Генератор переменного тока простейший: Простейшие генератор и электродвигатель

Простейшие генератор и электродвигатель

Рис. 9.3. Схема простейшего генератора однофазного переменного тока

Простейший генератор (рис. 9.3) однофазного переменного тока в отличие от генератора постоянного тока вместо коллектора имеет контактные кольца, ток с которых снимается щетками. Каждое из этих колец при любом положении рамки постоянно соединено с одним и тем же проводом внешней цепи. Поэтому при вращении рамки ток в цепи меняется не только по величине (от максимума до 0), но и по направлению.

В обмотки возбуждения полюсов подается постоянный ток от постороннего источника.

На практике получили распространение трехфазные генераторы переменного тока, которые гораздо проще по конструкции и надежнее в эксплуатации, чем однофазные.

Простейший электродвигатель. Если проводник с током поместить в магнитное поле, то в результате взаимодействия поля проводника и поля магнита проводник будет перемещаться в направлении, перпендикулярном к магнитным силовым линиям магнита.

С одной стороны проводника силовые линии его магнитного поля направлены в ту же сторону, что и силовые линии поля магнита, т. е. силовые линии сгущаются. С другой стороны проводника его силовые линии направлены навстречу силовым линиям поля магнита, т. е. силовые линии разрежаются. При этом проводник с током выталкивается в ту сторону, где магнитные силовые линии расположены реже.

Направление движения проводника зависит от расположения полюсов, а также направления тока в проводнике.

Механическая сила, действующая на проводник с током, пропорциональна магнитному полю полюсов магнита, току в проводнике и его длине.

Взаимодействие проводника с током в магнитном поле положено в основу действия элетродвигателей, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую.

Рис. 9.4. Схема простейшего электродвигателя постоянного тока: а—взаимодействие магнитного поля рамки с полем магнита; б — схема электродвигателя

Конструкция простейшего электродвигателя (рис. 9.4) постоянного тока представляет собой виток провода в виде рамки, помещенной между полюсами постоянного магнита (рис. 9.4, а) или полюсами электромагнита (рис. 9.4, б) с катушками обмотки возбуждения.

При пропускании через рамку постоянного тока ее верхний провод в силу взаимодействия магнитных полей тока и магнита будет выталкиваться вправо, а нижний — влево (см. рис. 9.4, а). В результате рамка повернется по часовой стрелке.

Когда рамка достигнет горизонтального положения, направление тока в ней при помощи коллектора, состоящего из двух полуколец (см. рис. 9.4, б) и скользящих по ним щеток, изменится на обратное, и рамка продолжит свое вращение по часовой стрелке.

В реальных конструкциях электродвигателей, в том числе и в автомобильных стартерах, для повышения равномерности вращения и получения необходимого крутящего момента вместо рамки из одного витка между полосами помещают обмотку из нескольких десятков витков. Такая обмотка помещается на сердечнике якоря. Наличие сердечника позволяет уменьшить воздушный промежуток между полюсами и избежать нежелательного ослабления магнитного поля.

Если две обмотки расположить на сердечнике недалеко друг от друга и по обмотке (рис. 9.5, а) пропустить постоянный электрический ток, прерывая его прерывателем Пр, то вокруг сердечника будет то возникать, то исчезать магнитное поле. Магнитные силовые линии этого поля, персекая витки вторичной обмотки будут индуктировать в них э.д.с. взаимоиндукции, так как э.д.с. индуктируется не только при перемещении проводника в магнитном поле, но и при всяком изменении этого поля.

Э.д.с. взаимоиндукции возрастает при увеличении числа витков вторичной обмотки, при более сильном магнитном поле первичной обмотки и более быстром исчезновении магнитного поля. На принципе взаимоиндукции работают катушки зажигания автомобилей.

При замыкании и размыкании контактов прерывателя Пр витки обмотки также пересекаются магнитными силовыми линиями и в обмотке индуктируется э.д.с. самоиндукции.

Э.д.с. самоиндукции действует против тока при замыкании контактов прерывателя Пр (рис. 9.5, б), замедляя нарастание силы тока в обмотке. При размыкании контактов прерывателя Пр э.д.с. самоиндукции действует в направлении движения тока (рис. 9.5, в) и создает искру между контактами.

Таким образом, возникновение э.д.с. самоиндукции в первичной обмотке влечет за собой снижение э.д.с. во вторичной обмотке. Для ликвидации вредного действия э.д.с. самоиндукции параллельно контактам прерывателя включают конденсатор, который способствует увеличению э.д.с. во вторичной обмотке и уменьшению окисления контактов прерывателя.

Принцип работы генератора переменного тока и особенности функционирования

Содержание

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

Принцип работы генератора переменного тока напрямую зависит от его вида.

Устройство машины электрического типа

В зависимости от конструкционных характеристик, все устройства ПТ данного типа могут быть представлены:
  1. электротехническими машинами, имеющими недвижимые магнитные полюсы и вращающуюся якорную часть;
  2. электротехническими машинами, имеющими вращающиеся магнитные полюсы и недвижимую статорную часть.

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

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

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

Устройство генератора переменного тока

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

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

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

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

Какое явление используется в работе генератора переменного тока?

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

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

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

Простейший генератор переменного тока

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

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

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

Генератор переменного тока (Автомобильный)

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

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

Принцип работы генератора переменного тока

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

Асинхронные генераторы

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

S = (ω – ωr)/ ω

Двигатель асинхронный трехфазный

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

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

Синхронные генераторы

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

ω = 60 × F / Р,

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

Системы возбуждения синхронных генераторов

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

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

Автомобильные электротехнические машины

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

Устройство автомобильного генератора

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

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

Особенности функционирования

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

Такая сила проявляется под воздействием изменений интенсивности магнитных полей.

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

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

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

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?

Электромеханический индукционный генератор переменного тока

1. Электромеханический индукционный генератор переменного тока.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ
ИНДУКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

2. Генерирование электрической энергии.

Генератор – устройство превращающее энергию различного вида
в электрическую. Генераторы вырабатывают электрический ток.
Примеры генераторов: гальванические элементы,
электростатические машины, солнечные батареи и др. В
зависимости от характеристик применяются генераторы
различных типов.
С помощью электростатических машин можно создать очень
высокое напряжение, но при этом сила тока будет очень
невелика. А с помощью гальванических элементов можно создать
приемлемую силу тока, но они могут работать лишь
непродолжительное время.

3. Принцип действия простейшего генератора переменного тока.

Простейший генератор
переменного тока состоит из
проволочной рамки,
вращающейся между полюсами
неподвижного магнита. Каждый
конец рамки соединен со своим
контактным кольцом,
скользящим по
электропроводной угольной
щетке. Электрический ток течет
к внутреннему контактному
кольцу, когда соединенная с
ним половина рамки проходит
мимо северного полюса
магнита, и, наоборот, к
внешнему контактному кольцу,
когда мимо северного полюса
проходит другая половина
рамки.

4. Конструктивные особенности генераторов переменного тока

Магнит не будет создавать электрический
ток до тех пор, пока его силовые линии не
начнут пересекать проволочную петлю.
Когда полюс магнита вдвигается в
проволочную петлю, в ней возникает
электрический ток.
Если магнит прекращает движение,
электрический ток исчезает. Когда магнит
вынимается из проволочной петли, в ней
индуцируется электрический ток, текущий
в противоположном направлении
.

5. Применение.

Обеспечиваются током объекты, линии
электропередач которых временно
отключены или повреждены.
Если электричество
работает нестабильно или с
перебоями: перерывы в подаче тока,
скачки напряжения и тому подобное.
Более компактные генераторы
применяются в автомобилях.

Простейший генератор переменного тока

Не все существующие электросети (в особенности действующие в удалённых от городов регионах) могут обеспечить потребителя полноценным питанием, подходящим для работы современного бытового оборудования. В связи с низким качеством поступающего с подстанций напряжения и его частыми отключениями многие пользователи вынуждены задумываться о том, чтобы изготовить самодельный генератор электроэнергии. С тем, как выглядит такой асинхронный генератор внешне, можно ознакомиться на рис. ниже.

Указанный подход к решению проблемы электропитания за городом позволяет существенно сэкономить в сравнении с ситуацией, когда генераторное оборудование приобретается через торговую сеть в готовом виде.

Эффект обратимости

Известно, что принцип работы любого генерирующего электрический ток устройства основан на преобразовании одной формы энергии (тепла, например) в необходимый для электропитания оборудования вид. Можно воспользоваться так называемыми альтернативными (их ещё называют возобновляемыми) источниками энергоснабжения, однако указанный способ связан с ещё большими материальными и производственными издержками.

Гораздо проще и экономнее сделать самодельный генератор тока, воспользовавшись потенциальными возможностями имеющегося в распоряжении пользователя старого асинхронного электродвигателя.

Основанием для такого изготовления является известный в электротехнике принцип обратимости процессов взаимодействия электромагнитных полей, что объясняется спецификой происходящих при этом электрических процессов. Если в двигателе трёхфазную энергию тока используют для превращения её в механическое вращение вала, то в генераторе всё происходит строго наоборот. В этих агрегатах принудительное вращение якоря трансформируется в текущий по фазным обмоткам электрический ток, мощность которого расходуется на обслуживание потребителя (смотрите рисунок ниже).

Таким образом, перед тем, как сделать образец самодельного электрогенератора из бывшего в употреблении асинхронного двигателя в самом общем случае необходимо проделать следующие манипуляции:

  • Клеммы, на которые подаётся трёхфазное (или однофазное – для коллекторных образцов изделий) напряжение нужно превратить в выходные контакты генератора;
  • К подвижной части генератора, от которой работал тот или иной механизм (станок, например) следует приспособить привод от внешнего источника механического вращательного импульса;

Дополнительная информация. В качестве такого источника может применяться любой подходящий для конкретных условий движитель, вращающийся под воздействием энергии сгорающего топлива (бензина, газа или солярки). При наличии в частном хозяйстве ветряка или самодельной водяной мельницы решение вопроса с приводом существенно упрощается.

  • Из-за дороговизны бензина в условиях загородного хозяйства единственно приемлемым вариантом является изготовление небольшой электростанции, работающей от дизельного движка или на газу.

В этом случае работающий на сравнительно дешёвом топливе двигатель через специальную приводную муфту подсоединяется к валу сооружаемой конструкции, которая после небольшой доработки превращается в генератор переменного тока.

Выбор конструкции

Изготовить генератор из асинхронного двигателя можно вполне успешно, если внимательно изучить конструкцию и устройство каждого из указанных механизмов. Рассмотрим сначала типовой асинхронный двигатель, работающий по принципу скольжения ротора в отстающем по фазе электромагнитном поле статора. Неподвижная часть этого агрегата (статор) оборудуется, как известно, тремя катушками, смещёнными относительно друг друга в пространстве на 120 геометрических градусов.

За счёт взаимодействия подвижного и неподвижного поля в статорных катушках наводится переменное напряжение, представленное последовательностью трёх рабочих фаз (А, В и С).

Более простой вариант изготовления синхронной машины (генератора) предполагает применение б/у коллекторного однофазного двигателя, имеющего в своём составе устройство смещения фазы на конденсаторе фиксированной ёмкости.

Изготовление однофазной системы существенно упрощает конструкцию будущего генератора, но мощность такого изделия сравнительно невелика. Это обстоятельство не позволяет использовать его для питания некоторых образцов однофазных силовых агрегатов (скважинного насоса, например).

Обратите внимание! Однофазного устройства, собранного на базе коллекторного движка, по мощности может хватить разве что на энергоснабжение домашней осветительной сети.

В случаях, когда возникает необходимость в подключении к питающей линии более мощного силового оборудования, единственно правильное решение – изготовить генератор из асинхронного механизма (рисунок ниже).

Рассмотрим, как можно переделать этот механизм в трехфазный генератор, более подробно.

Порядок доработки обмоток

Прежде чем сделать генератор из асинхронного двигателя, следует разобраться с его статорными катушками, соединёнными между собой и включаемыми в питающую линию по определённой схеме.

Дополнительная информация. Для классического подключения асинхронных механизмов используются два типа включения статорных обмоток: по так называемой схеме «звезда» или «в треугольник».

