока. Они требовали много внимания к себе, что обуславливалось частым обслуживанием и контролем работы устройства.

Затем был придуманы диодные выпрямители, что значительно увеличило ресурс работы генератора и увеличило срок его работы. Генераторы с диодными выпрямителями тока стали называться генераторами переменного тока.

На производство генератора переменного тока уходило меньше материалов, соответственно он стал легче и значительно меньше, а КПД вырос, обеспечивая более стабильный ток на выходе.

В современных иномарках используют синхронные трехфазные генераторы переменного тока, а в качестве выпрямителя – трехфазный выпрямитель Ларионова.

От поворота ключа до выдачи напряжения…

Во время поворота ключа замка зажигания в рабочее положение питание подается на обмотку возбуждения и генератор начинает отдавать ток в нагрузку. За управление током в обмотке возбуждения отвечает стабилизатор напряжения, который входит в щеточный узел генератора. Питание стабилизатора напряжения осуществляется от выпрямителя.

Ротор генератора приводится во вращение от коленчатого вала через шкив посредством клинового ремня. В обмотке возбуждения создается электромагнитное поле, которое индуцирует электрический ток в фазовых обмотках статора.

Выдаваемый ток – скачкообразный и зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, поэтому для его стабилизации применяется стабилизатор напряжения.

Напряжение бортовой сети в работающей системе должно находится в пределах 13,8-14,2 В, что обеспечит нормальную подзарядку АКБ.

На крупногабаритных автомобилях используются автомобильные генераторы повышенной мощности 24 В.

Генератор переменного тока. Устройство, принцип работы, применение — КиберПедия

С ростом научного прогресса и получением электрического тока, являющимся одним из основных видов энергии, жизнь человека стала намного комфортнее. Ведь благодаря ему, а точнее, его работе, приводятся в движение различные механизмы, освещаются и обогреваются помещения и так далее.

Ток в проводнике появляется за счёт электродвижущей силы (ЭДС), заставляющей перемещаться частицы, несущие заряд в проводнике. Если проводник испытывает воздействие магнитного поля, то это явление называется электромагнитной индукцией.

Иными словами, если соблюдается следующее условие: двигается проводник в магнитном поле или электромагнитное поле совершает движение вокруг проводника, то в последнем появляется электрический ток. В результате этого явления были созданы трансформаторы, электродвигатели и генераторы.

Генератор тока является электрической машиной, преобразующей механическую энергию в электрическую. Простейший генератор переменного тока представляет собой устройство, состоящее из проводника, представляющего замкнутый контур и вращающегося между полюсами магнита.

В современных генераторах этот контур содержит минимум три обмотки, необходимые для создания большей ЭДС. Для чёткого понимания предназначения и процессов, протекающих при преобразовании электроэнергии, нужно ознакомиться с устройством и принципом действия генератора (ЭГ).

Устройство генератора

Генератор состоит из основных узлов:

§ корпус;

§ статор;

§ ротор, или якорь;

§ коробка коммутации.

Генератор в разрезе

 

Корпус, выполняющий функцию рамы, служит для крепления всех основных частей. Кроме того, в нём устанавливаются подшипники, необходимые для плавного вращения вала и увеличения срока службы устройства. Корпус изготавливают из прочного металла, а также он служит для защиты внутренних частей машины от внешних повреждений.

Статор имеет магнитные полюса, представленные в виде закреплённой обмотки для возбуждения магнитного потока Ф. Выполняется из спецстали, которая называется ферромагнитной.

Ротор является подвижной частью, причем его приводит в движение какая-либо сила. В результате на якоре (роторе) образуется разность потенциалов или напряжение (U). Узел (коробка) коммутации, необходим для отведения электричества от ротора. Он состоит из проводящих колец, соединённых с графитовыми токосъёмными контактами

.

Принцип действия

Закон электромагнитной индукции является основным принципом действия генератора переменного тока. Устройство и принцип работы практически одинаковы для всех типов. Происходит индукция, в результате которой появляется ЭДС в контуре, при вращении в однородном магнитном поле. Это магнитное поле вращается.

Работает генератор переменного тока следующим образом:

§ ротор является магнитом, передающим при вращении магнитное поле в обмотки статора;

§ статор представляет собой катушки, к которым подведены провода для съёма электрической энергии;

§ при возникновении U происходит его съём.

Кольца выполняются из медного проводника, вращаются с ротором и валом одновременно. Щётки служат для передачи тока с вала на кольца.

Основное предназначение

Генераторы широко используются для производства электроэнергии и представляют собой огромные машины, вырабатывающие ток высокой мощности. Однако не все разновидности имеют такие габариты. Устройства, применяемые в автотранспорте, используются в качестве источников U. Это очень удобно, так как ходовая часть транспорта совершает механические движения и глупо не воспользоваться этим видом энергии для вращения ЭГ.

 

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет простейший генератор переменного тока?

2. Какой ток называется переменным?

3. Назовите основные параметры переменного тока. Кратко охарактеризуйте каждый них.

4. Назовите основные конструктивные элементы генератора.

5. Опишите принцип работы генератора.

6. Назначение и применение генераторов.

Принцип работы и схема генератора переменного тока

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

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел

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


Демонстрация рассматриваемого прибора в разрезе

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

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

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


Демонстрация прибора с помощью простого магнита и контура

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

Вам это будет интересно Особенности электродвигателей на 220 В

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

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


Использование графика для демонстрации переменного и постоянного электротоков

Применение и свойства генераторов переменного тока

Рассмотрев вопрос, как работает генератор переменного тока, перейдем к предъявляемым требованиям к этому базовому узлу автомобиля. Поскольку аккумуляторы современных автомобилей высокочувствительны к перепадам напряжения, генераторы должны обладать следующими свойствами:

  • Поддерживать постоянную выработку электрического тока во избежание прогрессирующей разрядки аккумуляторной батареи;
  • Обеспечивать стабильность показателей вырабатываемого тока без перепадов и скачков;
  • Регулировать силу вырабатываемого тока независимо от частоты вращения двигателя;
  • Снабжать электроэнергии работающие приборы и производить постоянную подзарядку аккумулятора.

Характеристики генератора переменного тока

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

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

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

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


Простой индукционный генератор для использования дома и на предприятии

Уменьшение пульсации

Генератор переменного тока

На графике, который изображён выше, указан уровень еср. Если бы удалось стабилизировать ЭДС генератора на соответствующем значении, был бы получен нужный результат. Как такая задача решается на практике, видно из следующего рисунка.


Сглаживание электромагнитных колебаний с помощью нескольких рамок

Выходные электрические параметры этой машины далеки от идеала. Но ясно, что последовательное увеличение количества рамок позволит получить достаточно равномерный верхний уровень. Позитивное влияние в этом случае будут оказывать переходные процессы и взаимодействие электромагнитных полей, ведь приведённые графики иллюстрируют только примерные данные. Но даже в таком варианте ЭДС генератора на выходе будет изменяться не на всю амплитуду, а лишь на величину от Еmin до Еmax.

Увеличение количества рамок (витков обмоток генератора) и коллекторов поможет сгладить колебания на выходе.

Опытным путём можно подтвердить, что применение 20-22-х коллекторные конструкции позволят снизить пульсации ЭДС до 1-0,9%. Такие изменения на выходе генератора вполне приемлемы для решения многих практических задач.

Принцип работы генератора

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

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

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


Рассмотрение строения электрогенератора на практике

Особенности работы генератора

Выше было отмечено улучшение качества электрических параметров при увеличении числа витков в обмотках. Но такое решение позволит получить ещё один положительный эффект. С его помощью увеличивают индуцируемую ЭДС на выходе в расчёте на один оборот ротора. Такой приём используют для того, чтобы генератор постоянного тока выполнял свои функции с высоким коэффициентом полезного действия.

С целью дальнейшего улучшения работы машины, конструкторы изучили возможности постоянных магнитов. Они способны выполнять свои полезные функции в автономном режиме без подключения к внешнему источнику энергии. Однако более сильное поле с помощью таких решений создать невозможно. Необходимый результат могут обеспечить только электромагниты.

Точный расчёт в этом случае будет сделать проще.

Выше были рассмотрены «идеальные» ситуации. Но при реализации конкретных проектов возникали разные затруднения. Например, необходимо было найти материал, который обеспечит хорошую электрическую проводимость, но одновременно не будет провоцировать ускоренный износ поверхности коллектора. Решение известно – это графитовые стержни, которые прижимаются с помощью пружин. Такие изделия сами постепенно истираются. Поэтому необходим определённый запас щёток для своевременной замены.

Для описания другой проблемы нужно пояснить некоторые процессы при вращении ротора в магнитном поле. Необходимо привести определения следующих базовых понятий:

  • геометрической нейтралью называют линию, которая проведена на равном расстоянии от северного и южного полюса;
  • физической называют такую линию, которая условно разделяет области воздействия полей, создаваемые электрической машиной.

В статическом положении эти линии совпадают. Но при начале вращения геометрическая – остаётся на своём месте, а физическая – отклоняется на определённый угол. Определённое влияние на этот процесс оказывает индуцированный ток, который индуцирует якорь. Суммарное воздействие всех полей ещё больше увеличивает угол смещения нейтрали (в сторону вращения ротора).

Чтобы максимально усилить эффективность генерации, графитовые стержни должны соприкасаться в месте выхода условной физической линии из коллектора.

Для этого точку прижима щёток смещают относительно геометрической центральной оси. При отклонении возникают электрические потери, образуются искры, которые попадают на коллекторные пластины. В такой ситуации появляющаяся окалина ухудшает проводимость, что ещё более снижает КПД установки.

Понятно, что в реальных условиях, когда нагрузка на выходе генератора изменяется, пришлось бы постоянно выполнять коррекцию положения щёток. Никакой расчёт в этом случае не поможет, ведь механическое перемещение щёток было бы слишком сложным. Чтобы исключить подобные вредные влияния устанавливают дополнительные полюсы. С их помощью создают магнитное поле. Оно компенсирует искажения, которые вносит якорь. Эти же части конструкции выполняют ещё одну важную функцию. При правильной настройке они нейтрализуют броски, при изменении направления тока в каждый момент, когда якорь переходит через нейтраль.

Назначение генератора переменного тока

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

Вам это будет интересно Учет электроэнергии: схема

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

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


Возбуждение генератора переменного тока

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

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

Как устроен генератор переменного тока

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

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

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

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


Устройство установки

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

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

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

Оцените качество статьи:

Виды генераторов переменного тока

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

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

Вам это будет интересно Особенности магнитной ленты на электросчетчик

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


Маломощный генератор

Асинхронные генераторы

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

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


Асинхронный генератор

Синхронные генераторы

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

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


Синхронный генератор

Устройство простейшей машины

На рисунке 1 представлена простейшая машина постоянного тока, а на рисунке 2 дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рисунке 1 простейшей машины имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рисунке 1 не показано).

Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рисунке 1 и рисунке 2 простейшей машине имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Видео 1. Устройство и принцип действия простейшей машины постоянного тока в режиме двигателя

Какой ток вырабатывает генератор

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

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

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


Характеристика переменного и постоянного электрических токов

Генерация электроэнергии

На рисунке ниже изображён простейший опыт, который помогает понять принцип действия генератора.


Образование тока при движении проводника

Если переместить проводник в пространстве так, чтобы он пересекал линии магнитного поля, то в нём образуется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление называют индукцией. При замыкании свободных концов в цепи будет течь ток, который можно использовать для питания лампы накаливания, или другой полезной нагрузки.

На рисунке изображена правая рука с отогнутым в сторону перемещения проводника большим пальцем. Этот простой способ используют для наглядного определения направления тока в цепи.

Для получения необходимого результата допустимо передвижение, как проводника, так и магнита.

По указанной выше схеме действующую машину создать не получится. Но следующий вариант вполне применим на практике.


Схема устройства и ЭДС на выходе

На рисунке изображена рамка, вращающаяся в магнитном поле (направление силовых линии обозначены стрелкой «В»). Съёмники энергии – это специальные щётки. Рамка присоединена к половинам колец (коллекторам), разъединённым электрически с помощью особых изолирующих вставок. На выходе этого устройства электродинамическая сила будет изменяться в соответствии с приведённым графиком. Её величину определяет расчёт на основе следующей формулы:

е=2В*n, где

В – это поток созданного магнитного поля в Вб;

n – количество полных оборотов рамки за одну секунду.

Из формулы понятно, что получить больше электроэнергии можно двумя способами. Для этого надо увеличить скорость вращения либо повысить силу магнитного поля.

Схема генератора переменного тока

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


Схема обычного устройства генерации электротока

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


Принципиальная схема электрического генерирующего устройства

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

Где нашел применение источник постоянного тока?

Несмотря на то что постоянное электричество можно получить методом выпрямления переменного, широко используют генератор постоянного тока. Принцип действия, схема такой машины незаменимы на металлургических предприятиях, в мощных электролизных установках заводов. В транспортной промышленности агрегаты работают в электровозах, пароходных судах. Для питания возбуждающих обмоток генераторов переменного тока на электростанциях также применимы источники постоянного напряжения. Для бытовых целей разработаны динамо-машины тока постоянного. Их можно увидеть на велосипедах, где они питают осветительные фары.

Переменный ток. Генератор переменного тока. 8-й класс

Цель урока: сформировать представление о переменном токе, его характеристиках (амплитудном и действующем значениях силы тока и напряжения, частоте), способе получения; сравнить постоянный и переменный ток; изучить устройство и принцип действия генератора переменного тока; научить по графику определять характеристики тока.

Задачи урока:

Предметные:

  • понимание смысла понятия переменного тока и способов его получения; показать их практическое значение.

Метапредметные УУД:

  • Познавательные: умение самостоятельно добывать нужную информацию, сравнивать, обобщать, анализировать, делать выводы; умение выделять значимые функциональные связи на примере рассмотрения вращения рамки в магнитном поле; формировать практические умения проведения эксперимента и знакомство с историей создания генератора переменного тока.
  • Регулятивные: постановка цели, умение ставить учебные задачи, планирование деятельности, проводить простейших опытов и наблюдения, описывать их, задавать вопросы и находить ответы на них опытным путем, проводить прямые измерения при помощи наиболее часто используемых приборов, представлять результаты измерений в виде таблиц, делать выводы на основе наблюдений, находить простейшие закономерности в протекании явлений, находить способы их достижения, осуществлять контроль и взаимоконтроль.
  • Коммуникативные: умение выражать свою позицию, умение вести беседу, планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками — определение цели, функций участников, способов взаимодействия; постановка вопросов — инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации; управление поведением партнера — контроль, коррекция, оценка действий партнера.

Личностные УУД:

  • умение вести диалог, уважать чужое мнение, достигать поставленных целей, самостоятельно приобретать новые знания и практические умения;
  • сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся.

Тип урока: комбинированный.

Форма урока: урок-беседа.

Оборудование:

  • компьютер и проектор, электронный веб-ресурс (сайт) по теме 1. Видеоролик «Явление электромагнитной индукции» http://school-collection.edu.ru/catalog/res/94fe49eb-c56a-415d-948d-61c85a9c0603/?from=8f5d7210-86a6-11da-a72b-0800200c9a66&
  • Видеоролик «Генератор переменного тока»http://school-collection.edu.ru/catalog/res/4170927d-c63b-4b0f-9142-66cbb89fea84/?from=8f5d7210-86a6-11da-a72b-0800200c9a66&
  • Модель генератора переменного тока; набор по получению переменного тока: миллиамперметр, катушка, постоянный магнит.

Оформление кабинета: портрет М.Фарадея, таблица «Переменный ток».

План урока

Ι. Орг. момент (2 мин.).

ΙΙ. Проверка домашнего задания (10 мин).

ΙΙΙ. Изучение нового материала (20 мин.).

ΙV. Закрепление изученного материала (10 мин.).

V. Домашнее задание (3 мин.).

Ход урока

Ι. Орг. момент

Приветствие учащихся.

Психологический настрой учащихся на урок

Выступление учителя: В конце XIX в, электричество начинает применяться в практической жизни людей для освещения, электродвигатели приводят в действие различные машины и станки, бытовые электроприборы. Однако трудность передачи постоянного тока на большие расстояния мешала его широкому применению. Эти трудности были преодолены после изобретения генератора переменного тока.

Учитель знакомит с темой урока: Переменный ток. Генератор переменного тока.

Предлагает ученикам сформулировать цель и задачу урока.

Учащиеся ставят цель и задачу урока: выяснить, что такое переменный ток, каковы его основные характеристики, способ получения и применение.

ΙΙ. Проверка домашнего задания. Актуализация знаний

Учитель: Прежде чем мы перейдем к изучению нового материала, вам необходимо вспомнить:

  1. Какое явление называется явлением электромагнитной индукции?
  2. От чего зависит направление и значение индукционного тока?

Учитель демонстрирует один из опытов Фарадея по получению индукционного тока (можно поручить этот эксперимент учащимся).

Задача учащихся зарисовать схему опыта и объяснить наблюдаемое явление. Один из учащихся работает у доски, остальные в тетрадях.

Обсуждение ответа учащегося.

Все внимательно выслушивают ответ учащегося, работающего у доски. Оценивают по критериям устного ответа, исправляют, дополняют, приводят другие способы получения индукционного тока. Учащиеся должны сказать:

  1. Это один из опытов Фарадея, демонстрирующих электромагнитную индукцию;
  2. ЭМИ- это явление возникновения электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур;
  3. Возникающий электрический ток называется индукционным. Он может меняться по модулю и направлению;
  4. Величина индукционного тока тем больше, чем быстрее происходит изменение магнитного потока;
  5. Изменение магнитного потока может происходить различными способами. Эти способы демонстрируют опыты Фарадея.

Учащиеся посмотрев видеоролик«Явление электромагнитной индукции» сравнивают свои ответы.

ΙΙΙ. Изучение нового материала

Демонстрация 1. Получение переменного тока в рамке при её вращении в магнитном поле постоянного магнита.

Учитель. Сравните способы получения тока, изображенные на рисунках 24.3 (стр103) и 25.3 (стр112) учебника О.Ф. Кабардин «Физика -8».

Вопрос учителя: Что удобнее: вращать катушку в поле постоянного магнита или сделать катушку неподвижной, а вращать магнит? Почему?

Вопросы при демонстрации:

1. Как вы понимаете понятие «переменный ток»?

Учащиеся находят ответ в учебнике на стр.112.

Переменный ток — это электрический ток, изменяющийся во времени по модулю и направлению.

2. Какие физические величины характеризующие ток, могут изменяться?

Учащиеся отвечают: Сила тока и напряжение.

3. Что показывает частота переменного тока?

Учащиеся отвечают: Частота переменного тока показывает, сколько раз за 1с ток изменяет свое направление.

4. В каких пределах может изменяться сила тока, напряжение?

Учащиеся отвечают: Сила тока и напряжение изменяются от 0 до максимального(амплитудного) значения.

5. Можно ли использовать обычный амперметр и вольтметр для измерения силы переменного и напряжения? Почему?

Учитель: Останавливаемся на силе тока и, работая с учебником (О.Ф.Кабардин «Физика-8», стр.112, рис. 25.1,) , изображаем график этой переменной величины, Вспоминаем колебательное движение и величины его характеризующие: период, частота, амплитуда. Находим все эти величины на графике. Один учащийся работает у доски, остальные в тетрадях. Аналогично, но уже самостоятельно ученики характеризуют напряжение на рис.25.2. в своих тетрадях. Далее заполняем все столбцы таблицы, работая с учебником §25.

Пока учащиеся работают, учитель проходит по классу и смотрит, что у них получилось.

Учитель сообщает, что в бытовых электросетях используется переменный ток частотой 50 Гц.

Физическая
величина

Сила тока

Напряжение

График зависимости от времени

Физический смысл

Изменение направление тока — изменение направления движения зарядов

Изменение направления — смена полярности на зажимах эл. цепи

Амплитуда

Im — максимальное значение силы тока

Um — максимальное значение напряжения

Действующее значение

Учащийся отвечает у доски, остальные сверяют со своими работами, обсуждают, исправляют, дополняют. Предлагают свои варианты, аргументируя свои ответы.

Демонстрация 2. Модель работы генератора переменного тока

Вопрос учителя: рассмотреть рис. 25.4 и ответить на вопросы.

  1. Что такое генератор переменного тока.
  2. Какие превращения энергии происходят в этом устройстве.
  3. Назвать основные элементы генератора переменного тока и их назначение.

Статор — это неподвижная часть. Ротор — подвижная. Можно сказать, что статор — это аналог катушки с большим числом витков. А ротор — это магнит, который вращается и создает изменяющийся магнитный поток с течением времени, пронизывая те витки, которые находятся в статоре, индуцирует, наводит в этих витках электрический ток.

Если генератор маломощный, то обычно ротор делают из постоянного магнита. Ему придают определённую форму, создают внутри несколько отдельных полюсов. Этот постоянный магнит, вращаясь прямо внутри статора, непосредственно создаёт индукционный электрический ток. Если же необходим мощный генератор, то в этом случае ротор — уже не постоянный магнит, а электромагнит.

Просмотр видео и задание после просмотра видео:

  1. Почему при увеличении скорости вращении рамки мы уже не замечаем мерцание лампочки? (обсуждение)
  2. Почему в генераторах переменного тока большой мощности ротор является электромагнитом?
  3. Какую частоту имеет промышленный ток?