В первом случае все три линейных катушки (А, В и С) с одной стороны объединяются в общий нулевой провод, в то время как вторые их концы подключаются к трём фазным линиям. При включении «треугольником» конец одной катушки соединяется с началом второй, а её конец, в свою очередь, – с началом третьей обмотки и так далее вплоть до замыкания цепочки.

В результате такого подключения образуется правильная геометрическая фигура, вершины которой соответствуют трём фазным проводам, а нулевой провод вообще отсутствует.

Из соображений простоты монтажа и безопасности эксплуатации в бытовых схемах обычно выбирается подключение типа «звезда», обеспечивающее возможность организации местного (повторного) защитного заземления.

При доработке двигателя следует снять крышку распределительной коробки и получить доступ к клеммам, на которые в нормальных условиях поступает трёхфазное питающее напряжение. В генераторном режиме к этим контактам следует подсоединить питающую линию с подключёнными к ней бытовыми трёхфазными потребителями.

Для организации однофазного питания (розеточных линий и цепей освещения, в частности) их нужно будет подключить одним концом к выбранному фазному контакту А, В или С, а другим – к общему нулевому проводу. Порядок подсоединения проводов к асинхронному двигателю приводится на следующем рисунке.

Важно! В случае нескольких линейных (однофазных) нагрузок необходимо распределить их по фазам таким образом, чтобы те были загружены более-менее равномерно.

Таким образом, генератор своими руками, собранный из трёхфазного двигателя, будет нагружен на все питающие цепи, а конечные потребители получат полагающиеся им нормативные мощности.

Организация приводной части

В бытовых условиях в качестве механического привода, как правило, используются типовые бензогенераторы, с которых момент вращения передаётся непосредственно на рабочий вал. Основная проблема при таком подключении – организация надёжного муфтового сцепления, полностью передающего крутящий момент на ось якоря генератора (в данной ситуации его функцию выполняет ротор двигателя).

При её обустройстве самый оптимальный вариант – это обратиться за помощью к профессиональным механикам, которые помогут организовать муфтовое соединение требуемого качества и надёжности.

Обратите внимание! Ротор переделываемого механизма напоминает по своей конструкции обмотку статора с тремя сдвинутыми на 120 градусов обмотками (он называется в этом случае фазным).

Линейные выводы каждой из обмоток соединяются со съёмными контактными кольцами, посредством которых на механизм двигателя через графитовые щётки подавалось запускающее напряжение. Если оставить всё как было, получается очень непростая в изготовлении и обслуживании конструкция, использовать которую в составе будущего генератора не имеет смысла.

Для удобства переделки лучше всего воспользоваться схемой короткозамкнутой подвижной части, которая может быть получена путём закорачивания рабочих выводов каждой из катушек фазного ротора.

Генератор на постоянных магнитах

Известен ещё один способ обустройства бытовых генераторов, состоящий в использовании при изготовлении мощных постоянных магнитов и ряда дополнительных приспособлений (в некоторых средствах массовой информации их ещё называют «вечными»).

Принцип работы такого источника энергии на магнитах состоит во взаимодействии эм полей, создаваемых постоянными магнитными заготовками, жёстко закреплёнными на статорной и роторной части устройства (смотрите рисунок ниже).

Основное преимущество таких двигателей, выполняющих функцию генератора, – отсутствие потребности в источнике внешней энергии или в топливе. Однако и в данном случае не обходится без недостатков, проявляющихся, в первую очередь, в том, что сильные магнитные поля могут негативно сказываться на здоровье обслуживающего персонала.

С учётом этого недостатка во всех остальных ситуациях такой электромотор широко применяется в различных приводных узлах, нередко устанавливаемых на промышленном оборудовании. В качестве примера может быть приведён известный среди специалистов генератор, под обозначением «г 303».

В заключение обзора самодельных генераторов следует заметить, что для переделки их из асинхронных двигателей может потребоваться целый комплект специального съёмного инструмента, по своему составу напоминающий автомобильное оборудование.

Видео

В большинстве современных генераторов используется традиционный принцип действия вращающегося магнитного поля.

Электрический генератор переменного тока

  1. Устройствами, имеющими неподвижную часть в виде статора и вращающийся элемент, который представлен магнитными полюсами. Данный тип популярен у потребителей и очень активно эксплуатируется благодаря наличию неподвижной обмоточной части, не требующей снимать избыточную нагрузку электрической сети.
  2. Устройствами электрического типа, имеющими вращающийся якорь и магнитные неподвижные полюса.

Таким образом, в конструкцию генератора любого типа входят две наиболее важные части: подвижная и неподвижная, а также некоторые связующие элементы, представленные щетками и проводными соединениями. Электрогенераторами переменного тока производится как активная энергия, так и реактивная, передающаяся и распределяемая по электросетям.

Типы генераторов переменного тока

Существует несколько типов машин или установок, предназначенных для преобразования неэлектрического вида энергии в электроэнергию.

Самые популярные виды представлены:

  • компактным преобразователем Стирлинга, имеющим линейный генератор ПТ;
  • однофазным генератором ПТ;
  • двухфазным генератором ПТ;
  • трехфазным генератором ПТ;
  • генератором ПТ на 380 Вольт без наличия двигателя;
  • стандартным генератором ПТ на 220 Вольт;
  • генератором ПТ на тиристоре;
  • синхронным генератором ПТ;
  • индукционным;
  • переносными.

Генератор переменного тока ЭГВ – 32 У1

В зависимости от конструкционных особенностей выделяются устройства, имеющие:

  1. неподвижные магнитные полюса и вращающийся якорь;
  2. вращающиеся магнитные полюса и неподвижный статор.

В зависимости от способа возбуждения:

  • с обмотками возбуждения, питающимися постоянными токовыми величинами с использованием посторонних источников электроэнергии, включая аккумуляторные батареи;
  • с обмотками возбуждения, питающимися с использованием сторонних генераторов ПТ, которые отличаются маломощными токами с одного вала;
  • с обмотками самовозбуждения, питающимися выпрямленными токовыми величинами;
  • с возбуждением, получаемым в процессе функционирования магнитных элементов постоянного типа.

В зависимости от типа соединения фазной обмотки:

  1. не обладающая практическим значением система Тесла;
  2. подсоединение типа «Звезда»;
  3. подсоединение типа «Треугольник»;
  4. подсоединение типа «Славянка».

С конструктивной точки зрения могут быть выделены преобразующие энергию устройства или машины электрического типа, имеющие явно и неявно выраженные полюса.

Устройство

Конструкция и внутреннее устройство преобразователя одного вида энергии в другой может иметь существенные отличия. Самыми распространенными являются автомобильные генераторы ПТ, представленные следующими основными конструктивными элементами:

  • двухкрышечной корпусной частью со специальными вентиляционными отверстиями;
  • роторной однообмоточной электромагнитной частью, вращаемой посредством шкива в паре подшипников;
  • двумя медными кольцами и графитовыми щетками, подающими ток на роторную часть;
  • регулирующей релейной частью, отвечающей за выдачу генераторного напряжения в оптимальных пределах.

Общая схема устройства генератора переменного тока

Статорная часть имеет три медных обмотки, объединенные «треугольником» с подключением полупроводникового диодного моста, благодаря которому происходит преобразование типа напряжения.

Схема генератора переменного тока

Принцип действия генераторов ПТ базируется на свойствах электромагнитной индукции, что и отражается в схеме таких агрегатов:

  1. неподвижная якорная часть;
  2. вращающаяся индукторная часть;
  3. кольца контактного типа;
  4. скользящая щеточная часть.

Характерным отличием трехфазных генераторов является электрическая схема, отображающая особое соединение на фазных обмотках.

Синхронный и асинхронный

В зависимости от принципа работы, генератор может быть представлен устройством синхронного и асинхронного типа. Для любых асинхронных генераторов характерна конструктивная простота и дешевизна изготовления, а также достаточно высокая устойчивость к короткому замыканию или перегрузкам.

Асинхронные электрические генераторы прекрасно зарекомендовали себя в работе с активным уровнем нагрузки, включая лампы накаливания, электронагреватели, современную электронику и электрические конфорки.

Разница синхронного и асинхронного генераторов

Тем не менее, даже в условиях кратковременного перегруза отмечается выход устройства из строя. Именно по этой причине подключение приборов с индуктивной нагрузкой, включая электрические двигатели, не электронные сварочные аппараты и энергозависимый инструмент, потребует применения асинхронного генератора с трех- или четырехкратным запасом по уровню мощности.

Генераторы синхронного типа востребованы в работе любого индуктивного потребителя, имеющего высокие параметры пусковых токовых величин. Современные синхронные устройства электрического типа легко выдерживают пятикратный уровень секундной токовой перегрузки, что обусловлено линейной зависимостью числа оборотов вращения магнитного поля от количества роторных оборотов или угловой скорости генератора.

Однофазный

В соответствии с количеством фаз, все генераторы представлены двумя большими группами:

Первый вариант предназначается исключительно для работы с любыми однофазными потребителями электрической энергии, а трехфазные генераторы относятся к категории универсальных, но дорогостоящих машин, нуждающихся в затратном обслуживании.

Простейшие конструкции представлены магнитным полем, вращающейся рамкой и обычным коллекторным щеточным узлом, отводящим ток.

Благодаря коллекторному узлу, рамочное вращение через щетки создает постоянство контакта с половинкой рамки в условиях отсутствия циклического изменения положения. Токовые величины, изменяющиеся в соответствии с законами гармоники, передаются на щетки и в схему потребителей энергии.

Однофазные генераторы в настоящее время являются самыми популярными автономными источниками тока и предназначаются для питания любых однофазных потребителей электрической энергии, к которым относятся практически все бытовые приборы.

Принцип работы

Основным принципом функционирования генераторов переменного тока являются вращательные движения токопроводящей рамки, располагаемой между парой постоянных магнитов, имеющих противоположные полюса. В большинстве случаев, конструкция стандартна и функционал таких устройств достаточно прост.

Схема работы трехфазного генератора

Например, роторы, которые установлены в промышленные индукционные генераторы, вращаются благодаря турбине, а статор бывает дополнен достаточно мощным электромагнитом. Внутри роторных обмоточных витков происходит индукция ЭДС, благодаря чему формируется суммарное напряжение, необходимое для потребителей.

Назначение

Современные генераторы, имеющие встроенные кремневые диоды, обладают небольшими габаритами, простой конструкцией, надежностью и долгим сроком эксплуатации, что является отличным дополнением высокой удельной мощности таких устройств-преобразователей при малой вращательной частоте.

Некоторое время назад генераторы отличались довольно узкой областью применения, но благодаря усилиям разработчиков, техников и специалистов, преобразователи энергии были в значительной степени усовершенствованы. На сегодняшний день область применения данных устройств очень широка, поэтому генераторы ПТ стали незаменимыми в промышленной и бытовой сфере.

Один из вариантов обеспечения электропитания — генератор переменного тока. Эта установка может быть как основным вариантом, так и только на время пропадания основного источника питания.

Что такое генератор тока

Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, называют генератором тока. Они бывают переменного и постоянного тока. Устройства, вырабатывающие постоянный ток, более сложны в исполнении и менее надёжны.

Тоже как вариант))

С появлением полупроводниковых приборов, которые позволяют выпрямить переменный ток, по большей части всё равно использовался генератор переменного тока. Если необходим постоянный ток, на выходе источника переменного тока ставят выпрямитель, который формирует электропитание требуемого типа и уровня.

Устройство и принцип работы

Понять, как происходит такое преобразование, можно глядя на простейшую модель генератора. Его работа основана на принципе возникновения ЭДС — электродвижущей силы. Коротко сформулировать суть этого явления можно так, если замкнутая рамка пересекает магнитное поле, в ней возникает (наводится) электрический ток. Чтобы «снять» ток с рамки, используют специальное устройство ‒ щеточный узел. На концах рамки сделаны кольца, которые соприкасаются с токосъёмными контактами (щетками). Щетки, за счет силы упругости пружин, плотно прилегают к кольцам, обеспечивая контакт. К щеткам припаяны провода, по которым далее в устройство и передаётся ток.

Генератор переменного тока: устройство и принцип действия

Как получается переменное напряжение? Представьте себе, рамка вращается, то одной, то другой стороной приближаясь к полюсам (положительному S и отрицательному N). Чем ближе к полюсу, тем сильнее наводимое поле (больше сила тока), чем дальше ‒ тем меньше. Соответственно, на контактных кольцах имеем плавно изменяющуюся силу тока. Она то близка к нулю (когда рамка находится дальше всего), то подходит к максимуму. Таким образом, получаем на выходе ток синусоидальной формы.

Таким образом получаем на выходе генератора ток синусоидальной формы

Те же самые процессы происходят, если прямоугольную рамку закрепить неподвижно, а внутри нее вращать магнитное поле. Ток также имеет синусоидальную форму, просто имеем два типа установок ‒ с неподвижным статором и с неподвижным ротором.

Генератор постоянного тока устроен точно также и отличается только устройство снятия тока. К рамке прикреплены два полукольца, так что щетки снимают ток попеременно, то с одного конца рамки, то с другого. В результате на выходе имеем положительные полуволны, которые близки к постоянному току.

Виды бытовых генераторов

Это была теория, а теперь переходим к практике. Генераторы электрического тока нужны обычно для обеспечения питанием электрооборудования. Существуют две ситуации:

  • Электрогенератор нужен на случай пропадания сети.
  • Как основной источник питания.

Простейшие генераторы постоянного и переменного тока: устройство и принцип работы

Для обоих случаев логика выбора похожа, но имеет свои особенности. Если генератор нужен для постоянной работы, на первое место выходит расход топлива и надёжность. Также стоит обратить внимание на «громкость» работы, ёмкость бака для топлива.

Для кратковременного включения на случай пропадания питания, чаще всего стараются приобрести не слишком дорогую модель. Но в погоне за экономией, не стоит забывать о качественных характеристиках.

Синхронные и асинхронные

Сейчас не станем разбираться к конструктивных особенностях, а остановимся на достоинствах и недостатках. Синхронные генераторы отличаются тем, что на якоре имеют обмотки. Они выдают более стабильное напряжение и имеют меньшие отклонения по частоте. Это хорошо для требовательных к качеству питания. К плюсам синхронных генераторов тока относят также нормальную реакцию на пусковые токи, так что нормально работают они с индуктивной нагрузкой (с электродвигателями). Минусы ‒ более сложная конструкция и высокая цена. Ещё один момент, наличие щеток, которые, как известно снашиваются и искрят. Так что при более высокой цене синхронные генераторы имеют меньший рабочий ресурс.

Устройство асинхронных моделей проще

Асинхронные генераторы имеют более простую конструкцию и более низкие цены. При относительно невысокой цене отличаются значительно большим эксплуатационным сроком. Но стабильность тока желает быть лучше: погрешность до 10% по напряжению и 4% по частоте. Ещё один недостаток: плохо переносят пусковые токи. Потому, для обеспечения нормальной работы сложной техники желательно иметь стабилизатор, а для плавного пуска электромоторы подключать через преобразователь частоты.

Инверторный или нет

Есть ещё так называемые инверторные бытовые генераторы тока. Это те же генераторы, но на выходе которых стоит дополнительное устройство, стабилизирующее выходные показатели. С учётом того что техника у нас становится всё более дорогой и требовательной к качеству питания, использование инверторных генераторов почти необходимость.

Генератор переменного тока с инвертором: основные узлы и блоки

Единственное исключение, когда агрегат будет стоять на даче или в доме, а в период его работы, «капризная» техника работать не будет. К группе «капризных» однозначно относится вся компьютерная техника, а также та, которая управляется при помощи микропроцессоров. Также «капризными» являются автоматизированные котлы. Если котёл зависит от наличия напряжения и автоматика в нем не механическая, вам однозначно требуется инверторный генератор.

Инверторный генератор кроме двигателя и непосредственно генератора, имеет ещё выпрямитель и инвертор

Как работает инверторный генератор переменного тока? То напряжение, которое выработал генератор, попадает на блок инвертора. Он сначала выпрямляется, а потом из постоянного напряжения формируются полярные импульсы заданной частоты (50 Гц) и скважности. На выходе устройства импульсы превращаются в синусоиду. В результате на выходе имеем питание с идеальными (почти) характеристиками. Так что асинхронный инверторный генератор подходит для питания любой техники. Вот только пусковые нагрузки по-прежнему проблема.

Количество фаз и топливо для первичного двигателя

Чтобы выбрать генератор переменного тока, необходимо разобраться с классификацией, видами и типами, достоинствами и недостатками. В первую очередь стоит определиться с количеством фаз, которые должен выдавать агрегат, как понимаете, есть однофазные и трехфазные. Выбирать по этому признаку стоит учитывая имеющуюся проводку или нагрузку. Если генератор должен обеспечить работу трехфазного потребителя, на его выходе должно быть именно такое напряжение. Если подключаемые приборы только однофазные, покупать трехфазный генератор стоит только тогда, когда он будет работать на постоянной основе. В качестве резервного обычно ставят однофазные агрегаты, обеспечивая питанием наиболее важные устройства.

Для начала необходимо определиться с количеством фаз вырабатываемого тока

Когда мы разбирались в принципе действия генераторов переменного тока, не рассматривался один момент: как и чем приводится в действие вращающаяся часть устройства. В бытовых моделях это двигатель внутреннего сгорания. Именно он приводит в движение ротор, а работать он может на следующих видах топлива:

Для бытового использования, чаще всего, используют дизельные и бензиновые генераторы. Так как оба вида топлива практически равнозначны по доступности, то выбор между ними основан на технических особенностях. О них подробнее немного ниже.

Генератор переменного тока: бензин или дизель?

Для бытовых целей обычно используют бензиновый или дизельный генератор тока. Сказать какой лучше однозначно невозможно, так как они отличаются по характеристикам. Потому для одних условий лучше бензиновый, для других ‒ оптимальный дизельный.

Выбор генератора тока зависит от многих моментов

Когда лучше выбрать бензиновый

Перечень свойств и особенностей бензинового генератора переменного тока:

  • Имеет небольшую мощность, не более 10 кВт.
  • Не рассчитан на длительную беспрерывную работу.
  • Имеет небольшой вес и размеры.
  • Работает негромко.
  • Небольшая цена.

Бензиновые генераторы тока оптимальны для работы на непродолжительны период времени

Основное, что стоит помнить, бензиновый электрогенератор не рассчитан на длительную работу (сутками). Рекомендованная нагрузка, особенно у двухтактных моделей 2–3 часа в день и до 500 часов в год. Зато отличаются такие установки невысокой ценой и компактностью. Это отличный выбор, если надо питать совсем небольшую нагрузку непродолжительное время. Чаще всего такие генераторы берут с собой на природу, охоту, рыбалку и т. д.

Двухтактные бензиновые генераторы — лучший выбор для выезда на природу

Бензиновые генераторы тока с четырехтактными бензиновыми двигателями ресурс имеют существенно больше: до 3000–5000 тысяч часов. Но и его надолго не хватит при постоянной работе. Так что бензиновые генераторы имеет смысл ставить, если электричество отключается у вас редко и ненадолго.

Чем хороши дизельные

Дизельный генератор переменного тока ‒ установка гораздо боле мощная, но и настолько же более дорогостоящая. Бывают они двух типов: с воздушным и жидкостным охлаждением. Установки с воздушным охлаждением имеют средние габариты, среднюю мощность и вполне приемлемую цену. Вот они идеальны, если электричество отключается часто, но не постоянно. В то же время, маломощные дизельные генераторы (есть и такие) по характеристикам ненамного лучше бензиновых, а по цене раза в два выше. Так что если вам нужен генератор до 6 кВт мощности выбор, всё равно, имеет смысл остановить на бензиновой установке.

Дизельные ‒ более габаритные и мощные

Дизельный генератор с водяным (жидкостным) охлаждением ‒ это уже техника другого класса. Он может работать сутками и используются на предприятиях. На них применяются двигателя двух типов:

  • высокооборотистые – 3000 об/мин;
  • с низкими оборотами – 1500 об/мин.

Дизельный генератор с низкооборотистым двигателем отличается более низким уровнем шумов, более экономичны в плане расхода топлива на один киловатт. Но они же более дорогостоящие. имеют большие размеры и вес. Если дизельный генератор тока построен на основе высокооборотного движка, обойдётся один киловатт электроэнергии дешевле. Но шуметь дизель будет сильно.

Подобные модели могут обеспечивать предприятия

Итак, если вам нужна установка для выработки постоянного тока на продолжительный период или станция, которая будет снабжать электроэнергией постоянно, вам нужен дизельный генератор жидкостного охлаждения.

Опции и дополнительные возможности

Значительное влияние на цену оказывают опции. Хоть генераторы «с наворотами» стоят дороже, некоторые из дополнительных возможностей могут быть очень полезны. Например:

  • Защита от утечки. Встроенное УЗО, которое отслеживает наличие пробоя изоляции и отключает установку при появлении тока утечки.
  • Защита от перегрузки. Функция не даёт работать деталям «на износ».
  • Автоматический запуск. При пропадании электроэнергии генератор запускается сам.

Использование может быть разным

Есть ещё такие, без которых можно обойтись, но делающие эксплуатацию генератора тока более удобной. Например, контроль параметров с одновременным отображением на дисплее или передача данных о состоянии генератора на подключённый компьютер. Ещё, может быть, целый ряд конструктивных «добавок»: шумогасящий кожух, защитный кожух от низких температур, увеличенный топливный бак и т. д.

Особенности установки генератора

Речь пойдёт не о подключении, а об установке ‒ организации места, где генератор тока будет работать. Нужна просторная твёрдая и ровная площадка. При установке на неровной поверхности, повышается уровень вибрации, что угрожает целостности оборудования. Если говорить о мощных дизельных установках, то для них желательно бетонное или асфальтовое покрытие, в общем, плотное и надёжное основание.

Площадка должна быть ровной

Подключение генератора проводят кабелем, в соответствии с рекомендациями производителей. Само подключение производится в шкафу, куда заводится кабель от генераторной установки. Он подключается после вводного автомата и счетчика.

Если генератор будет уставлен в помещении, в нем должна быть хорошая вентиляция. Планируя на время работы двигателя оставлять двери открытыми, нужна будет решётка, чтобы никто не попал внутрь во время работы станции.

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.

Как устроен электрогенератор. Подробное описание принципа работы генератора переменного тока в автомобиле

Когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС. Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.

Способ получения индуктированной ЭДС, при котором проводник перемещается в магнитном поле, двигаясь вверх или вниз, очень неудобен при практическом его использовании. Поэтому в генераторах применяется не прямолинейное, а вращательное движение проводника.

Основными частями всякого генератора являются: система магнитов или чаще всего электромагнитов, создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.

Возьмем проводник в виде изогнутой петли, которую в дальнейшем будем называть рамкой (рис. 1), и поместим ее в магнитное поле, создаваемое полюсами магнита. Если такой рамке сообщить вращательное движение относительно оси 00, то стороны ее, обращенные к полюсам, будут пересекать магнитные силовые линии и в них будет индуктироваться ЭДС.

Рис. 1. Индуктирование ЭДС в пелеобразном проводнике (рамке), вращающемся в магнитном поле

Присоединив к рамке при помощи мягких проводников электрическую лампочку, мы этим самым замкнем цепь, и лампочка загорится. Горение лампочки будет продолжаться до тех пор, пока рамка будет вращаться в магнитном поле. Подобное устройство представляет собой простейший генератор, преобразующий механическую энергию, затрачиваемую на вращение рамки, в электрическую энергию.

Такой простейший генератор имеет довольно существенный недостаток. Через небольшой промежуток времени мягкие проводника, соединяющие лампочку с вращающейся рамкой, скрутятся и разорвутся. Для того чтобы избежать подобных разрывов в цепи, концы рамки (рис.2) присоединяются к двум медные кольцам 1 и 2, вращающимся вместе с рамкой.

Эти кольца получили название контактных колец. Отведение электрического тока с контактных колец во внешнюю цепь (к лампочке) осуществляется упругими пластинками 3 и 4, прилегающими к кольцам. Эти пластинки называются щетками.

Рис. 2. Направление индуктированной ЭДС (и тока) в проводниках А и Б рамки, вращающейся в магнитном поле: 1 и 2 — контактные кольца, 3 и 4 — щетки.

При таком соединении вращающейся рамки с внешней цепью разрыва соединительных проводов не произойдет, и генератор будет работать нормально.