Учитель предлагает учащимся получить на практике переменный ток частотой 50 Гц, используя предложенное оборудование. На демонстрационном столе имеется миллиамперметр, катушка-моток, постоянный магнит. Учащиеся пробуют быстро вставлять и вынимать магнит и другие способы и делают вывод, что ток такой частоты получить при помощи данной установки нельзя, т.к. 50 Гц — это 50 колебаний тока в секунду.

Учитель предлагает подумать и предложить идеи для усовершенствования установки, объясняет устройство генератора индукционного тока. Учащиеся подписывают названия его основных частей.

Далее учитель заостряет внимание на способах вращения ротора генератора.

Учащиеся предлагают свои варианты: на гидроэлектростанции — поток воды, на теплоэлектростанции — пар и т.д.

ΙV. Закрепление изученного материала

Задание 1. Вопросы на закрепление

  1. Что называется переменным током?
  2. Что такое период, частота переменного тока?
  3. На каком принципе основана работа генератора переменного тока?
  4. Проволочная рамка вращается с постоянной частотой в однородном магнитном поле. Какой из графиков, изображенных на рис. показывает зависимость силы тока в рамке от времени?
  5. 220В — это амплитудное или действующее значение напряжения?
  6. Сколько раз за 1 мин переменный ток меняет свое направление?
  7. Почему же именно переменный ток используется в бытовых электросетях.
  8. Какое устройство называется генератором переменного тока?

Задание 2. Проверка знаний — проверь соседа! (тест)

А сейчас проверим, на сколько, вы усвоили данный материал. Запишите правильный ответ.

Тест: Генерирование электрической энергии.

I. Переменный электрический ток
1. не изменяется по значению;
2. не изменяется по направлению;
3. изменяется по значению и направлению.

II. На каком явлении основано действие электромеханического индукционного генератора переменного тока?
1. электростатической индукции;
2. электромагнитной индукции;
3. термоэлектронной эмиссии.

III. Генератор электрической энергии необходим для…
1. создание материи;
2. создание энергии;
3. преобразование энергии

IV. Переменный ток вырабатывают
1. на заводе;
2. на электростанции;
3. в жилых домах.

V. Стандартная частота используемого у нас переменного тока …
1. 100Гц;
2. 50Гц;
3.500Гц.

VI. Простейший генератор переменного тока состоит…

  • Магнита;
  • Проволочной рамки;
  • Ротора и статора.

Ответы: I-3, II-2, III-3, IV-2, V-2, VI-3.

Кто ответит правильно на 6 вопросов, получит «5», на 5 вопросов, оценку — «4», за 4-3 правильных ответов получит «3».

Подведение итога. Определяется, достигли ли учащиеся поставленной цели, отмечается работа учащихся на уроке, выставляются оценки, обсуждение и аргументирование ответа учащихся.

V. Домашнее задание
  1. §25, ответить на вопросы (устно),
  2. заполнить таблицу сравнения постоянного и переменного тока

Название

Постоянный ток

Переменный ток

Источник

Гальванический элемент, аккумулятор

Генератор переменного тока

Направление

От «+» к «-»

Меняет направление

Изменяются ли сила тока и напряжение

Нет

Да, от 0 до амплитудного значения

Применение

Электрооборудование автомобиля и городского транспорта(метро, трамвай, троллейбус), автономное питание карманного фонарика, приемника, магнитофона, пульта телевизора, детские игрушки и т.д..

Осветительные сети квартир, бытовые электроприборы, фабрики и заводы.

Рефлексия
  • Какую цель вы поставили на начало урока?
  • Что вы узнали сегодня на уроке?
  • Могут ли вам полученные знания пригодиться в жизни? Где именно?
  • Что оказалось самым трудным для понимания?
  • Какую бы вы поставили себе оценку за работу на уроке?

Автомобильный генератор. Виды и устройство. Работа и особенности

Любой автомобиль имеет свою электрическую сеть, выполняющую несколько функций: запуск двигателя стартером, обеспечение стабильного образования разряда искр для воспламенения бензиновой смеси, звуковой и световой сигнализации, а также освещения и создания комфортных условий в салоне.

Для обеспечения электрической энергией потребителей автомобильной электрической сети предусмотрены два источника питания: генератор и аккумуляторная батарея, которая питает энергией бортовую сеть до момента запуска двигателя. Ее особенностью является неспособность выработки электрического тока, а только его удержания внутри себя, и отдачи потребителям при необходимости. Поэтому аккумуляторная батарея не сможет одна долго обеспечивать электроэнергией сеть автомобиля, так как быстро разрядится, отдав всю энергию. Чем чаще запускается двигатель, и используются мощные потребители тока, тем быстрее произойдет ее разряд.

Для восстановления заряда батареи и обеспечения электричеством остальных потребителей автомобиля применяется автомобильный генератор, который постоянно вырабатывает электроэнергию во время работы двигателя.

Виды автогенераторов

Автомобильный генератор существует двух видов:

  1. Генератор постоянного тока на современных автомобилях не используется. Для его работы не требуется выпрямление тока. Ранее применялся на автомобилях Победа, ГАЗ-51 и некоторых других марках, выпущенных до 1960 года.
  2. Генератор переменного тока широко применяется на автомобилях в настоящее время. Первые такие генераторы были разработаны в Америке в 1946 году. Это более надежная и современная конструкция. На выходе генератора встроен полупроводниковый выпрямитель.
Устройство и работа

Оба вида генераторов служат для выработки электрического тока, необходимого для эксплуатации автомобиля. Их устройство и принцип работы имеют отличительные особенности, так как они вырабатывают разные виды тока. Рассмотрим конструктивные особенности и принцип действия, которые имеет автомобильный генератор каждого вида.

Автомобильный генератор постоянного тока

 

Такой автомобильный генератор имеет много недостатков:
  • Малая эффективность работы.
  • Недостаточная мощность.
  • Несовершенная схема подключения.
  • Необходим постоянный контроль.
  • Частое техническое обслуживание.
  • Малый срок службы.

Аналогичные конструкции, включающие в себя коллектор, могут одновременно функционировать в режиме генератора или двигателя. В гибридных автомобилях они нашли широкое применение.

Их отличием от автогенераторов переменного тока является то, что создающие магнитное поле электромагниты абсолютно неподвижны. Электродвижущая сила находится во вращающихся обмотках ротора. Электрический ток снимается с полуколец, изолированных между собой. На каждой щетке имеется напряжение одной полярности.

Автомобильный генератор переменного тока

Это популярная модель современных автогенераторов. Любая конструкция автогенератора включает в себя обмотку, расположенную в неподвижном статоре, который зафиксирован между двумя крышками: задней и передней. Со стороны задней крышки находятся контактные кольца ротора. Со стороны передней крышки находится привод со шкивом. Автомобильный генератор расположен впереди двигателя и крепится с помощью болтового соединения на специальные кронштейны. Натяжная проушина и крепежные лапы расположены на крышках генератора.

Крышки генератора изготовлены литьем из алюминиевых сплавов. Они имеют окна для вентиляции корпуса генератора. В разных конструкциях такие окна могут выполняться как в торцевой части генератора, так и на цилиндрической части над обмотками статора.

На задней крышке закреплен щеточный узел, объединенный с регулятором напряжения, а также блок выпрямителя. Крышки генератора стягиваются длинными винтами, зажимая между собой корпус статора с обмотками.

Статор автогенератора состоит:

Статор изготавливается из листовой стали толщиной 1 мм. Для экономии металла конструкторы создали статор, состоящий из отдельных сегментов в виде подковы. Листы статора скреплены между собой в одну конструкцию с помощью заклепок или сварки. Все основные виды конструкций статора содержат 36 пазов, в которых находится обмотка. Пазы статора изолированы эпоксидным компаундом или специальной пленкой.

Ротор генератора состоит:

Автомобильный генератор имеет особенный вид системы полюсов ротора, состоящей из двух половин, имеющих выступы в виде клюва. На каждой половине имеется шесть полюсов, которые изготавливаются методом штамповки. Полюсные половины напрессовываются на вал. Между ними устанавливается втулка, на которой расположена обмотка возбуждения.Вал ротора обычно изготавливается из автоматной стали низкой твердости. Но при использовании роликового подшипника, который работает на конце вала со стороны задней крышки, вал изготавливают из твердой легированной стали, при этом цапфу вала подвергают закалке. Конец вала имеет резьбу, шпоночный паз для фиксации шкива.

В современных генераторах шпонка не применяется. Шкив фиксируется на валу усилием затяжки гайки. Для облегчения разборки на валу имеется шестигранный выступ для ключа, или углубление.

Щетки автогенератора расположены в щеточном узле и прижимаются к кольцам с помощью пружин.

Автомобильный генератор может оснащаться двумя типами щеток:
  1. Меднографитовые.
  2. Электрографитовые.

Второй тип обладает значительной потерей напряжения при контакте с кольцом. Это отрицательно влияет на выходные параметры генератора. Положительным моментом является длительный срок службы колец и щеток.

Узел выпрямления используется двух типов:
  1. Теплоотводящие пластины, в которые запрессованы силовые диоды выпрямителя.
  2. Конструкция с большими ребрами охлаждения, на которые припаиваются таблеточные диоды.

Вспомогательный выпрямитель включает в себя диоды в пластиковом корпусе формой в виде горошины или цилиндра, а также могут изготавливаться отдельным герметичным блоком, подключаемым к схеме специальными шинами.

Большую опасность для автогенератора может вызвать короткое замыкание теплоотводящих пластин положительного и отрицательного полюса. Это может произойти из-за случайного попадания металлического предмета или токопроводящей грязи. При этом в цепи аккумулятора возникает замыкание, которое может привести к пожару. Чтобы этого не произошло, многие токопроводящие элементы выпрямителя покрывают слоем изоляции.

В генераторе используются шариковые радиальные подшипники с заложенной в них разовой смазкой и уплотнением. Роликовые подшипники иногда применяются на импортных генераторах.

Охлаждение автогенератора происходит за счет закрепленных на валу лопастей вентилятора. Воздух засасывается в отверстия задней крышки. Существуют и другие способы охлаждения.

На автомобилях, у которых подкапотное пространство слишком плотное, и имеющее большую температуру, используют генераторы с особым кожухом, по которому отдельно поступает прохладный воздух для охлаждения.

Регулятор напряжения

Служит для поддержания напряжения автогенератора в необходимом диапазоне для нормальной работы электрооборудования автомобиля.

Такие регуляторы работают на основе полупроводниковых элементов. Их конструктивное исполнение может быть различным, но принцип их действия не отличается.

Регуляторы напряжения имеют свойство термокомпенсации. Это способность изменять величину напряжения в зависимости от температуры рабочего пространства для наилучшей зарядки аккумулятора. Чем прохладнее воздух, тем выше должно быть подводимое к аккумулятору напряжение.

Работа генератора

При запуске двигателя автомобиля главным потребителем электричества является стартер. При этом сила тока может достичь нескольких сотен ампер. В таком режиме электрооборудование работает только от аккумулятора, который подвержен сильному разряду. После запуска мотора автомобильный генератор является основным источником питания.