Рассмотрим теперь направление индуктирующейся в проводниках рамки ЭДС или, что то же самое, направление индуктированного в рамке тока при замкнутой внешней цепи.

При направлении вращения рамки, которое показано на рис. 2, в левом проводнике АА ЭДС будет индуктироваться в направлении от нас за плоскость чертежа, а в правом ВВ — из-за плоскости чертежа на нас.

Так как обе половины проводника рамки соединены между собой последовательно, то индуктированные ЭДС в них будут складываться, и на щетке 4 будет положительный полюс генератора, а на щетке 3 отрицательный.

Проследим за изменением индуктированной ЭДС за полный оборот рамки. Если рамка, вращаясь в направлении часовой стрелки, повернется на 90° от положения, изображенного на рис. 2, то половинки ее проводника в этот момент будут двигаться вдоль магнитных силовых линий, и индуктирование ЭДС в них прекратится.

Дальнейший поворот рамки еще на 90° приведет к тому, что проводники рамки снова будут пересекать силовые линии магнитного поля (рис. 3), но проводник АА будет при этом по отношению к силовым линиям двигаться не снизу вверх, а сверху вниз, проводник же ВВ, наоборот, будет пересекать силовые линии, двигаясь снизу вверх.

Рис. 3. Изменение направления индуктированной э. д. с. (и тока) при повороте рамки на 180° по отношению к положению, приведенному на рис. 2.

При новом положении рамки направление индуктированной ЭДС в проводниках АЛ и ВВ изменится на обратное. Это следует из того, что самое направление, в котором каждый из этих проводников пересекает в этом случае магнитные силовые линии, изменилось. В результате полярность щеток генератора также изменится: щетка 3 станет теперь положительной, а щетка 4 отрицательной.

Таким образом, за один полный оборот рамки индуктированная ЭДС дважды меняла свое направление, причем величина ее за это же время также дважды достигала наибольших значений (когда проводники рамки проходили под полюсами) и дважды равнялась нулю (в моменты движения проводников вдоль магнитных силовых линий).

Вполне понятно, что изменяющаяся по направлению и величине ЭДС вызовет в замкнутой внешней цепи изменяющийся по направлению и величине электрический ток.

Так, например, если к зажимам данного простейшего генератора присоединить электрическую лампочку, то за первую половину оборота рамки электрический ток через лампочку будет идти в одном направлении, а за вторую.половину оборота — в другом.

Рис. 4. Кривая изменения индуктированного тока за один оборот рамки

Представление о характере изменения тока при повороте рамки на 360°, т. е. за один полный оборот, дает кривая на рис. 4. Электрический ток, непрерывно изменяющийся по величине и направлению, носит название .

Индукционный генератор переменного тока. В индукционных генераторах переменного тока механическая энергия превращается в электрическую. Индукционный генератор состоит из двух частей: подвижной, которая называется ротором, и неподвижной, которая называется статором. Действие генератора основано на явлении электромагнитной индукции. Индукционные генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении. В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов, но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, состоящая из последовательно соединенных витков, в которых индуцируется переменная электродвижущая сила. Так как электродвижущие силы, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда электродвижущей силы индукции в обмотке пропорциональна числу витков в ней.

Рис. 6.9

Число силовых линий, пронизывающих каждый виток, непрерывно меняется от максимального значения, когда он расположен поперек поля, до нуля, когда силовые линии скользят вдоль витка. В результате при вращении витка между полюсами магнита через каждые пол-оборота направление тока меняется на противоположное, и в витке появляется переменный ток. Во внешнюю цепь ток отводится при помощи скользящих контактов. Для этого на оси обмотки укреплены контактные кольца, присоединенные к концам обмотки. Неподвижные пластины – щетки – прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки с внешней цепью (рис. 6.9).

Пусть виток провода вpащается в одноpодном магнитном поле с постоянной угловой скоpостью . Магнитный поток, пронизывающий виток, меняется по закону , здесь S – площадь витка. Согласно закону Фаpадея в обмотке наводится электродвижущая сила индукции, которая опpеделяется следующим обpазом:

где N – число витков в обмотке. Таким образом, электродвижущая сила индукции в обмотке изменяется по синусоидальному закону и пpопоpциональна числу витков в обмотке и частоте вpащения.

В опыте с вращающейся обмоткой статором является магнит и контакты, между которыми помещена обмотка. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится электродвижущая сила, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. На тепловых электростанциях для вращения ротора используются паровые турбины. Турбины, в свою очередь, приводятся во вращение струями водяного пара, полученного в огромных паровых котлах за счет сжигания угля или газа (теплоэлектростанции) или распада вещества (атомные электростанции). На гидроэлектростанциях для вращения ротора используются водяные турбины, которые вращаются водой, падающей с большой высоты.

Электрогенераторы играют важнейшую роль в развитии нашей технологической цивилизации, поскольку позволяют получать энергию в одном месте, а использовать ее в другом. Паровая машина, например, может преобразовывать энергию сгорания угля в полезную работу, но использовать эту энергию можно только там, где установлены угольная топка и паровой котел. Электростанция же может размещаться весьма далеко от потребителей электроэнергии – и, тем не менее, снабжать ею заводы, дома и т.п.

Рассказывают (скорее всего, это всего лишь красивая сказка), будто Фарадей демонстрировал прототип электрогенератора Джону Пилу, канцлеру казначейства Великобритании, и тот спросил ученого: «Хорошо, мистер Фарадей, все это очень интересно, а какой от всего этого толк?».

«Какой толк? – якобы удивился Фарадей. – Да вы знаете, сэр, сколько налогов эта штука со временем будет приносить в казну?!»

Трансформатор.

Трансформатор. Электродвижущая сила мощных генераторов электростанций велика, между тем практическое использование электроэнергии требует чаще всего не очень высоких напряжений, а передача энергии, наоборот, очень высоких.

Для уменьшения потерь на нагревание проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи, и, следовательно, для сохранения мощности увеличить напряжение. Напряжение, вырабатываемое генераторами (обычно около 20 кВ), повышают до напряжения 75 кВ, 500 кВ и даже до напряжения 1,15 МВ, в зависимости от длины линии электропередачи. Повышая напряжение с 20 до 500 кВ, то есть в 25 раз, уменьшают потери в линии в 625 раз.

Преобразование переменного тока определенной частоты, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется электромагнитным устройством, не имеющим подвижных частей – электрическим трансформатором. Трансформатор – важный элемент многих электрических приборов и механизмов. Зарядные устройства и игрушечные железные дороги, радиоприемники и телевизоры – всюду трудятся трансформаторы, которые понижают или повышают напряжение. Среди них встречаются как совсем крошечные, не более горошины, так и настоящие колоссы массой в сотни тонн и более.

Рис. 6.10

Трансформатор состоит из магнитопровода, представляющего собой набор пластин, которые обычно изготавливаются из ферромагнитного материала (рис. 6.10). На магнитопроводе располагаются две обмотки – первичная и вторичная. Та из обмоток, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а та, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Ферромагнетик увеличивает количество силовых линий магнитного поля приблизительно в 10 000 раз и локализует поток магнитной индукции внутри себя, благодаря чему обмотки трансформатора могут быть пространственно разделены и все же остаются индуктивно связанными.

Действие трансформатора основано на явлениях взаимной индукции и самоиндукции. Индукция между первичной и вторичной обмоткой взаимна, то есть ток, протекающий во вторичной обмотке, индуцирует электродвижущую силу в первичной, точно так же, как первичная обмотка индуцирует электродвижущую силу во вторичной. Более того, поскольку витки первичной обмотки охватывают собственные силовые линии, в них самих возникает электродвижущая сила самоиндукции. Электродвижущая сила самоиндукции наблюдается также и во вторичной обмотке.

Пусть первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока с электродвижущей силой , поэтому в ней возникает переменный ток , создающий в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток ? , который сосредотачивается внутри магнитного сердечника и пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток.

При отсутствии внешней нагpузки выделяемая в тpансфоpматоpе мощность близка к нулю, то есть близка к нулю сила тока. Применим к первичной цепи закон Ома: сумма электродвижущей силы индукции и напряжения в цепи равна произведению силы тока на сопротивление. Полагая , можно записать: , следовательно, , где Ф – поток пронизывающий каждый виток первичной катушки. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же электродвижущую силу в каждом витке, то суммарная электродвижущая сила, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу ее витков. Следовательно, .

Коэффициент трансформации напряжения равен отношению напpяжения во вторичной цепи к напряжению в первичной цепи. Для амплитудных значений напряжений на обмотках можно записать:

Таким образом, коэффициент трансформации определяется как отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки. Если коэффициент , трансформатор будет повышающим, а если – понижающим.

Написанные выше соотношения, строго говоря, применимы только к идеальному трансформатору, в котором нет рассеяния магнитного потока и отсутствуют потери энергии на джоулево тепло. Эти потери могут быть связаны с наличием активного сопротивления самих обмоток и возникновением индукционных токов (токов Фуко) в сердечнике.

Токи Фуко.

Токи Фуко. Индукционные токи могут возникать также в сплошных массивных проводниках. При этом замкнутая цепь индукционного тока образуется в толще самого проводника при его движении в магнитном поле или под влиянием переменного магнитного поля. Эти токи названы по имени французского физика Ж.Б.Л. Фуко, который в 1855 г. обнаружил нагревание ферромагнитных сердечников электрических машин и других металлических тел в переменном магнитном поле и объяснил этот эффект возбуждением индукционных токов. Эти токи в настоящее время называются вихревыми токами или токами Фуко.

Если железный сердечник находится в переменном магнитном поле, то в нем под действием индукционного электрического поля наводятся внутренние вихревые токи – токи Фуко, ведущие к его нагреванию. Так как электродвижущая сила индукции всегда пропорциональна частоте колебаний магнитного поля, а сопротивление массивных проводников мало, то при высокой частоте в проводниках будет выделяться, согласно закону Джоуля–Ленца, большое количество тепла.

Во многих случаях токи Фуко бывают нежелательными, поэтому приходится принимать специальные меры для их уменьшения. В частности, эти токи вызывают нагревание ферромагнитных сердечников трансформаторов и металлических частей электрических машин. Для снижения потерь электрической энергии из-за возникновения вихревых токов сердечники трансформаторов изготавливают не из сплошного куска ферромагнетика, а из отдельных металлических пластин, изолированных друг от друга диэлектрической прослойкой.

Рис. 6.11

Вихревые токи широко используются для плавки металлов в так называемых индукционных печах (рис. 6.11), для нагревания и плавления металлических заготовок, получения особо чистых сплавов и соединений металлов. Для этого металлическую заготовку помещают в индукционную печь (соленоид, по которому пропускают переменный ток). Тогда, согласно закону электромагнитной индукции, внутри металла возникают индукционные токи, которые разогревают металл и могут его расплавить. Создавая в печи вакуум и применяя левитационный нагрев (в этом случае силы электромагнитного поля не только разогревают металл, но и удерживают его в подвешенном состоянии вне контакта с поверхностью камеры), получают особо чистые металлы и сплавы.

Содержание:

Когда люди присмотрелись к возможностям электричества, сразу начали придумывать, как бы серьезно поставить на службу эту интересную энергию. И появилась целая гамма приборов, устройств, установок, способных создавать на двух металлических концах электрическое напряжение. К концам сразу же прикрутили два болтика и начали подвешивать к ним все, что вызывало теперь массу интересных эффектов. Устройства эти в целом назвали источниками электроэнергии, или генераторами. А то, что к ним подключалось — электрической цепью. А по мере роста цепей и занятия ими все более значимого и постоянного места в человеческой жизни, их стали называть уже электрическими сетями.

Именно генераторы создали всю нашу электроиндустрию. Чем принцип работы генератора переменного тока отличается от принципов работы первых источников? Некой надежностью и постоянством, происходящими от надежности и всеобщей доступности той энергии, из которой они вырабатывают электричество. Это механическое движение. А у нас мир весь полон движения. И вполне естественно было заставить роторы крутиться, а движение для этого брать из чего-то еще. Из тепла. Сгорает топливо, ротор крутится — генератор тока работает.

Первоначальный источник же был продуктом первых экспериментов. Химия (аккумуляторы), электризация (электрофорные машины) — все это как-то слабо. Потому что непропорционально дорого, сравнительно с количеством энергии, которое потребовали сети. Сначала осветительные, а потом почти сразу трамвайные. Вот трамвай и толкнул генераторы тока вперед в развитии.

Трамвайная линия — это то, где электроэнергия сама производит движение. Плюсом такого подхода оказалась очень удобная подача такого «топлива» на большие довольно расстояния. И очень органично вписалась в затраты по изготовлению самой трамвайной линии. Когда кладут железные пути, что уж там не проложить вдоль них еще и проволоку, подводящую ток к трамваям, которые могут теперь находиться на линии в любом месте и с одинаковой легкостью получать эту энергию.

Преобразование оказалось симметричным: устройство генератора переменного тока практически такое же, как и у двигателя. Только у генератора назначение — вырабатывать электричество, вращая ротор, а у другого электроэнергия крутит почти такой же ротор, а уже он — колеса трамвая.

О такой передаче энергии механики прошлых веков только мечтали. Ведь когда-то с помощью водяного колеса вращали валы обрабатывающих станков в целых цехах. А энергию механическую передавали тоже механически: с помощью валов, шкивов, ремней, шестеренок… Тут же всего-то — два проводочка. А в случае с трамваями вообще один. Второй — сами рельсы.

Ток переменный и ток постоянный

Сначала открыли электрический ток, когда увидели, что он, себя проявляя, действует. Потом только обнаружили, что ток бывает постоянный, но может быть и переменным.

Собственно говоря, генерация тока всегда и происходит от изменения магнитного поля, проходящего через обмотку. И напряжение, которое при этом возникает, просто обязано быть переменным. Потому что технически просто немыслимо заставить магнитное поле изменяться строго равномерно. Источники тока, полученные другим путем, основывались на стационарных процессах (или квазистационарных — учитывая разряд аккумуляторов), поэтому они и давали исключительно постоянный ток. Когда изобрели телеграф — наверное, первое электрическое изобретение, толкнувшее к созданию масштабных электрических линий, — этот самый ток в них был постоянным, хотя и прерывистым. Постоянный ток не очень высокого напряжения дает в передаче на дальние расстояния огромные потери от сопротивления в проводниках. С этим столкнулся уже Самюэль Морзе, когда протягивал свою первую телеграфную линию в 1844 году от Балтимора до Вашингтона. Они с другом сумели с этим справиться, используя «активное усиление» сигнала с помощью реле.

Трамвайные линии, как известно, поначалу унаследовали эту традицию — питаться постоянным электрическим током, хотя конструкция из магнитов и вращающихся в их поле проводников, будучи использована в качестве генератора, легче и проще производит именно переменный ток.

Назначение генератора — выработка напряжения, постоянного и переменного, отсюда его устройство и принцип работы.

А типы вырабатываемого напряжения и определили строение и принцип действия генераторов.

Поэтому и различаются генераторы типами — генератор постоянного тока и генератор переменного тока.

В генераторах постоянного тока этого постоянства достигают конструкционными ухищрениями: путем создания определенной конфигурации магнитного поля, путем увеличения количества якорных рамок в роторе, в которых наводится разность потенциалов и снятие его с них с помощью многоконтактного коллектора, путем организации особых режимов тока возбуждения на специальных обмотках возбуждения, установленных на магнитах статора, и т.д.

Но, оказалось, проще добиться того же эффекта другим путем: индукционный генератор переменного тока напряжение вырабатывает, а потом оно «выпрямляется» обычной схемой диодного выпрямителя. Что и делает, например, генератор автомобиля.

Принцип работы устройства

Генератор переменного тока — это механико-индукционная машина, создающая переменное электрическое напряжение на своих выходных контактах в ответ на вращение своей подвижной части посторонней силой.

Подвижная часть генератора (или альтернатора) называется ротором, неподвижная — статором.

Две части генератора производят следующее: одна из них создает магнитное поле, а вторая часть содержит проводники, расположенные так, что при изменении относительно них этого магнитного поля (назовем его генерирующим), на их противоположных концах возникает разность потенциалов. Она снимается и переправляется с этих проводников на выходные контакты.

Виды генераторов переменного тока

Отсюда возможны два варианта конструкций генератора переменного тока, в которых:

  • генерирующее магнитное поле создается в статоре и неподвижно;
  • генерирующее магнитное поле создается в роторе и вращается вместе с ним.

В любом случае напряжение, возникающее в результате генерации, нужно снимать не с той части генератора, где создается магнитное поле, а с противоположной.

Первоначально — начиная с опытов по вращению рамки из проводника в неподвижном магнитном поле — ротор и служил для наведения в его обмотках (или рамках) электрической индукции, порождавшей движение электронов к разным концам этих проводников, отчего и возникало напряжение.

Видимо, это связано с тем, что магниты выбирали побольше и потяжелее, дабы создавать сильное поле с большим градиентом, а рамочки с током были совсем легкие. Но теперь и ротор, и статор — это точно пригнанные друг к другу массивные части. Напряжение с вращающегося ротора (или якоря) необходимо снять с помощью специального механизма и отправить на неподвижные выходные контакты. Такой механизм называется коллектором (от лат. «сборщик»), в нем неподвижные подпружиненные щетки, «протянутые» от статора, плотно прижимаются к вращающимся вместе с ротором контактам.

Быть может, конструктивно это самая узкая часть электродвигателей и генераторов. Она требует специального исполнения, при вращении детали ее стираются, от плохих контактов — при стертых пластинах контактов, или промежутков между ними, или стертых щетках (которые изготовляются обычно из графита — а от него токопроводящая пыль) — начинается искрение при вращении, и это никому не нравится.

Поэтому самым удобным вариантом генераторов переменного тока является второй. Это когда магнитное поле вращается ротором, а напряжение возникает в неподвижном статоре. И его не надо снимать никаким замысловатым образом.

Однофазные и многофазные

Принцип работы

Магнитное поле можно гонять (изменять, вращать) над одной системой проводников (имеющих два полюса) или над несколькими.

Из рисунка понятно, как устроен простейший генератор переменного тока. Из чего состоит генератор? Основные части — ротор и статор. Мы видим, что ротор с установленным в нем магнитом N–S вращается. При этом полюса магнита, то N, то S, попеременно совсем близко от катушек с обмотками. Обмотки последовательно соединяются друг с другом и потом с выходными контактами. Направление и поток магнитного поля, проходящий через обмотки, при вращении изменяется. От чего и возникает переменное напряжение на выходных контактах с частотой f вращения ротора. Происходит генерирование напряжения, а при подключении к контактам нагрузки возникает переменный ток частоты f.

Схема эта — наипростейшая. Она только чуть сложнее, чем те рамочки, которые крутили когда-то в поле двух магнитов. Только теперь, наоборот, магнит, установленный на роторе, вращается, а неподвижные катушки дают напряжение.

Напряжение получается синусоидальным, достигает максимума и минимума, когда около катушек проходят полюса магнита — около них поток магнитного поля наиболее плотен, и поэтому происходит самое быстрое изменение поля. И на контактах в это время будет наведено максимальное по величине напряжение U, или — U . Когда же ротор повернется так, что магнит будет проходить горизонтальное положение, выходное напряжение будет пересекать нулевое значение.

Трехфазный генератор переменного тока

Однако мы видим, что в этой простой электрической машине еще очень много свободного места. Что ж, можно по периметру статора поставить не одну пару, а несколько пар катушек. Но придется тогда от каждой пары катушек отводить отдельные контакты для напряжений, чтобы напряжения разных пар не гасили друг друга. Получится как бы несколько генераторов в одном, каждый из них будет давать синусоидальное напряжение, но так как катушки повернуты относительно друг друга, и синусоиды будут сдвинуты ровно на такой угол, на какой сдвинуты пары катушек относительно нашей первоначальной.

Катушки распределены по периметру статора равномерно, то есть друг от друга отстоят на угол 120⁰. Точно такой сдвиг фаз получается и у напряжений. Напряжение U1 с нулевым сдвигом (это наша первая пара катушек), напряжение U2 — 120⁰ и напряжение U3 — 240⁰.

Такое напряжение называется трехфазным. Его возможно передавать с помощью единой системы проводов — три провода по одной на каждую фазу, а ноль всех трех объединяется в один. Это можно сделать двумя способами: соединив обмотки катушек по типу «треугольник» или «звезда».

Можно придумать и другие схемы генерации переменного напряжения, например, установив не три пары катушек, а только две. Тогда разница фаз между ними получится в 90⁰.

Применение нашла именно трехфазная система генерации.

При потреблении трехфазного напряжения часто выделяют отдельные фазы и раздают их разным потребителям. Когда потребителей много, то случайным образом «раздавать» фазы можно — в среднем обычно получается одинаковая нагрузка на все фазы. Но это должно отслеживаться. Потому что если потребление по разным фазам сильно отличается или оно очень неравномерно себя ведет во времени, наступает такое явление, как «перекос фаз». Напряжение по разным фазам начинает отличаться. А это ведет к очень многим плохим последствиям: перерасходу электроэнергии, выходу из строя трансформаторов, электроприборов, двигателей. На электростанции — к падению КПД генераторов (они начнут как бы «хромать») и даже выходу из строя генераторов электроэнергии. Чтобы минимизировать такого рода ущерб, нулевой провод обычно хорошо заземляют, но и следить должны энергетики за таким неприятным явлением.

Возбуждение генератора

Реальный генератор отличается от тут нарисованного еще и тем, что в качестве источника магнитного поля использовать постоянные магниты — занятие бесполезное. Магнитное поле в промышленной установке должно быть строго определенной и строго выдерживаемой напряженности. А как добиться строго одинаковой напряженности магнитов на разных фазах в трехфазном генераторе переменного тока? Иначе и напряжения на них будут разные, и будут фазы «вечно хромающими». Поэтому на роторе вместо магнитов используют электромагниты с сердечниками. К ним подводится постоянное напряжение, и они во время работы генератора возбуждают электромагнитное поле строго заданной интенсивности. Постоянное напряжение подается от независимого источника — это может быть аккумулятор или другой источник постоянного тока. Тут опять проблема: или взгромоздить на ротор еще и аккумулятор для питания катушек возбуждения, или снова заморачиваться с коллекторами для передачи напряжения возбуждения. Решение можно назвать соломоновым: сделать на одном роторе как бы сразу два генератора, только второй питает током обмотки возбуждения первого. А в статоре, соответственно, добавляются еще электромагниты для возбуждения магнитного поля в этом втором генераторе, ток от которого используется только в самом роторе, следовательно, снаружи никому и не нужен. И не надо городить никаких коллекторов для его съема. Такая конструкция стала называться «бесщеточный синхронный генератор переменного тока».

Синхронным он называется потому, что оба источника — и генератор тока возбуждения, и генератор-устройство, дающее конечный результат — напряжение на выходе, работают одновременно на одном и том же роторе.

С помощью тока возбуждения можно влиять на напряжение, которое дает генератор-устройство: при увеличении тока возбуждения соответственно усиливается и магнитное поле, возбуждаемое ротором, отчего главные обмотки генератора и будут вырабатывать переменное напряжение более высокой амплитуды.

Этим пользуются для регулировки напряжения, так как скорость вращения ротора менять нельзя, иначе изменится и частота, а она задана жестко техническими характеристиками всей нашей сети электроэнергии.

Наша энергосистема вырабатывает напряжение частотой строго 50 Гц, ее и производят генераторы электростанций — все они вращают свои роторы со скоростью, кратной 50 Гц. А конструкция ротора выводит напряжение, изменяющееся 50 раз в секунду.

Однако во многих случаях, где высокая точность частоты вырабатываемой энергии не критична, используют асинхронные генераторы. Они проще и дешевле синхронных, но дают напряжение с большим разбросом параметров. Это неважно там, где оно последующими схемами все равно будет преобразовано в постоянное.

Генераторный узел представляет собой электродвигатель, предназначенный для преобразования механической энергии в электрическую. В зависимости от типа и назначения габариты, устройство и принцип работы генераторов переменного тока могут будут отличаться.

[ Скрыть ]

Как работает генератор переменного тока?

Работа генератора заключается в создании электродвижущей силы в проводнике под действием изменяющегося магнитного поля.

Схема и устройство простейшего генератора

По конструкции электрогенератор включает в себя следующие элементы:

  • вращающаяся индукторная составляющая, называющаяся рамкой;
  • движущая щеточная часть;
  • коллекторное приспособление, оснащенное щетками, предназначенное для отвода напряжения;
  • магнитное поле;
  • контактные кольца.