Во время работы двигателя происходит непрерывная дозарядка аккумулятора и обеспечивается работа электрических потребителей, подключенных к бортовой сети автомобиля. Если генератор выйдет из строя, то аккумуляторная батарея быстро разрядится. После зарядки напряжение аккумулятора и генератора отличается незначительно, поэтому зарядный ток уменьшается.

При работе мощных электроприборов автомобиля и низких оборотах двигателя, общий ток потребления становится выше способности генератора, поэтому реле напряжения переключает питание на аккумулятор.

Крепление и привод

Генератор приводится в действие с помощью шкива двигателя через ременную передачу. Обороты вращения генератора зависят от диаметра шкива генератора и шкива коленвала двигателя.

Современные автомобили оснащены поликлиновым ремнем, так как он обладает большей гибкостью и может приводить в действие шкивы небольшого диаметра. Это позволяет получить большие обороты генератора. Ремень может натягиваться разными способами, в зависимости от марки автомобиля и конструкции натяжителя. Чаще всего в качестве натяжителя используют специальные ролики.

Неисправности
Автогенераторы представляют собой надежное устройство, однако у них также случаются некоторые неисправности, которые делятся на два вида:
  1. Механические неисправности чаще всего возникают вследствие износа деталей: шкива, приводного ремня, подшипников качения, меднографитных щеток. Такие неисправности легко обнаруживаются, так как возникают посторонние шумы, стуки со стороны генератора. Эти поломки устраняют путем замены изношенных деталей, так как восстановлению они не подлежат.
  2. Электрические неисправности возникают гораздо чаще. Они могут выражаться в замыкании обмоток статора или ротора, поломке регулятора напряжения, пробое выпрямителя и т.д. До выявления неисправностей такие поломки могут отрицательно повлиять на аккумуляторную батарею. Например, пробитый регулятор напряжения будет постоянно перезаряжать батарею. При этом нет особых внешних признаков. Это выявляется только с помощью замеров напряжения выхода генератора.

Электрические неисправности также устраняются путем замены неисправных деталей новыми. Замыкание в обмотках требует их перемотки, что значительно повышает стоимость ремонта. В торговой сети можно найти запчасти к генераторам, в том числе и корпус статора с обмотками.

Похожие темы:

Работа, характеристики, преимущества и недостатки

В 1832 году французским изобретателем Ипполитой Пикси (1808-1835) созданы генераторы переменного тока. Некоторые из компаний-производителей генераторов переменного тока в Индии: Abrasive Engineers Private Limited в Дели, Accurion Scientific Instruments Private Limited в Бангалоре, Aditya Techno Private Limited в Нью-Дели, Agni Natural Energy India Private Limited в Бангалоре, Agragami Natures Electric Generating System Private Limited в Бангалоре. , Air Sensors Auto Electronics Private Limited в Нью-Дели, Ajanta Switchgerars Private Limited в Пуне, Alok Electricals Private Limited в Уттар-Прадеше, Ambica Elevator Private Limited в Гуджарате, Amico Engineers Private Limited в Калькутте, Ананд и Ко.Electronics Private Limited в Западной Бенгалии, Anand Technocrats Private Limited в Махараштре.


Что такое генератор?

Генератор переменного тока определяется как машина или генератор, который производит питание переменного тока (переменного тока) и преобразует механическую энергию в электрическую, поэтому его также называют генератором переменного тока или синхронным генератором. Существуют различные типы генераторов переменного тока в зависимости от области применения и конструкции. Генератор морского типа, генератор автомобильного типа, генератор дизель-электрического локомотива, генератор бесщеточного типа и генератор переменного тока радио — это типы генераторов переменного тока, основанные на приложениях.Генератор переменного тока с явным полюсом и цилиндрическим ротором представляет собой тип генератора переменного тока, основанный на конструкции.

генератор

Конструкция генератора

Основными компонентами генератора переменного тока или синхронного генератора являются ротор и статор. Основное различие между ротором и статором заключается в том, что ротор представляет собой вращающуюся часть, а статор не является вращающимся компонентом, что означает, что он является неподвижной частью. Двигатели обычно приводятся в действие ротором и статором.

альтернатор-или-синхронный-генератор

Слово статора основано на стационарном, а слово ротора основано на вращении.Конструкция статора генератора аналогична конструкции статора асинхронного двигателя. Таким образом, конструкция асинхронного двигателя и конструкция синхронного двигателя одинаковы. Таким образом, статор — это неподвижная часть ротора, а ротор — это компонент, который вращается внутри статора. Ротор расположен на валу статора, а ряд электромагнитов, расположенных в цилиндре, заставляет ротор вращаться и создавать магнитное поле. Существует два типа роторов, они показаны на рисунке ниже.

типы роторов
Ротор с явно выраженными полюсами

Значение выступающего выступа наружу, что означает, что полюса ротора выступают наружу из центра ротора. На роторе есть обмотка возбуждения, и для этой обмотки возбуждения будет использоваться источник постоянного тока. Когда мы пропускаем ток через эту обмотку возбуждения, создаются полюса N и S. Выступающие роторы неуравновешены, поэтому скорости ограничены. Этот тип ротора используется на гидроэлектростанциях и дизельных электростанциях. Явнополюсный ротор используется для низкоскоростных машин примерно 120-400 об/мин.

Цилиндрический ротор

Цилиндрический ротор также известен как неявнонаправленный ротор или круглый ротор, и этот ротор используется для высокоскоростных машин со скоростью примерно 1500-3000 об/мин, и примером этого является тепловая электростанция. Этот ротор состоит из стального радиального цилиндра, имеющего ряд пазов, и в этих пазах размещается обмотка возбуждения, и эти обмотки возбуждения всегда соединены последовательно. Его преимущества заключаются в механической прочности, равномерном распределении потока, высокой скорости работы и низком уровне шума.

Двигатель переменного тока бывает разных форм и размеров, но у нас не может быть переменного тока без ротора и статора. Ротор изготовлен из чугуна, а статор — из кремнистой стали. Цены ротора и статора зависят от качества.

Принцип работы генератора

Все генераторы работают по принципу электромагнитной индукции. Согласно этому закону, для производства электричества нам нужен проводник, магнитное поле и механическая энергия. Каждая машина, которая вращает и воспроизводит переменный ток.Чтобы понять принцип работы генератора переменного тока, рассмотрим два противоположных магнитных полюса, северный и южный, и поток движется между этими двумя магнитными полюсами. На рисунке (а) прямоугольная катушка помещена между северным и южным магнитными полюсами. Положение катушки таково, что катушка параллельна потоку, поэтому поток не пересекается и, следовательно, ток не индуцируется. Так что форма волны, сгенерированная в этом положении, равна нулю градусов.

вращение-прямоугольной-катушки-между-двумя-магнитными-полюсами

Если прямоугольная катушка вращается по часовой стрелке вокруг осей а и b, сторона проводника А и В окажется перед южным полюсом, а С и D — перед северным полюсом, как показано на рисунке (b).Итак, теперь мы можем сказать, что движение проводника перпендикулярно силовым линиям от N к S полюсу и проводник отсекает магнитный поток. В этом положении скорость срезания потока проводником максимальна, потому что проводник и поток перпендикулярны друг другу и, следовательно, в проводнике индуцируется ток, и этот ток будет в максимальном положении.

Проводник делает еще один оборот на 90 0 по часовой стрелке, после чего прямоугольная катушка приходит в вертикальное положение.Теперь положение проводника и линии магнитного потока параллельно друг другу, как показано на рисунке (c). На этом рисунке поток не пересекается проводником, и, следовательно, ток не индуцируется. В этом положении форма сигнала уменьшается до нуля градусов, потому что поток не является режущим.

 Во втором полупериоде проводник продолжает вращаться по часовой стрелке еще 90 0 . Итак, здесь прямоугольная катушка занимает горизонтальное положение таким образом, что проводники А и В проходят перед северным полюсом, С и D — перед южным полюсом, как показано на рисунке (г).Снова ток будет течь через проводник, который в настоящее время индуцируется в проводниках A и B из точки B в A, а в проводниках C и D из точки D в C, поэтому форма волны создается в противоположном направлении и достигает максимума. ценность. Затем направление тока обозначают как A, D, C и B, как показано на рисунке (d). Если прямоугольная катушка снова повернется еще на 90 0 , то катушка достигнет того же положения, с которого началось вращение. Следовательно, ток снова упадет до нуля.

В полном цикле ток в проводнике достигает максимума и снижается до нуля, а в обратном направлении проводник достигает максимума и снова достигает нуля. Этот цикл повторяется снова и снова, благодаря этому повторению цикла ток будет индуцироваться в проводнике непрерывно.

waveform-of-one-complete-cycle

Это процесс создания тока и ЭДС одной фазы. Теперь для получения 3-х фаз катушки располагаются со смещением 120 0 каждая.Таким образом, процесс получения тока такой же, как и в однофазном, но разница только в том, что смещение между тремя фазами составляет 120 0 . Это принцип работы генератора.

Характеристики

Характеристики генератора

  1. Выходной ток в зависимости от скорости генератора: Выходной ток уменьшается или уменьшается при уменьшении или уменьшении скорости генератора.
  2. Эффективность при скорости генератора: Эффективность генератора снижается, когда генератор работает на низкой скорости.
  3. Падение тока при повышении температуры генератора: При повышении температуры генератора выходной ток будет уменьшаться или уменьшаться.

Приложения

Применение генератора переменного тока

  • Автомобили
  • Электрогенераторные установки
  • Морское применение
  • Дизель-электрические автопоезда
  • Радиочастотная передача

Преимущества

Преимущества генератора

  • Дешево
  • Малый вес
  • Низкие эксплуатационные расходы
  • Конструкция проста
  • Прочный
  • Более компактный

Недостатки

Недостатки генератора

  • Для генераторов необходимы трансформаторы
  • Генераторы перегреваются при высоком токе

Таким образом, это обзор генератора переменного тока, включая конструкцию, работу, преимущества и области применения.Вот вопрос к вам какая мощность генератора в автомобилях?

 

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 с явно выраженными полюсами выступающие или выступающие полюса монтируются на большой круглой стальной раме, которая крепится к валу генератора.

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.

По какому принципу работает генератор

Генератор переменного тока представляет собой механическое устройство, которое преобразует другие формы энергии в электрическую энергию. Генератор переменного тока обычно состоит из ротора, статора, выпрямителя и торцевой крышки.

Ротор состоит из обмотки сердечника ротора (или магнитного полюса), защитного кольца, центрирующего кольца, контактного кольца, вентилятора и вращающегося вала. Функция ротора заключается в создании магнитного поля. Устанавливается внутри статора. Статор состоит из сердечника статора, проволочных обмоток, основания двигателя и других конструктивных деталей, фиксирующих эти детали. Функция статора – генерировать переменный ток.

Принцип заключается в том, что статор и ротор генератора соединены подшипником и торцевой крышкой, так что ротор может вращаться в статоре, и совершает движение разрезающей магнитной линии, таким образом создавая индукционный потенциал , который выводится через клемму и включается в петлю, и генерируется ток.

Генераторов много, но принцип их работы основан на законе электромагнитной индукции и электромагнитной силы. Следовательно, общий принцип его построения заключается в использовании соответствующих магнитопроводящих и проводящих материалов для формирования магнитных цепей и цепей взаимной электромагнитной индукции для выработки электромагнитной мощности и достижения цели преобразования энергии.

Механическая энергия первичного двигателя преобразуется в выходную электрическую энергию с использованием принципа электромагнитной индукции магнитной силовой линии, индуцированной магнитной силовой линией, разрезающей проволоку.Синхронный генератор состоит из статора и ротора. Статор — это якорь, вырабатывающий электричество, а ротор — это магнитный полюс. Статор состоит из стального сердечника якоря, трехфазной обмотки равномерного разряда, основания и торцевой крышки.

Ротор обычно представляет собой ротор со скрытыми полюсами, состоящий из обмотки возбуждения, стального сердечника и вала, защитного кольца, центрального кольца и так далее. Обмотка возбуждения ротора питается постоянным током, создавая магнитное поле, близкое к синусоидальному распределению (относится к полю ротора), чей эффективный поток поля пересекает статическую обмотку якоря.При вращении ротора магнитное поле ротора вращается вместе с ним, при каждом обороте магнитные линии последовательно разрезают каждую фазную обмотку статора, и в трехфазной обмотке статора индуцируется трехфазный потенциал переменного тока.

Когда генератор работает с симметричной нагрузкой, трехфазный ток якоря комбинируется для создания вращающегося магнитного поля с синхронной скоростью. Магнитное поле статора взаимодействует с магнитным полем ротора, создавая тормозной момент.

Трехфазные обмотки статора генератора укладываются в пазы статора генератора по определенному правилу и отличаются друг от друга на электрический угол 120°. Когда обмотка возбуждения ротора подключена к источнику питания постоянного тока, полюс захвата ротора намагничивается к полюсу N и полюсу S. Линия магнитного поля начинается от полюса N, входит в сердечник статора через небольшой воздушный зазор между ротором и статором и, наконец, возвращается к полюсу S через воздушный зазор.

Спецификация использования

(1) Полярность заземления аккумулятора должна совпадать с полярностью заземления генератора. Следствием неиспользования в соответствии со спецификацией является повреждение диода из-за большого тока разряда диода.

(2) Когда шесть диодов выпрямителя подключены к обмотке статора, категорически запрещается проверять изоляцию генератора с помощью мегомметра или блока питания 220 В переменного тока.В противном случае диод легко пробивается и повреждается.

(3) После выключения двигателя ключ зажигания должен быть выключен. Если вовремя не погасить пламя, батарея продолжит разряжаться, что повлияет на магнитное поле и сократит срок службы батареи.

(4) При работающем генераторе нельзя использовать метод огневых испытаний для проверки выработки электроэнергии. В противном случае легко повредить диод и электронные компоненты.

(5) Регулятор должен быть таким же, как генератор переменного тока, в форме железа, иначе генератор не сможет выдавать напряжение из-за отсутствия тока магнитного поля.И уровень напряжения обоих должен быть одинаковым, иначе система зарядки не сможет работать должным образом.

(6) Если генератор не вырабатывает электроэнергию или зарядный ток мал, следует своевременно устранить неисправность, а проводное соединение между генератором и аккумулятором должно быть прочным. В противном случае легко повредить диоды и электронные компоненты.

(7) Когда генератор установлен на двигателе, центр генератора с канавкой для шкива и центр двигателя с канавкой для шкива должны быть выровнены, а также должна быть установлена ​​соответствующая степень натяжения треугольного ремня.

8) При ранней установке клинового ремня подденьте переднюю крышку генератора с усилием. В противном случае он раздавит элемент.

Синхронный генератор относится к генератору переменного тока (генератор переменного тока), а обмотка статора такая же, как и у асинхронного генератора. Скорость вращения его ротора такая же, как и у вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, поэтому он называется синхронным генератором . Из-за этого ток синхронного генератора опережает напряжение по фазе, то есть синхронный генератор является емкостной нагрузкой.По этой причине во многих случаях для повышения коэффициента мощности системы электроснабжения используют синхронные генераторы.

Как работает система зарядки

Внутри генератора ротор с ременным приводом становится электромагнитом, когда на него подается ток. Когда ротор вращается, он генерирует более высокий ток в обмотках статора.

Автомобиль потребляет довольно много электроэнергии для работы. зажигание и другое электрооборудование.

Если бы сила исходила от обычного батарея , он скоро иссякнет.Итак, в автомобиле есть перезаряжаемый аккумулятор. батарея и система зарядки, чтобы держать его пополненным.

В аккумуляторе есть пары выводов тарелки погружают в смесь серной кислоты и дистиллированной воды.

Половина пластин подключена к каждой Терминал . Электричество, подаваемое на аккумулятор, вызывает химическую реакцию, в результате которой на одном наборе пластин откладывается лишний свинец.

Когда батарея подает электричество, происходит прямо противоположное: лишний свинец растворяется с пластин в результате реакции, которая производит электрический ток. Текущий .

Аккумулятор заряжается от генератор переменного тока на современных машинах, или динамо на более ранних. Оба являются типами генератор , и приводятся в движение ремнем от двигатель .

генератор переменного тока состоит из статор — стационарный комплект проволоки катушка обмотки, внутри которых вращается ротор.

Ротор электромагнит снабжается небольшим количеством электроэнергии через углерод или медно-углеродистый кисти (контакты) касаются двух вращающихся металлических контактные кольца на его валу.

Вращение электромагнита внутри катушек статора генерирует гораздо больше электричества внутри этих катушек.

Электричество есть переменный ток — его направление потока меняется вперед и назад каждый раз, когда ротор поворачивается. Должно быть исправленный — превратился в односторонний поток, или постоянный ток .

Динамо-машина дает постоянный ток, но менее эффективна, особенно при низких двигатель скорости и весит больше, чем генератор.

Сигнальная лампа на панель приборов светится, когда аккумулятор недостаточно заряжен, например, при остановке двигателя.

Также может быть амперметр чтобы показать, сколько электроэнергии вырабатывается, или индикатор состояния батареи, показывающий состояние батареи заряд .

Как работает генератор

Как протекает ток в генераторе

При перемещении магнита по замкнутому контуру провода в проводе возникает электрический ток. Представьте себе петлю из проволоки с магнитом внутри.

Северный полюс магнита проходит через верхнюю часть петли, когда Южный полюс проходит его дно.Оба прохода заставляют ток течь в одном направлении по контуру.

Полюса расходятся, и ток перестает течь, пока южный полюс не достигнет вершины, а северный полюс — низа.

Это снова заставляет ток течь, но в противоположном направлении.

Автомобильный генератор использует электромагнит для увеличения мощности электрического тока.

Как работает динамо

Обмотки возбуждения внутри корпуса представляют собой электромагнит динамо-машины.Ток генерируется во вращающемся якоре.

В динамо-машине электромагниты неподвижны и называются поле катушки. Ток производится в арматура — другой набор катушек, намотанных на вал и вращающихся внутри катушек возбуждения.

Принцип тот же, что и у генератора, но ток идет на коммутатор — металлическое кольцо, разделенное на сегменты, которые касаются угольных щеток, установленных в подпружиненный гиды. Два сегмента касаются пары щеток и подают на них ток.

При вращении якоря ток меняет направление. Но к тому времени под щетки попала еще одна пара сегментов коммутатора, и эта пара подключена наоборот — так что выходящий ток всегда течет в одном направлении.

Регулировка тока на аккумуляторе

Ток от генератора выпрямляется в постоянный с помощью набора диоды которые позволяют току течь через них только в одном направлении.

Для зарядки аккумулятора подаваемое на него напряжение не должно быть слишком низким или слишком высоким.

Генератор переменного тока имеет транзисторное управляющее устройство, которое регулирует напряжение, подавая больший или меньший ток — по мере необходимости — на электромагнит.

Выпрямитель и регулятор обычно находятся внутри корпуса генератора, но на некоторых генераторах они снаружи, на корпусе генератора.

Динамо не нужен выпрямитель — есть регулятор напряжения в отдельной коробке, которая реле .

Одно реле контролирует уровень напряжения, кратковременно отключая ток в катушках возбуждения.

Второе реле предотвращает перезарядку динамо-машины и повреждение аккумулятора.

Принцип работы автомобильного генератора переменного тока со статорным возбуждением

Образец цитирования: Гладышев С., Фельдпауш Т., Натараян Н. и Окраинская И., «Принцип работы автомобильного генератора переменного тока с возбуждением от статора постоянного тока», Технический документ SAE 2004-01-0365, 2004 г. , https://doi.org/10.4271/2004-01-0365.
Скачать ссылку

Автор(ы): С. П. Гладышев, Терри Фельдпауш, Н. Натараджан, И. С. Окраинская

Филиал: Университет Мичиган-Дирборн, Южно-Уральский государственный университет

Страниц: 8

Событие: Всемирный конгресс и выставка SAE 2004

ISSN: 0148-7191

Электронный ISSN: 2688-3627

Также в: Программно-аппаратные системы, системная инженерия, усовершенствованная упаковка электроники и электромагнитная совместимость (Emc) — SP-1857

Принцип работы (автомобиль)

14.8.

Генераторы

14.8.1.

Принцип действия

Принцип работы генератора показан на рис. 14.14. Одиночная петля проводника проходит через полюса подковообразного ярма из мягкого железа. Открытые концы петли образуют выводы для внешней цепи (в данном случае подключенной к лампочке). Постоянный магнит вращается между полюсными наконечниками и создает магнитное поле (линии потока) вокруг ярма.Когда вал ротора приводится в движение ременной передачей вентилятора, постоянный магнит вращается вокруг своей оси. Во время этого вращения по мере изменения ориентации магнита относительно полюсных наконечников магнитное поле в ярме постоянно находится в состоянии нарастания и затухания. В результате силовые линии магнитного потока постоянно пересекают два полупроводника контура. Всякий раз, когда два полюса магнита соприкасаются с полюсами ярма, линии максимального потока пересекают два полупроводника, благодаря чему в петле проводника устанавливается протекание тока под действием ЭДС индукции.