Схема простейшего генераторного устройства переменного тока

Принцип действия

Образование электродвижущей силы в обмотках статорного механизма осуществляется после появления электрополя. Для последнего характерны вихревые образования. Данные процессы происходят в результате изменения магнитного потока. Причем последний меняется из-за быстрого вращения роторного механизма.

Ток от него поступает в электроцепь посредством контактных элементов, выполненных в виде деталей скольжения. Для более упрощенного прохождения напряжения к концам обмотки производится подсоединение колец. К этим контактным составляющим подключаются неподвижные щеточные элементы. С их помощью между электропроводкой и обмоткой роторного устройства появляется связь.

В витках магнитного элемента происходит образование поля, в нем формируется ток небольшой величины. По сравнению с напряжением, которое выдает простейший генераторный агрегат на внешнюю электроцепь. Если узел характеризуется небольшой мощностью, то в нем поле образует постоянный магнит, который может прокручиваться. Благодаря такому устройству и принципу работы генератора переменного тока в целом упрощается вся система. Поэтому из конструкции можно убрать щетки и контактные элементы.

Канал «Top Generators» наглядно и схематично в видеоролике показал принцип функционирования агрегата.

Основные виды генераторов переменного тока

Между собой устройства, позволяющие генерировать напряжение, делятся на синхронные и асинхронные. Они могут использоваться в различных сферах жизнедеятельности, но работать будут по разному принципу.

Синхронный генератор

Одним из свойств такого типа устройств является то, что частота тока, который оно воспроизводит, пропорциональна скорости вращения роторного механизма.

Между собой синхронные агрегаты делятся на несколько типов:

  1. Повышенной частоты. В основе принципа функционирования устройства лежит процесс изменения магнитного потока, достигающегося путем вращения роторного механизма касательно неподвижного статора. Такой тип агрегатов используется преимущественно для питания антенн длинноволновых станций на расстоянии до 3 км. Подключать устройства для работы с более короткими волнами не получится, поскольку необходимо увеличить значение частоты.
  2. Гидротурбинные агрегаты работают за счет активации гидравлической турбины, которая приводит в движение узел. В таких устройствах роторный механизм устанавливается на одном шкиве с колесом турбинного элемента. Его мощность может составить до 100 тысяч кВт, если скорость вращения будет 1500 оборотов в минуту, а напряжение — до 16 тыс. В. По массе и габаритам такой тип агрегатов считается самым большим, поскольку в них диаметр одного ротора составляет 15 метров. На величину мощности кружения турбины влияют три параметра — скорость вращения, длина электролинии, а также маховый момент роторного механизма.
  3. Паротурбинные агрегаты, которые приводятся в действие посредством активации паровой турбины. Такой тип устройств функционирует со скоростью вращения 1,5-3 тысячи оборотов в минуту и они бывают двухполосными и четырехполосными. Роторный механизм выполнен в виде большого железного цилиндра, оснащенного прямоугольными пазами, внутри элемента располагается обмотка возбуждения. Корпус статорного устройства всегда неразъемный и выполнен из стали. Общий диаметр агрегата составляет до 1 метра, однако длина его ротора может быть до 6,5 м.
Схема и устройство

Синхронный агрегат конструктивно включает в себя два основных элемента:

  1. Ротор. Это подвижная составляющая оборудования. Она предназначена для преобразования системы вращающихся электрических магнитов, которые питаются от внешнего источника.
  2. Статорный механизм или неподвижная составляющая агрегата. В обмотке этого устройства посредством образования магнитного поля появляется ЭДС, которая идет на наружную электроцепь оборудования. Благодаря таким конструктивным особенностям в цепях нагрузок синхронных электрогенераторов не используются скользящие контакты. Магнитный поток от оборудования, который появляется посредством вращения ротора, возбуждается от стороннего источника. Последний монтируется на общем валу или может подключаться к нему с помощью муфты либо ременной передачи.

Схематическое устройство синхронного генераторного агрегата

Особенности работы

Принцип действия может незначительно отличаться в зависимости от типа устройства — явнополюсного либо неявнополюсного. Количество пар полюсных элементов роторного механизма определяется скоростью вращения узла. Если частота образующейся ЭДС составляет 50 Гц, то при 3 тысячах об/мин неявнополюсное устройство обладает одной парой полюсов. В явнополюсных агрегатах, вращающихся при 50-750 оборотах в минуту, количество пар полюсных элементов составит от 60 до 4.

В маломощных синхронных агрегатах питание обмотки возбуждения осуществляется посредством воздействия выпрямленного тока. Электроцепь появляется в результате активации трансформаторных устройств, которые входят в общую цепь нагрузки узла. Также она включает в себя полупроводниковый выпрямительный блок, который может собираться по любой схеме, но обычно как трехфазный мост. Основная электроцепь включает в себя обмотку возбуждения агрегата с регулировочным реостатным устройством.

Процедура самовозбуждения оборудования состоит в следующем:

  1. При запуске установки в магнитной составляющей образуются небольшие ЭДС, это происходит благодаря явлению остаточной индукции. Одновременно в рабочей обмотке агрегата появляется ток.
  2. В результате ЭДС образуется во вторичных электрообмотках трансформаторных устройств. А в электроцепи появляется небольшой ток, который способствует усилению общей индукции магнитного поля.
  3. Увеличение параметра ЭДС осуществляется до момента, пока магнитная система агрегата не возбудится до конца.

Асинхронный генератор

Такой узел представляет собой устройство, производящее электроэнергию с использованием принципа действия асинхронного двигателя. Данный тип агрегатов именуется индукционным. Асинхронное устройство обеспечивает оперативный поворот роторного механизма, а его скорость вращения намного выше по сравнению с синхронным. Простой двигатель может применяться в качестве генераторной установки без дополнительных настроек.

Асинхронные агрегаты используются в разных сферах:

  • для моторов ветровых электрических станций;
  • для автономного питания жилых помещений и частных домов либо в качестве миниатюрных ГЭС-станций;
  • для инверторных агрегатов сварки;
  • с целью организации бесперебойного питания от переменного тока.
Схема и устройство

Схематическое подключение асинхронного агрегата

Основными составляющими элементами данного типа устройств считаются статорный механизм и ротор. Первый является неподвижным, а второй прокручивается внутри него. Ротор отделен от статорного механизма воздушным зазором. Чтобы снизить величину вихревых токов, сердечники составляющих элементов делаются из отдельных листов электротехнической стали. Их толщина в зависимости от производителя может составить от 0,35 до 0,5 мм. Сами листы оксидируются при изготовлении, то есть подвергаются термической обработке, что позволяет увеличить их поверхностное сопротивление.

Сердечник статорного механизма устанавливается внутрь станины, которая является наружной частью агрегата. На внутренней стороне детали располагаются пазы, в них находится обмотка. Статорная электрообмотка зачастую выполняется из катушек с небольшим шагом. В ее основе используется медный изолированный проводник.

Особенности работы

Асинхронный тип двигателей производит электроэнергию при увеличенной скорости прокручивания роторного механизма. Этот параметр всегда выше, чем у синхронных агрегатов. При прокручивании роторного устройства и выработки электричества потребуется сильный крутящий момент. Если в двигателе используется так называемый вечный холостой ход, это обеспечит равную скорость прокручивания в течение всего ресурса эксплуатации установки.

Схемы подключения

По числу использующихся фаз все генераторные агрегаты делятся на две группы:

  • однофазные;
  • трехфазные.

Однофазный генератор

Схема подключения оборудования с одной фазой

Этот тип устройств используется для работы с любыми потребителями электроэнергии, главное — чтобы они были однофазными.

Самые простые конструкции состоят из:

  • магнитного поля;
  • прокручивающейся рамки;
  • коллекторного устройства, предназначенного для отвода тока.

Благодаря наличию последнего в результате рамочного прокручивания через щетки образуется постоянный контакт с рамкой. Параметры тока, который меняется с учетом закона гармоники, будут разными и передаются на щеточный узел, а также в схему потребителей напряжения. На сегодняшний день однофазные агрегаты являются наиболее популярным типом автономного источника питания. Они могут использоваться для подключения практически всех бытовых электроприборов.

Трехфазный генератор

Такой тип устройств относится к классу универсальных, но более дорогих агрегатов. Отличительная особенность трехфазных генераторов заключается в необходимости постоянного и дорогостоящего технического обслуживания. Несмотря на это, данный тип установок получил наибольшее распространение.

Это обусловлено следующими преимуществами:

  1. В основе агрегата используется вращающееся круговое магнитное поле. Это обеспечивает возможность хорошей экономии при разработке оборудования.
  2. Трехфазные генераторы состоят из уравновешенной системы. Это обеспечивает ресурс эксплуатации агрегата в целом.
  3. В работе трехфазного устройства одновременно используется два напряжения — линейное и фазовое. Оба применяются в единой системе.
  4. Одно из основных преимуществ — повышенные экономические показатели. Это обеспечивает снижение материалоемкости силовых проводов, а также трансформаторных агрегатов. Благодаря данной особенности упрощается процедура передачи электричества на большие расстояния.
Схема соединения «звездой»

Данный тип подключения подразумевает электросоединение концов обмоток в определенной точке, которая именуется «нулем». При выполнении такого подсоединения нагрузку к генераторному узлу можно подать посредством трех или четырех кабелей. Проводники от начала обмоток считаются линейными. А основной кабель, который идет от нулевой точки, является нулем. Параметр напряжения между проводниками считается линейным (эта величина выше в 1,73 раза по сравнению с фазной).

Схема типа «звезда» для подключения трехфазного оборудования

Одной из основных особенностей данного варианта является равенство токов. Четырехпроводной тип «звезды» с нейтральным кабелем считается самым распространенным. Его использование позволяет предотвратить перекос фаз при подсоединении несимметричной нагрузки. К примеру, если на одном контакте она активная, а на другом — реактивная или емкостная. При использовании такого варианта обеспечивается максимальная защищенность включенного электрооборудования.

Схемы соединения «треугольником»

Данный метод подключения представляет собой последовательное подсоединение обмоток трехфазного агрегата. Конец первой намотки должен быть соединен с началом второй, а ее контакт — с третьей. Затем проводник от обмотки под номером 3 подсоединяется к началу первого элемента.

При такой схеме линейные кабели отводятся от точек подключения обмоток. Параметр линейного напряжения по величине соответствует фазному. А значение первого тока выше второго в 1,73 раза. Описанные свойства актуальны исключительно в случае равномерной нагрузки фаз. Если она будет неравномерной, то параметры необходимо пересчитать графическим или аналитическим способом.

Электросхемы соединений агрегата «треугольником»

Особенности генераторов с разными типами двигателя

Автомобильные и бытовые установки могут разделяться между собой в соответствии с видом топлива, на котором они функционируют. Генераторный узел может работать на бензине или дизеле.

Бензогенераторы

В таких устройствах источником механической энергии является двигатель. Агрегат относится к классу четырехконтактных карбюраторных ДВС. В бензогенераторах используются двигатели, рассчитанные на 1-6 кВт. В продаже можно встретить агрегаты, разработанные для функционирования при 10 кВт, с их помощью можно обеспечить питание всех световых и электроприборов в частном доме.

Бензогенераторы могут похвастаться невысокой стоимостью и длительным ресурсом эксплуатации, хотя по сравнению с дизельными — они немного меньше. Выбор агрегата осуществляется с учетом нагрузок, в условиях которых он будет функционировать. Если узел работает с большим пусковым током и применяется для электросварки, то лучше отдать предпочтение синхронным устройствам. При выборе асинхронного типа агрегата двигатель сможет справиться с пусковыми токами. Но важно, чтобы генераторная установка была полностью загружена, в противном случае топливо будет расходоваться нецелесообразно.

Канал «Olifer TV» рассказал о выборе агрегатов для частного дома в соответствии с типом горючего, на котором он будет использоваться.

Дизельные генераторы

Такой агрегат приводит в действие мотор, функционирующий на дизеле.

В его основе используется:

  • механическая составляющая;
  • панель с кнопками, предназначенная для управления;
  • система подачи топлива;
  • охладительный узел;
  • система смазки трущихся компонентов и узлов.