Рис. 14.14. Базовый одноконтурный генератор.
На рис. 14.14A магнит вращается по часовой стрелке, при этом его северный полюс находится слева, а южный полюс — справа от железного ярма. Линии потока циркулируют вокруг ярма по часовой стрелке от Северного к Южному полюсу. Кроме того, движение магнита заставляет линии потока пересекать проводники, а индуцированное напряжение создает ток в петле проводника по часовой стрелке.
На рис. 14.14B магнит теперь поворачивается еще на пол-оборота, так что положение полюсов магнита меняется на противоположное: северный полюс находится с правой стороны ярма, а южный полюс — с левой стороны. . В результате направление линий магнитного потока вокруг ярма направлено против часовой стрелки. Это меняет направление потока генерируемого тока против часовой стрелки.
Таким образом, из-за вращения магнита полюса ярма постоянно меняют свою северную и южную полярность.Следовательно, направление линий потока постоянно меняется на противоположное, так что ток в проводниках непрерывно изменяется от максимального значения в одном направлении до максимального значения в противоположном направлении. Ток с многократно изменяющимся направлением его течения называется переменным током (AC). У двухполюсного магнита изменение его направления
происходит один раз за каждый полный оборот магнита. Выход, произведенный за один полный оборот, называется циклом переменного тока.14.8.2. Конструкция
В генераторах переменного тока на практике используется множество проводниковых обмоток вокруг кольцеобразного ярма, известных как обмотки статора и ярма статора (рис. 14.15А). Кроме того, ротор состоит из двух половин, чтобы еще больше уменьшить колебания напряжения, и каждая половина имеет несколько сегментных полюсов одинаковой полярности, так что при соединении они образуют кольцо из чередующихся северных и южных полюсов (рис. 14.15В).

Рис. 14.15. Генератор. А. Вид в разрезе. B. Графический вид ротора и статора.
Типичный генератор переменного тока (Lucas) в разобранном виде показан на рис. 14.16. Этот генератор переменного тока представляет собой 3-фазную 12-полюсную машину с выпрямителем и микроэлектронным регулятором. Корпус генератора изготовлен из легкого алюминиевого сплава и содержит:
(i) ротор для формирования магнитных полюсов,
(ii) статор для несущих обмоток, в которых генерируется ток, (Hi) выпрямитель. блок для преобразования переменного и постоянного тока и
(iv) регулятор для ограничения выходного напряжения.

Рис. 14.16. Разобранный вид генератора.


Ротор.

Ротор имеет обмотку возбуждения, намотанную на железный сердечник и припрессованную к валу. Железный коготь помещен на каждом конце сердечника, чтобы сформировать 12 магнитных полюсов. Каждая коготь имеет по 6 пальцев, образующих отдельно северный и южный полюса (рис. 14.17).
Обмотка возбуждения магнита намотана на сердечник из мягкого железа. Две угольные щетки трутся о два медных контактных кольца и соприкасаются с обмотками.Используются два типа расположения щеток;
(a) Цилиндрического или бочкообразного типа, в котором два токосъемных кольца расположены рядом.
(6) Торцевой тип, в котором две щетки установлены соосно с валом.
Ротор приводится в движение коленчатым валом через клиноременный шкив и шпонку Вудраффа. Поскольку генераторы переменного тока работают на скоростях до 15 000 об/мин, а натяжение ремня должно быть достаточным для предотвращения проскальзывания на такой высокой скорости, ротор поддерживается на шарикоподшипниках. Эти подшипники смазываются и герметизируются на весь срок службы.Центробежный вентилятор, установленный рядом со шкивом, обеспечивает циркуляцию воздуха через машину для охлаждения полупроводниковых устройств, используемых в системе, и для предотвращения перегрева обмоток.

Рис. 14.17. Конструкция ротора.
Статор. Статор представляет собой ламинированный элемент из мягкого железа, жестко прикрепленный к корпусу, на котором расположены три набора обмоток статора (рис. 14.18). Катушки из сравнительно толстого эмалированного медного провода образуют обмотки статора и расположены таким образом, что в каждой обмотке индуцируются отдельные формы колебаний переменного тока при разрезании меняющимся магнитным потоком.Три набора обмоток могут быть соединены между собой двумя способами: (i) звезда и (ii) треугольник.

Рис. 14.18. Конструкция статора.

Рис. 14.19. Обмотки статора.
Оба типа обмоток статора показаны на рис. 14.19. В схеме «звезда» один конец трех обмоток соединен вместе, а выходной ток подается с концов A, B и C. В схеме «треугольник» три обмотки соединены в форме греческой буквы «А» и вывод снова берется из точек A, B и C.
Основное различие между двумя подключениями заключается в величине выходного сигнала. В конфигурации «звезда» напряжение между любыми двумя выходными точками представляет собой сумму ЭДС, индуцированной в двух связанных обмотках, тогда как напряжение в схеме «треугольник» ограничивается ЭДС, индуцированной только в одной обмотке. Для данной скорости и плотности потока
выходное напряжение обмотки звезды = 1,732 x выходное напряжение обмотки треугольником.
Выход схемы «Звезда» получается в основном от двух обмоток, но суммарно не удваивается.Это связано с тем, что только одна обмотка может быть расположена в любой момент времени в точке максимального магнитного потока, отсюда и значение 1,732, т. е. V3~. Энергия, генерируемая для обоих устройств при заданной скорости, одинакова, и, следовательно, сравнение выходных токов дает
Выходной ток из обмотки треугольника = 1,732 x выходной ток из обмотки звезда.
Большинство генераторов переменного тока для легковых автомобилей используют обмотки звезды, но статор с обмоткой треугольником предпочтительнее для более высокого выходного тока. В некоторых специальных конструкциях мощных генераторов переменного тока обмотки статора могут быть изменены со звезды на треугольник, когда требуется большой выходной ток.
14.8.3.

Выпрямление тока

Для выпрямления генерируемого тока в некоторых генераторах переменного тока установлен внешний селеновый выпрямитель пластинчатого типа, но в большинстве устройств используются полупроводниковые диоды, образующие мостовую сеть. При трехфазном выходе 6 диодов расположены, как показано на рис. 14.20, чтобы обеспечить двухполупериодное выпрямление. Поскольку диоды действуют как односторонний клапан, ток, генерируемый в любой обмотке, всегда течет к аккумулятору через клемму B+.Для протекания этого постоянного тока требуется полная цепь, поэтому для передачи тока от «земли» к активной обмотке используется соответствующий заземляющий диод (в данном случае отрицательный диод).
В дополнение к выпрямлению тока диоды не пропускают ток от аккумулятора, когда выходное напряжение генератора меньше напряжения аккумулятора. Таким образом, диоды исключают использование выключателя, необходимого в системе зарядки динамо-машины. При стационарном генераторе
соединение с генератором B+ находится под напряжением.Это необходимо помнить при демонтаже генератора с двигателя. Перед началом работ с генератором необходимо отсоединить клемму заземления аккумуляторной батареи.
На рис. 14.21 показаны различные варианты крепления выпрямительных диодов. Однако во всех конструкциях полупроводники должны охлаждаться, поэтому диоды обычно монтируют на радиаторе, изготовленном из блока или пластины из алюминиевого сплава.
14.8.4.

Возбуждение поля

В отличие от динамо-машины, в магнитных полюсах присутствует недостаточный остаточный магнетизм, чтобы инициировать процесс зарядки, поэтому батарея первоначально возбуждает (активирует) магниты возбуждения.Ранние генераторы переменного тока включали полевое реле для подключения аккумулятора к полю при включении зажигания. В настоящее время используется система самовозбуждения с тремя полевыми диодами для питания поля ротора частью тока, генерируемого

Рис. 14.20. Схема выпрямителя.

Рис. 14.21. Некоторые распространенные блоки выпрямителей с указанием расположения диода.
генератор переменного тока (рис. 14.22), когда генератор заряжается. Однако машина с самовозбуждением не может обеспечить начальный ток для возбуждения поля, чтобы инициировать процесс зарядки, и поэтому для этого используется сигнальная лампа зарядки.Подсхема контрольной лампы подает начальный ток возбуждения, а также подает сигнал для предупреждения водителя, когда система перестает функционировать.
При включении зажигания для запуска двигателя лампа подключается к аккумулятору, образуя цепь через поле на землю. Затем загорается лампа, и поле возбуждается до степени, контролируемой мощностью лампы. Типичный размер лампы 12 В, 2,2 Вт. С увеличением частоты вращения генератора p.d. на выходе полевых диодов также увеличивается, так что напряжение, подаваемое на лампу, постепенно снижается.Свет медленно тускнеет и, в конце концов, гаснет, когда выходное напряжение генератора становится равным напряжению аккумулятора (т. е. когда генератор включается и начинает заряжаться). На этом этапе полевые диоды обеспечивают общий ток возбуждения. Скорость включения, которая обычно составляет около 1000 об/мин, зависит от тока возбуждения. Чтобы иметь
более раннюю скорость включения, необходимо увеличить мощность лампы. Из вышеизложенного видно, что если лампа перегорела, генератор не заряжается.
Схема выпрямителя и полевого диода, используемая в генераторе переменного тока Lucas типа ACR, показана на рис. 14.22. Кабель от индикатора заряда соединяется с клеммой TND на генераторе, которая, в свою очередь, соединяется со стороной «+» поля.
14.8.5.

Регулировка напряжения

Выходное напряжение генератора должно быть ограничено, чтобы предотвратить перезаряд батареи и защитить электрооборудование от чрезмерного напряжения.Точный контроль напряжения особенно важен в связи с постоянно растущим использованием электронных систем. Такой контроль есть и у

Рис. 14.22. Система самовозбуждающегося поля-9 диодов.
позволяет использовать герметичные батареи, так как возможность перезарядки сведена к минимуму.
На практике трудно добиться регулирования напряжения на автомобильном генераторе, поскольку частота вращения двигателя постоянно меняется. Ранее объяснялось, что выходная мощность генератора без регулирования
возрастает линейно с частотой вращения двигателя.Выходная мощность генератора переменного тока также прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и, в свою очередь, прямо пропорциональна току поля. Регулятор управляет этим током возбуждения в зависимости от выходного напряжения генератора. На рис. 14.23 показана блок-схема действия регулятора, показывающая, как ток возбуждения выключается при увеличении выходного напряжения и снова включается при падении выходного напряжения. Внезапное переключение тока возбуждения не вызывает резких изменений выходного напряжения из-за очень высокой индуктивности обмоток возбуждения (ротора).Весь процесс переключения занимает всего несколько миллисекунд. Многие регуляторы также включают в себя некоторые устройства компенсации температуры, чтобы иметь более высокую скорость заряда в более холодных условиях и снизить скорость в жарких условиях.


Рис. 14.23. Блок-схема для представления действия регулятора.
При осмотре цепей регулятора необходимо знать, где прерывается цепь возбуждения. Это связано с тем, что некоторые схемы генератора переменного тока обеспечивают постоянную подачу питания на обмотки возбуждения от диодов возбуждения, а регулятор переключает сторону земли.В других системах одна сторона обмотки возбуждения постоянно заземлена, и регулятор переключает сторону питания. Эти два метода представлены на рис. 14.24.
При регулировании выходного напряжения напряжение, подаваемое на обмотки возбуждения, не может превышать заданный уровень. Это, в свою очередь, позволяет протекать только небольшому току из-за сопротивления обмоток, так что устанавливается предел для напряженности поля. Это затем ограничивает максимальный ток, который может производить генератор.
Регуляторы могут быть механическими или электронными, последние почти распространены на современных автомобилях.Механический регулятор имеет обмотку, подключенную к выходу генератора переменного тока. Создаваемый в этой обмотке магнетизм пропорционален выходному напряжению. Набор нормально замкнутых контактов закреплен на якоре и удерживается в этом положении пружиной. Через эти контакты осуществляется питание обмотки возбуждения. Когда выходное напряжение превышает предварительно установленное значение
, скажем, 14,2 В, магнетизм в обмотке регулятора преодолевает натяжение пружины, так что контакты снова размыкаются. Это отключает ток возбуждения и приводит к падению выходной мощности генератора.Когда выходное напряжение падает ниже заданного значения, пружина снова замыкает контакты регулятора. Этот процесс продолжается снова и снова. На рис. 14.25 показана упрощенная схема механического регулятора. Этот принцип почти такой же, как очень раннее управление выходным напряжением динамо-машины.
Механические регуляторы страдают от износа контактов и других движущихся частей. Электронные регуляторы не сталкиваются с этой проблемой и с более точным допуском и гораздо более быстрым переключением намного превосходят, обеспечивая более стабильный выходной сигнал, чем механические регуляторы.Они также компактны и устойчивы к вибрации. Благодаря многочисленным преимуществам электронный регулятор теперь почти повсеместно устанавливается на генераторы переменного тока, что сокращает количество необходимых соединительных кабелей.
Ключом к электронному регулированию напряжения является стабилитрон, который можно сконструировать таким образом, чтобы он пробивался и проводил ток в обратном направлении на определенном уровне. Он используется в качестве чувствительного элемента в электронном регуляторе.
Регулятор на машине Lucas 12 В устанавливает напряжение генератора максимум на 14.2 В, что соответствует напряжению полностью заряженной батареи. Поэтому генератор переменного тока должен изменять свой зарядный ток в соответствии с состоянием заряда батареи, что достигается установкой регулятора на одной стороне (земля для генераторов Lucas) поля ротора (рис. 14.26). Регулятор имеет силовой транзистор, который действует как устройство переключения возбуждения. Поток тока регулируется отношением времени, в течение которого переключатель закрыт, к периоду размыкания. При напряжении генератора ниже 14,2 В выключатель замкнут, но на 14.2 В переключатель срабатывает и поддерживает постоянное выходное напряжение независимо от генерируемого тока.

Рис. 14.24. Регулятор напряжения может переключать цепь возбуждения со стороны питания или земли.

Рис. 14.25. Упрощенная схема механического регулятора.
Диод защиты от перенапряжения. Отказ основного транзистора в регуляторе происходит, если плохой контакт или подобная неисправность вызывает внезапное увеличение напряжения при зарядке генератора.Иногда между выводом IND и землей устанавливают диод для защиты от перенапряжения, чтобы предотвратить повреждение регулятора. Диод открывается, когда импульсное напряжение превышает установленное значение. Отказ этого диода, поскольку он постоянно проводит ток, закорачивает поле и препятствует зарядке генератора.

Рис. 14.26. Регулятор управления током возбуждения и защита от перенапряжения.

Конструкция регулятора.

Ранние генераторы переменного тока включали дистанционно расположенный регулятор для управления током возбуждения с помощью либо вибрирующих контактов, либо полупроводниковых переключателей.Сегодня в большинстве автомобилей используется микроэлектронный регулятор, размещенный в корпусе генератора переменного тока, который либо подключается к генератору короткими проводами, либо нажимными клеммами.
На рис. 14.27 показан принцип действия регулятора в упрощенной схеме, построенной на стабилитроне. Этот тип диода не проводит заметный ток до тех пор, пока не будет достигнуто заданное напряжение, и в этой точке он проводит свободно. При достижении заданного напряжения срабатывает диод

Рис. 14.27.Упрощенная схема транзисторного регулятора напряжения.
Полевой транзистор. Так как стабилитрон работает при напряжении менее 14,2 В, для уменьшения подаваемого на диод напряжения установлены резисторы Rl и i?2.
В этой системе управления используется более одного транзистора, что позволяет усилить очень небольшой управляющий ток, обеспечиваемый стабилитроном, управляющими транзисторами до тока, достаточного для работы надежного силового транзистора, переключающего полный ток возбуждения.Когда выходное напряжение генератора низкое, ток течет от «B+» через резистор R3 к базовой цепи T2, а затем к земле. Ток, протекающий через базовую цепь T2, включает транзистор и заставляет поле F соединиться с землей. На этом этапе создается сильное магнитное поле. Часть выходного напряжения по мере его увеличения подается на стабилитрон. При выходном напряжении 14,2 В диод проводит ток в базовую цепь Ti, так что Ti включается.Теперь ток свободно течет через Ti от R3, так что база T2 лишена тока. Следовательно, Т2 отключается и ток через обмотку возбуждения прерывается. Эта последовательность резюмируется в табличной форме следующим образом:

Стабилитрон Ти Т2 Полевая цепь
Нет потока Выкл. На Закрытый
Поток На Выкл. Открыть

Когда выходное напряжение падает ниже своего рабочего значения, стабилитрон переключается обратно в непроводящее состояние, так что транзисторы включаются для восстановления цепи возбуждения.Этот процесс быстро повторяется, чтобы обеспечить постоянное выходное напряжение генератора. Диод Di, установленный на обмотке возбуждения, защищает T2 от воздействия высокого напряжения, когда поле внезапно прерывается быстрым переключением T2.

Цепи измерения напряжения.

Поскольку генератор переменного тока расположен в цепи удаленно от аккумуляторной батареи, подача энергии на другое оборудование изменяет p.d. определяется регулятором, установленным в генераторе.Поэтому иногда от батареи к регулятору отводят отдельный провод, чтобы определить уровень заряда батареи. без изменения напряжения. Эта система называется датчиком батареи.
Альтернативная система, называемая машинным датчиком, имеет внутренний соединительный провод между регулятором и клеммой IND генератора. Эта система ограничивает выходную мощность генератора регулируемым напряжением независимо от внешних нагрузок, подключенных к аккумулятору.

Регулятор с датчиком батареи.

В схеме, показанной на рис. 14.28, генератор переменного тока оснащен регулятором Lucas 8TR для измерения напряжения аккумуляторной батареи. Этот регулятор использует три транзистора и работает аналогично системам, показанным на рисунке. Кабель, подключенный между батареей
и клеммой B+ регулятора, действует как измерительный провод. Напряжение, подаваемое на B+, сигнализирует стабилитрону, что он начинает проводить ток.

Регулятор с механическим датчиком.

Когда в этой схеме используется блок Lucas 8TR, регулятор имеет схему, аналогичную рис.14.28, за исключением того, что регулировочный провод В+ внутренне соединен с клеммой «+». Эта компоновка измеряет напряжение, подаваемое на IND конец обмотки возбуждения. Регулятор имеет три контакта «+» (желтый), «F» (зеленый) и «-» (черный). Более поздние версии регулятора, такие как Lucas 14TR, используют усилитель Дарлингтона для переключения обмотки возбуждения в тяжелых условиях. Типичная схема с машинным датчиком показана на рис. 14.29.
Используются два дополнительных резистора R3 и R5 и два конденсатора Ci и C2.Эта подсхема позволяет регулятору колебаться с частотой, регулируемой внутренней постоянной времени

Рис. 14.29. Регулятор с механическим датчиком (Lucas).
обеспечивается зарядно-разрядным действием конденсаторов. Это обеспечивает быстрое включение и выключение транзистора Т”3. Регулятор управляет выходным напряжением, чтобы модулировать отношение метки к интервалу, т. е. отношение между закрытым и открытым периодами (рис. 14.29). Плоские соединители, используемые в регуляторах типа Lucas 16TR-21 TR, повышают надежность за счет устранения соединительных кабелей, которые образуют интегральную схему со статором и системой возбуждения.

Рис. 14.30. Принципиальная схема регулятора Bosch EL.

Рис. 14.31. Изменение отклика регулятора в зависимости от температуры.
Принципиальная схема гибридного регулятора Bosch типа EL показана на рис. 14.30. Этот регулятор поставляется в комплекте с угольными щетками и коробкой для щеток. Регулятор установлен на задней части генератора. Гибридная система соединяет дискретные компоненты на керамической пластине с использованием пленочных технологий. Сердцем регулятора является ИС, содержащая чувствительные элементы и компоненты температурной компенсации.ИС управляет выходным каскадом, таким как пара Дарлингтона. Такой подход приводит к очень компактному устройству, которое очень надежно благодаря меньшему количеству компонентов и соединений. Изменение отклика регулятора в зависимости от температуры представлено на рис. 14.31.
Защита от перенапряжения также включена в некоторые приложения для предотвращения повреждения электронных компонентов. В автомобильной аккумуляторной системе напряжение генератора часто не превышает 20 В из-за низкого сопротивления и эффекта гашения аккумулятора даже в случае отказа регулятора.Если генератор работает с отсоединенной батареей (что не рекомендуется), зенеровский диод, подключенный к выходу, обеспечивает некоторую защиту. Диод Зенера проводит и поддерживает напряжение системы в разумных пределах, когда напряжение системы превышает порог пробоя.
14.8.6.

Характеристики генератора

Кривые характеристик генератора обозначены как выходной ток (при стабилизированном напряжении) в зависимости от оборотов генератора и входная мощность в зависимости от входных оборотов.На рис. 14.32 показаны типичные кривые характеристик генератора переменного тока, построенные при определенных условиях, таких как регулируемое выходное напряжение и постоянная температура (300 К). Кривая, показанная на рис. 14.32, соответствует генератору, подходящему для примера применения, приведенного в разделе 14.6. Чтобы понять рабочие характеристики генератора переменного тока, обычно наблюдают за кривыми
(а) частота вращения,
(б) диапазон частоты вращения холостого хода,
(в) скорость, при которой достигается две трети номинальной мощности,
(d) номинальная выходная скорость,
(e) максимальная скорость,
(/) диапазон выходного тока холостого хода,
ig) ток при двух третях от номинальной мощности,
(h) номинальная мощность и
(i) максимальная мощность.Графики чаще всего используются для определения размера генератора
для конкретного применения. Кривая мощности помогает определить тип приводного ремня, необходимого для передачи мощности или крутящего момента на генератор переменного тока. Кривая мощности и кривая тока могут использоваться вместе для определения эффективности генератора переменного тока. При любой конкретной скорости при производстве максимальной производительности для этой скорости эффективность любой машины рассчитывается по формуле:
Эффективность = (выходная мощность/входящая мощность) 100%.
В этом случае при 8000 об/мин
Выходная мощность = 14 В x 70 А = 980 Вт
Входная мощность = 2200 Вт
Следовательно, КПД = (980/2200) x 100% = 45%.
Эффективность при двух третях максимальной мощности:
Выходная мощность = 14 В x 45 А = 630 Вт
Входная мощность = 1000 Вт
Таким образом, эффективность = 63%.
На этих рисунках показаны потери мощности в процессе генерации. Потери в железе, потери в меди, ветер и трение в основном способствуют неэффективности. Энергия теряется в виде тепла.