Мощность генераторной установки полностью определяется аналогичным параметром самого двигателя. Если она будет невысокой, к примеру, для запитки бытового электрооборудования, то лучше отдать предпочтение бензиновым установкам. Дизельный тип агрегатов целесообразно использовать там, где требуется высокая мощность. Двигатели внутреннего сгорания обычно применяются с верхней установкой клапанов. Они обладают более компактными размерами, а также высокой надежностью.

Кроме того, дизельные ДВС при функционировании выделяют меньше токсичных газов, опасных для здоровья человека, и более удобны в плане ремонта. Специалисты рекомендуют отдать предпочтение агрегатам, корпус которых выполнен из стали, так как пластмасса имеет меньший ресурс использования.

Более надежными являются генераторные дизельные установки, не оснащенные щетками.

Напряжение, которое они вырабатывают, стабильнее. В среднем, если бак заправлен дизельным горючим под завязку, это обеспечит возможность работы генератора в течение семи часов. Если агрегат будет установлен стационарно, то его конструкцию можно дополнить внешним резервуаром для залива топлива.

Канал «Фабрика Тока» продемонстрировал работу дизельного агрегата, использующегося для обеспечения энергией частного дома.

Инверторные генераторы

Производство электрической энергии осуществляется аналогично, как на любой классической модели генератора. В первую очередь производится выработка переменного тока. Он выпрямляется и подается на инверторный узел, а затем преобразуется опять в переменный, только с необходимыми техническими параметрами.

В основе агрегата используется электронный модуль, включающий в себя:

  • выпрямительный узел;
  • микропроцессорное устройство;
  • преобразовательный механизм.

По типу выходного напряжения инверторные агрегаты могут разделяться на:

  1. Прямоугольные. Такой вид устройств считается наиболее дешевым. Его энергии хватит только для запитки электроинструментов и маломощных приборов.
  2. Устройства с трапецеидальным сигналом. Могут использоваться для питания большинства электроприборов, кроме высокочувствительной техники. Стоимость таких агрегатов средняя.
  3. Устройства, работающие с синусоидальным напряжением. Такие генераторы характеризуются стабильными характеристиками и подходят для большинства электрических приборов.

Инверторные агрегаты могут функционировать без перерыва либо промежутками. В качестве объектов потребления энергии обычно выступают учреждения, где нельзя допустить перепадов напряжения.

Основные преимущества инверторных установок:

  • маленькие размеры и масса;
  • низкий расход горючего в результате регулировки выработки определенного объема электричества, необходимого в конкретный момент времени;
  • инверторные агрегаты могут функционировать в течение короткого временного интервала с перегрузкой.
  • высокая стоимость устройств по сравнению с классическими вариантами генераторных установок;
  • повышенная чувствительность к температурным изменениям в электронной составляющей;
  • невысокий уровень мощности установки;
  • дорогостоящий ремонт электронного модуля при его поломке.

Использование инверторных устройств актуально в случае, когда требуемая величина мощности составляет не больше 6 кВт. Если агрегат будет использоваться на постоянной основе, то лучше отдать предпочтение классическому типу.

Канал «Garage КАХОВКА» протестировал бензиновую установку инверторного класса от производителя «ПилоД».

Как сделать генератор переменного тока своими руками

Для самостоятельного изготовления асинхронного агрегата понадобится следующее:

  1. Мотор. Двигатель можно соорудить своими руками, но эта процедура слишком длительная и трудоемкая. Поэтому лучше использовать агрегат от старого неработающего бытового электрооборудования. Оптимальным вариантом будет применение двигателя от дренажного насосного устройства, стиральной машинки либо пылесоса.
  2. Статорный механизм. Рекомендуется приобрести готовое устройство, оборудованное обмоткой.
  3. Комплект электрических проводов.
  4. Изолента, допускается применение термоусадочных трубок.
  5. Трансформаторный узел или выпрямительный блок. Этот элемент потребуется в случае, если на выходе генератора переменного тока энергия будет иметь разную мощность.

Перед началом работ необходимо сделать несколько манипуляций, которые позволят правильно выполнить расчет параметра мощности агрегата:

  1. Использующийся двигатель подключается к электросети для определения скорости вращения. Чтобы выполнить эту задачу, потребуется специальное устройство — тахометр. После считывания информации полученное значение надо записать и прибавить к нему еще 10%. Это — компенсаторная величина. Если добавить 10% к скорости вращения, это позволит предотвратить перегрев агрегата во время функционирования.
  2. Выполняется подбор конденсаторных элементов с учетом требуемой величины мощности. Если на этом этапе возникли сложности, можно воспользоваться таблицей.
  3. Генераторная установка во время работы продуцирует электроэнергию, соответственно, заранее необходимо продумать заземление устройства. При его отсутствии и некачественной изоляции агрегат не только износится быстрее, но и может представлять опасность для человека.
  4. После подготовки выполняется процедура сборки, она не займет много сил. К двигателю, который будет использоваться в основе, подключаются конденсаторные элементы в соответствии со схемой. В ней указана очередность подсоединения компонентов. Надо учесть, что величина емкости каждой конденсаторной детали соответствует предыдущему устройству.

Схема сборки простого генератора переменного тока Таблица выбора емкости конденсатора для агрегата

Полученный узел сможет обеспечить энергией электрическую пилу, циркулярку или болгарку, т. е. любой маломощный инструмент.

При использовании самодельного генератора переменного тока нельзя допустить перегрева двигателя, иначе это приведет к его поломке и даже взрыву.

В процессе сборки и эксплуатации надо учитывать следующие нюансы:

  1. Если коэффициент полезного действия падает прямо пропорционально в соответствии с длительностью работы, это норма. Данный нюанс связан с тем, что периодически генераторный агрегат должен отдыхать и остывать. Важно время от времени снижать температуру двигателя до 40 градусов Цельсия.
  2. Поскольку в простой схеме устройства не используется автоматика, потребитель должен сам контролировать все процессы работы приспособления. Время от времени к агрегату необходимо подключать измерительное оборудование — тахометр, вольтметр.
  3. Перед выполнением сборки нужно правильно подобрать электроприборы в соответствии с расчетом его технических параметров и свойств. Приведенная схема наиболее простая в плане реализации.

Видео «Принцип действия генераторного устройства»

Канал «Halyk Smart» рассказал о нюансах функционирования агрегата переменного тока.

Термин «генерация» в электротехнику пришел из латинского языка. Он обозначает «рождение». Применительно к энергетике можно сказать, что генераторами называют технические устройства, занимающиеся выработкой электроэнергии.

При этом надо оговориться, что производить электрический ток можно за счет преобразования различных видов энергии, например:

Исторически сложилось так, что генераторами называют конструкции, которые преобразуют кинетическую энергию вращения в электричество.

По виду вырабатываемой электроэнергии генераторы бывают:

1. постоянного тока;

2. переменного.

Физические законы, которые позволяют создавать современные электрические установки для выработки электроэнергии за счет преобразований механической энергии, открыты учеными Эрстедом и Фарадеем.

В конструкции любого генератора реализуется , когда происходит наводка электрического тока в замкнутой рамке за счет пересечения ее вращающимся магнитным полем, которое создается в упрощенных моделях бытового использования или обмотками возбуждения на промышленных изделиях повышенных мощностей.

При вращении рамки изменяется величина магнитного потока.

Электродвижущая сила, наводимая в витке, зависит от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего рамку в замкнутом контуре S, и прямо пропорциональна его значению. Чем быстрее осуществляется вращение ротора, тем выше величина вырабатываемого напряжения.

Для того чтобы создать замкнутый контур и отвести с него электрический ток, потребовалось создать коллектор и щеточный узел, обеспечивающий постоянный контакт между вращающейся рамкой и стационарно расположенной частью схемы.


За счет конструкции подпружиненных щеток, прижимающихся к коллекторным пластинам, происходит передача электрического тока на выходные клеммы, а с них дальше он поступает в сеть потребителя.

Принцип работы простейшего генератора постоянного тока

При вращении рамки вокруг оси ее левая и правая половинки циклически проходят около южного или северного полюса магнитов. В них каждый раз происходит смена направлений токов на противоположное так, что у каждого полюса они протекают в одну сторону.

Для того чтобы в выходной цепи создавался постоянный ток, на коллекторном узле создано полукольцо для каждой половинки обмотки. Прилегающие к кольцу щетки снимают потенциал только своего знака: положительный или отрицательный.

Поскольку полукольцо вращающейся рамки разомкнуто, то в нем создаются моменты, когда ток достигает максимального значения или отсутствует. Чтобы поддерживать не только направление, но и постоянную величину вырабатываемого напряжения, рамку изготавливают по специально подготовленной технологии:

    у нее используют не один виток, а несколько — в зависимости от величины запланированного напряжения;

    число рамок не ограничивается одним экземпляром: их стараются сделать достаточным количеством для оптимального поддержания перепадов напряжения на одном уровне.

У генератора постоянного тока обмотки ротора располагают в пазах . Это позволяет сокращать потери наводимого электромагнитного поля.

Конструктивные особенности генераторов постоянного тока

Основными элементами устройства являются:

    внешняя силовая рама;

    магнитные полюса;

    статор;

    вращающийся ротор;

    коммутационный узел со щётками.


Корпус изготавливают из стальных сплавов или чугуна для придания механической прочности общей конструкции. Дополнительной задачей корпуса является передача магнитного потока между полюсами.

Полюса магнитов крепят к корпусу шпильками или болтами. На них монтируют обмотку.

Статор , называемый еще ярмом или остовом, изготавливают из ферромагнитных материалов. На нем размещают обмотку катушки возбуждения. Сердечник статора оснащен магнитными полюсами, образующими его магнитное силовое поле.

Ротор имеет синоним: якорь. Его магнитопровод состоит из шихтованных пластин, снижающих образование вихревых токов и повышающих КПД. В пазы сердечника заложены обмотки ротора и/или самовозбуждения.

Коммутационный узел со щетками может иметь разное количество полюсов, но оно всегда кратно двум. Материалом щеток обычно используют графит. Коллекторные пластины изготавливают из меди, как наиболее оптимального металла, подходящего по электрическим свойствам проводимости тока.

Благодаря использованию коммутатора на выходных клеммах генератора постоянного тока образуется сигнал пульсирующего вида.


Основные типы конструкций генераторов постоянного тока

По типу питания обмотки возбуждения различают устройства:

1. с самовозбуждением;

2. работающие на основе независимого включения.

Первые изделия могут:

    использовать постоянные магниты;

    или работать от внешних источников, например, аккумуляторных батарей, ветряной установки…

Генераторы с независимым включением работают от собственной обмотки, которая может быть подключена:

    последовательно;

    шунтами или параллельным возбуждением.

Один из вариантов подобного подключения показан на схеме.


Примером генератора постоянного тока может служить конструкция, которая раньше часто применялась на автомобильной технике. Ее устройство такое же, как у асинхронного двигателя.


Подобные коллекторные конструкции способны работать в режиме двигателя или генератора одновременно. За счет этого они получили распространение в существующих гибридных автомобилях.

Процесс образования якорной реакции

Она возникает в режиме холостого хода при неправильной настройке усилия прижатия щеток, создающее неоптимальный режим их трения. Это может привести к снижению магнитных полей или возникновению пожара из-за повышенного образования искр.

Способами ее снижения являются:

    компенсации магнитных полей за счет подключения дополнительных полюсов;

    настройка сдвига положения коллекторных щеток.

Преимущества генераторов постоянного тока

К ним относят:

    отсутствие потерь на гистерезис и образование вихревых токов;

    работа в экстремальных условиях;

    пониженный вес и маленькие габариты.

Принцип работы простейшего генератора переменного тока

Внутри этой конструкции используются все те же детали, что и у предыдущего аналога:

    магнитное поле;

    вращающаяся рамка;

    коллекторный узел со щетками для отвода тока.

Основное отличие заключается в устройстве коллекторного узла, который создан так, что при вращении рамки через щетки постоянно создается контакт со своей половинкой рамки без циклической смены их положения.

За счет этого ток, сменяющийся по законам гармоники в каждой половинке, полностью без изменений передается на щетки и далее через них в схему потребителя.


Естественно, что рамка создана намоткой не из одного витка, а рассчитанного их количества для достижения оптимального напряжения.