Рис. 14.32. Типичная характеристика генератора переменного тока.


Автомобильный генератор переменного тока | Цепи переменного тока

Детали проекта и материалы

  • Автомобильный генератор переменного тока (требуется один, но рекомендуется два)

Старые генераторы переменного тока можно приобрести по низким ценам на автомобильных свалках.Во многих дворах для вашего удобства генераторы переменного тока уже сняты с автомобилей. Я рекомендую , а не , заплатить полную цену за новый генератор переменного тока, поскольку бывшие в употреблении блоки стоят гораздо меньше денег и так же хорошо подходят для целей этого эксперимента.

Я настоятельно рекомендую использовать генератор переменного тока марки Delco-Remy. Этот тип используется на автомобилях General Motors (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile). Одна конкретная модель производилась Delco-Remy с начала 1960-х годов с небольшими изменениями в конструкции.Это очень распространенная единица, которую можно найти на свалке, и с ней очень легко работать.

Если у вас есть два генератора переменного тока, вы можете использовать один как генератор, а другой как двигатель. Шаги, необходимые для подготовки генератора переменного тока в качестве трехфазного генератора и трехфазного двигателя, одинаковы.

Перекрестные ссылки

Уроки электрических цепей , том 1, глава 14: «Магнетизм и электромагнетизм»

Уроки электрических цепей , том 2, глава 10: «Многофазные цепи переменного тока»

Цели обучения
  • Для определения эффектов электромагнетизма
  • Для определения эффектов электромагнитной индукции
  • Для иллюстрации конструкции реальных электромагнитных машин
  • Для иллюстрации конструкции и применения трехфазных обмоток

 

Схема автомобильного генератора переменного тока

 

 

Автомобильный генератор представляет собой трехфазный генератор со встроенной выпрямительной схемой, состоящей из шести диодов.Поскольку шкив (большинство людей называют его «шкивом») вращается ремнем, соединенным с коленчатым валом автомобильного двигателя, магнит вращается мимо стационарного набора трехфазных обмоток (называемых статором ), обычно соединенных в Y конфигурация.

Вращающийся магнит на самом деле является электромагнитом, а не постоянным магнитом. Генераторы переменного тока сконструированы таким образом, чтобы можно было контролировать напряженность магнитного поля, чтобы выходное напряжение можно было регулировать независимо от скорости вращения ротора.

Эта магнитная катушка ротора (называемая катушкой возбуждения или просто катушкой возбуждения ) питается от батареи, поэтому для генерации большой выходной мощности требуется небольшое количество электроэнергии, подводимой к генератору переменного тока.

Электроэнергия подается на катушку вращающегося поля через пару медных «токосъемных колец», установленных концентрически на валу, контактирующих с неподвижными угольными «щетками». Щетки удерживаются в плотном контакте с контактными кольцами за счет давления пружины.

Многие современные генераторы переменного тока оснащены встроенными схемами «регулятора», которые автоматически включают и выключают питание батареи на обмотке ротора для регулирования выходного напряжения. Эта цепь, если она присутствует в генераторе переменного тока, который вы выбрали для эксперимента, не нужна и будет только мешать вашему исследованию, если оставить ее на месте.

Не стесняйтесь «хирургически удалить» его, просто убедитесь, что вы оставили доступ к клеммам щеток, чтобы вы могли питать катушку возбуждения с полностью собранным генератором переменного тока.

 

Иллюстрация автомобильного генератора

 

 

Инструкции по проведению экспериментов

Во-первых, обратитесь к руководству по ремонту автомобиля, чтобы узнать подробности о вашем генераторе. Документация, представленная в книге, которую вы сейчас читаете, является настолько общей, насколько это возможно, для различных марок генераторов переменного тока. Вам может понадобиться более конкретная информация, и лучше всего ее получить в руководстве по обслуживанию.

В этом эксперименте вы будете подключать провода к катушкам внутри генератора переменного тока и протягивать их за пределы корпуса генератора, чтобы упростить подключение к испытательному оборудованию и цепям. К сожалению, клеммы для подключения, предоставленные производителем, здесь нам не подходят, поэтому необходимо делать подключения самостоятельно.

Разберите устройство и найдите клеммы для подключения к двум угольным щеткам. Припаяйте к этим клеммам пару проводов (размером не менее 20 калибра) и протяните эти провода через вентиляционные отверстия в корпусе генератора, убедившись, что они не зацепятся за вращающийся ротор при повторной сборке и использовании генератора.

Найдите соединения трехфазной линии, идущие от обмоток статора, и также подсоедините к ним провода, выводя эти провода за пределы корпуса генератора через несколько вентиляционных отверстий. Для этих проводов используйте провод самого большого сечения, с которым удобно работать, так как по ним может проходить значительный ток.

Как и провода возбуждения, проложите их таким образом, чтобы ротор мог свободно вращаться при повторной сборке генератора. Клеммы линии обмотки статора легко найти: три из них подключаются к трем клеммам на диодной сборке, обычно с «кольцевыми наконечниками», припаянными к концам проводов.

 

 

Я рекомендую вам припаять кольцевые клеммы к вашим проводам и прикрепить их под гайками клемм вместе с концами проводов статора, чтобы каждая клемма диодного блока закрепляла два кольцевых наконечника.

Соберите генератор, закрепив угольные щетки в убранном положении, чтобы ротор не повредил их при повторной установке. В генераторах Delco-Remy на задней половине корпуса, а также в передней части узла держателя щеток предусмотрено небольшое отверстие, через которое можно вставить скрепку или тонкую проволоку, чтобы удерживать щетки от давления пружины. .Обратитесь к руководству по обслуживанию для получения более подробной информации о сборке генератора переменного тока.

После сборки генератора попробуйте провернуть вал и прислушайтесь к любым звукам, указывающим на сталкивающиеся детали или зацепившиеся провода. Если есть такая проблема, разберите его снова и исправьте все, что не так.

Если и когда он свободно крутится как надо, подключите два «полевых» провода к 6-вольтовой батарее. Подсоедините вольтметр к любым двум трехфазным линиям:

 

 

При мультиметре, настроенном на функцию «Напряжение постоянного тока», медленно вращайте вал генератора.Показания вольтметра должны чередоваться с положительными и отрицательными при вращении вала: демонстрация генерации очень медленного переменного напряжения (напряжения переменного тока). Если этот тест прошел успешно, переключите мультиметр на настройку «AC volts» и повторите попытку. Попробуйте вращать вал медленно и быстро, сравнивая показания вольтметра между двумя условиями.

Замкните накоротко любые два провода трехфазной линии и попробуйте запустить генератор. Что вы должны заметить, так это то, что вал генератора становится труднее вращаться.Большая электрическая нагрузка, которую вы создали из-за короткого замыкания, создает большую механическую нагрузку на генератор переменного тока, поскольку механическая энергия преобразуется в электрическую.

Теперь попробуйте подключить 12 вольт постоянного тока к полевым проводам. Повторите описанные выше тесты вольтметра постоянного тока, вольтметра переменного тока и короткого замыкания. Какие различия вы заметили?

Найдите какие-нибудь нечувствительные к полярности нагрузки на 6 или 12 вольт, например маленькие лампы накаливания, и подключите их к трехфазным линейным проводам.Оберните тонкую веревку или тяжелую веревку вокруг канавки шкива («шкива») и быстро раскрутите генератор переменного тока, и нагрузки должны работать.

Если у вас есть второй генератор переменного тока, модифицируйте его так же, как вы модифицировали первый, подключив пять собственных проводов к клеммам щеток возбуждения и линии статора соответственно. Затем вы можете использовать его как трехфазный двигатель, питаемый от первого генератора переменного тока.

Подсоедините каждый из проводов трехфазной линии первого генератора к соответствующим проводам второго генератора.Подключите полевые провода одного генератора к 6-вольтовой батарее. Этот генератор будет генератором. Оберните веревку вокруг шкива, чтобы подготовить его к вращению. Возьмите два провода возбуждения второго генератора и соедините их вместе. Этот генератор будет двигателем:

 

 

Вращайте вал генератора, наблюдая за вращением вала двигателя. Попробуйте поменять местами любые два соединения трехфазной линии между двумя блоками и снова запустить генератор.Что изменилось на этот раз?

Подсоедините провода возбуждения моторного блока к 6-вольтовой батарее (вы можете параллельно соединить это поле с полем генератора через те же клеммы батареи, если батарея достаточно мощная, чтобы подавать ток в несколько ампер). обе катушки будут стягиваться). Это намагнитит ротор двигателя. Попробуйте снова прокрутить генератор и обратите внимание на любые различия в работе.

В первой установке двигателя, где провода возбуждения были просто закорочены, двигатель работал как асинхронный двигатель .Во второй установке, где ротор двигателя был намагничен, он работал как синхронный двигатель .

Поднимите свой модифицированный генератор на новый уровень

Если вы чувствуете себя особенно честолюбивым и хорошо разбираетесь в методах изготовления металлов, вы можете сделать свою собственную мощную генераторную платформу, подключив модифицированный генератор переменного тока к велосипеду. Я построил расположение, которое выглядит так:

 

 

Заднее колесо приводит в движение шкив генератора с помощью длинного клинового ремня .Этот ремень также поддерживает заднюю часть велосипеда, поддерживая постоянное натяжение, когда велосипедист крутит педали. Генератор висит на стальной опорной конструкции (я использовал сварную 2-дюймовую квадратную трубу, но раму можно было сделать из дерева). Этот тренажер не только практичен, но и достаточно надежен, чтобы его можно было использовать в качестве тренажера, а его изготовление недорого:

 

 

За блоком велосипеда (в левом нижнем углу фотографии) виден блок из трех лампочек «РВ» на 12 вольт, которые я использую в качестве нагрузки при езде на велосипеде в качестве тренажера.В передней части велосипеда установлен набор из трех переключателей, с помощью которых я могу включать и выключать нагрузки во время езды.

Путем выпрямления вырабатываемой трехфазной мощности переменного тока генератор переменного тока может питать собственную катушку возбуждения постоянным напряжением, что устраняет необходимость в батарее. Тем не менее, для запуска по-прежнему будет необходим некоторый независимый источник постоянного напряжения, так как катушка возбуждения должна быть запитана , прежде чем сможет производить любую мощность переменного тока.

0 comments on “Генератор переменного тока устройство и принцип действия: Генератор переменного тока, устройство и принцип работы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.