Таким образом, принцип работы генераторов постоянного и переменного тока общий, а отличия конструкции заключаются в изготовлении:

    коллекторного узла вращающегося ротора;

    конфигурации обмоток на роторе.

Конструктивные особенности промышленных генераторов переменного тока

Рассмотрим основные части промышленного индукционного генератора, у которого ротор получает вращательное движение от рядом расположенной турбины. В конструкцию статора включен электромагнит (хотя магнитное поле может создаваться набором постоянных магнитов) и обмотка ротора с определённым числом витков.

Внутри каждого витка индуктируется электродвижущая сила, которая последовательно складывается в каждом из них и образует на выходных зажимах суммарное значение напряжения, выдаваемого на схему питания подключенных потребителей.

Чтобы повысить на выходе генератора амплитуду ЭДС используют специальную конструкцию магнитной системы, выполненную из двух магнитопроводов за счет применения специальных сортов электротехнической стали в виде шихтованных пластин с пазами. Внутри их смонтированы обмотки.


В корпусе генератора расположен сердечник статора с пазами для размещения обмотки, создающей магнитное поле.

Вращающийся на подшипниках ротор тоже имеет магнитопровод с пазами, внутри которых смонтирована обмотка, получающая индуцируемую ЭДС. Обычно для размещения оси вращения выбирается горизонтальное направление, хотя, встречаются конструкции генераторов с вертикальным расположением и соответствующей конструкцией подшипников.

Между статором и ротором всегда создается зазор, необходимый для обеспечения вращения и исключения заклинивания. Но, в то же время в нем происходит потеря энергии магнитной индукции. Поэтому его стараются делать минимально возможным, оптимально учитывая оба этих требования.

Расположенный на одном валу с ротором возбудитель является электрогенератором постоянного тока, обладающим относительно небольшой мощностью. Его назначение: питать электроэнергией обмотки силового генератора в состоянии независимого возбуждения.

Подобные возбудители применяют чаще всего с конструкциями турбинных или гидравлических электрогенераторов при создании основного либо резервного способа возбуждения.

На картинке промышленного генератора показано расположение коллекторных колец и щеток для съема токов с конструкции вращающегося ротора. Этот узел при работе испытывает постоянные механические и электрические нагрузки. Для их преодоления создается сложная конструкция, которая при эксплуатации требует периодических осмотров и выполнения профилактических мероприятий.

Чтобы снизить создаваемые эксплуатационные затраты применяется другая, альтернативная технология, при которой тоже используется взаимодействие между вращающимися электромагнитными полями. Только на роторе располагают постоянные или электрические магниты, а напряжение снимают со стационарно расположенной обмотки.

При создании подобной схемы такую конструкцию могут называть термином «альтернатор». Она применяется в синхронных генераторах: высокочастотных, автомобильных, на тепловозах и судах, установках электрических станций энергетики для производства электроэнергии.

Особенности синхронных генераторов

Принцип действия

Название и отличительный признак действия заключен в создании жесткой связи между частотой переменной электродвижущей силы, наводимой в статорной обмотке «f» и вращением ротора.


В статоре вмонтирована трехфазная обмотка, а на роторе — электромагнит с сердечником и обмоткой возбуждения, запитанной от цепей постоянного тока через щеточный коллекторный узел.

Ротор приводится во вращение от источника механической энергии — приводного двигателя с одинаковой скоростью. Его магнитное поле совершает такое же движение.

В обмотках статора наводятся одинаковые по величине, но сдвинутые на 120 градусов по направлению электродвижущие силы, создающие трехфазную симметричную систему.

При подключении на концы обмоток цепей потребителей в схеме начинают действовать токи фаз, которые образуют магнитное поле, вращающееся точно так же: синхронно.

Форма выходного сигнала наводимой ЭДС зависит только от закона распределения вектора магнитной индукции внутри зазора между полюсами ротора и пластинами статора. Поэтому добиваются создания такой конструкции, когда величина индукции меняется по синусоидальному закону.

Когда зазор имеет постоянную характеристику, то вектор магнитной индукции внутри зазора создается по форме трапеции, как показано на графике линий 1.

Если же форму краев на полюсах исправить на косоугольную с изменением зазора до максимального значения, то можно добиться синусоидальной формы распределения, как показано линией 2. Этим приемом и пользуются на практике.

Схемы возбуждения синхронных генераторов

Магнитодвижущая сила, возникающая на обмотке возбуждения «ОВ» ротора, создает его магнитное поле. Для этого существуют разные конструкции возбудителей постоянного тока, основанные на:

1. контактном методе;

2. бесконтактном способе.

В первом случае используется отдельный генератор, называемый возбудителем «В». Его обмотка возбуждения питается от дополнительного генератора по принципу параллельного возбуждения, именуемого подвозбудителем «ПВ».


Все роторы размещаются на общем валу. За счет этого они вращаются совершенно одинаково. Реостаты r1 и r2 служат для регулирования токов в схемах возбудителя и подвозбудителя.

При бесконтактном способе отсутствуют контактные кольца ротора. Прямо на нем монтируют трехфазную обмотку возбудителя. Она синхронно вращается с ротором и передает через совместно вращающийся выпрямитель электрический постоянный ток непосредственно на обмотку возбудителя «В».


Разновидностями бесконтактной схемы являются:

1. система самовозбуждения от собственной обмотки статора;

2. автоматизированная схема.

При первом методе напряжение от обмоток статора поступает на понижающий трансформатор, а затем — полупроводниковый выпрямитель «ПП», вырабатывающий постоянный ток.

У этого способа первоначальное возбуждение создается за счет явления остаточного магнетизма.

Автоматическая схема создания самовозбуждения включает использование:

    трансформатора напряжения ТН;

    автоматизированного регулятора возбуждения АВР;

    трансформатора тока ТТ;

    выпрямительного трансформатора ВТ;

    тиристорного преобразователя ТП;

    блока защиты БЗ.

Особенности асинхронных генераторов

Принципиальное отличие этих конструкций состоит в отсутствие жесткой связи между частотами вращения ротора (nr) и индуцируемой в обмотке ЭДС (n). Между ними всегда существует разница, которую называют «скольжением». Ее обозначают латинской буквой «S» и выражают формулой S=(n-nr)/n.

При подключении нагрузки на генератор создается тормозной момент для вращения ротора. Он влияет на частоту вырабатываемой ЭДС, создает отрицательное скольжение.

Конструкцию ротора у асинхронных генераторов изготавливают:

Асинхронные генераторы могут иметь:

1. независимое возбуждение;

2. самовозбуждение.

В первом случае используется внешний источник переменного напряжения, а во втором — полупроводниковые преобразователи или конденсаторы в первичной, вторичной или обоих видах схем.

Таким образом, генераторы переменного и постоянного тока имеют много общих черт в принципах построения, но отличаются конструктивным исполнением определённых элементов.

Генератор переменного тока – тригонометрия и генерация однофазного переменного тока для электриков

Мы установили, что если проводник проходит через поле или поле через проводник, то устанавливается напряжение. Это означает, что напряжение устанавливается только при постоянном движении. Было обнаружено, что вместо того, чтобы кто-то быстро пропускал проводник через поле, проводник можно было сформировать в петлю и вращать в поле для поддержания напряжения.Это будет пример так называемого простого генератора переменного тока .

Простой генератор переменного тока имеет два магнитных полюса, которые создают магнитное поле. Проводник (якорь) вращается в этом поле, чтобы установить напряжение.

Рисунок 46. Простой генератор переменного тока

 

Практичный генератор переменного тока имеет неподвижный проводник и вращающееся поле.

Рисунок 47. Практический генератор Рисунок 48. Простые детали генератора

 

Рисунок 49.Практичные детали генератора

Якорь. На эту часть индуцируется напряжение. Он может быть вращающимся (простой генератор переменного тока) или стационарным (практичный генератор переменного тока).

Контактные кольца. Изготовленные из латуни, они вращаются и либо передают ток на нагрузку (простой генератор переменного тока), либо возбуждают поле (практический генератор переменного тока).

Щетки. Изготовленные из графитового углерода, они являются стационарными и пропускают либо ток к нагрузке (простой генератор переменного тока), либо ток к полю (практический генератор переменного тока).

Полевые столбы. Они бывают стационарными (простой генератор) или вращающимися (практичный генератор).

Первичный двигатель. Эта деталь вращает якорь (простой) или поле (практический). Примеры включают:

  • двигатель внутреннего сгорания
  • ГЭС
  • рукоятка
  • ветряная мельница

Если бы вы догадались о практическом, вы были бы правы. Щетки простого генератора переменного тока должны быть рассчитаны на нагрузку. Если у вас большая нагрузка, потребляющая много тока, размер ваших щеток должен быть соответствующим.Принимая во внимание, что в практичном генераторе переменного тока щетки подают ток в поле и могут быть небольшими, но при этом обеспечивать достаточный ток для регулировки поля. С любым генератором переменного тока самый простой способ отрегулировать напряжение — изменить напряженность поля. Можно изменять скорость генератора для регулировки напряжения, но это также изменит частоту.

Далее:  Как генератор создает синусоиду

Деревянный генератор переменного тока | Otherpower

После сборки цельнодеревянного ветряка я почувствовал вдохновение сделать его более крупную и прочную версию.На следующей странице представлено краткое описание сборки генератора переменного тока и его проверки. Я разработал этот генератор переменного тока, пока я его строил, используя в основном интуицию и работая с доступными материалами. Несомненно, можно было бы сделать много улучшений. Если у вас есть какие-либо идеи или мысли по этому поводу, поделитесь с нами по электронной почте или на нашей доске обсуждений!

Para Español, перевод Хулио Андраде.

Первоначальные результаты испытаний — последовательное соединение, достигает 12 вольт при зарядке при 120 об/мин, зарядный ток 6 ампер при 300 об/мин.Подключен параллельно, достигает 12 вольт при 240 об/мин, с зарядным током 12 ампер при 350 об/мин. При 500 об/мин он выдает около 500 Вт. К сожалению, это предел возможностей нашей нынешней испытательной установки — нам нужно построить еще большую. Больше тестов и график впереди!

Используемые детали и расходные материалы

Для сборки генератора я использовал следующее:

Часть вала длиной 10 дюймов, диаметром 1/2 дюйма.

Шариковые подшипники с внутренним диаметром 2 1/2 дюйма

18 избыточных редкоземельных магнитов NdFeB

Фанера 3/4 дюйма

Магнитный провод 18 AWG 5 фунтов

Шурупы для гипсокартона 1 1/2 дюйма

Винты для настила 3 ​​дюйма

Эпоксидная смола

Суперклей

Стекловолоконная смола для окончательной отделки

Я вырезал 5 фанерных дисков на ленточной пиле диаметром 9 дюймов.В центре каждого диска я просверлил отверстие диаметром 1/2 дюйма. Эти диски наклеены на вал для создания якоря. Чтобы надежно удерживать якорь на валу, я просверлил отверстие примерно в 4 дюйма с одного конца 1 /8″ и вставил штифт длиной 4″. На одном диске я просверлил прорезь длиной 4 дюйма, шириной 3/16 дюйма и глубиной 3/16 дюйма, чтобы принять этот штифт, чтобы он был зафиксирован на валу. Я щедро покрыл фанерные диски столярным клеем и зажал их. вместе на валу, затем скрутил их вместе 3-дюймовыми шурупами.

На токарном станке по металлу (токарный станок по дереву подойдет) я выровнял якорь так, чтобы его диаметр был примерно 8,75 дюйма. В центре якоря я вырезал паз глубиной 3/16 дюйма, достаточно широкий, чтобы в него можно было вставить магниты ( 1,74 дюйма). Магниты уложены чередующимися полюсами вверх. Этот конкретный магнит доступен либо с севером, либо с югом снаружи. Для этого генератора переменного тока требуется 9 каждого типа. Диаметр такой, что магниты торчат из деревянной поверхности. якоря, поэтому общий диаметр магнитов, включенных в якорь, чуть меньше 9.25″. У этих магнитов дуга намного острее, чем у якоря, поэтому она выглядит какой-то «комковатой»! Я не думаю, что это проблема. Просто нестандартные магниты стоят слишком дорого, часто с ними стоит поработать который доступен. Чтобы 18 магнитов поместились вокруг якоря, между каждым магнитом есть небольшое пространство (около 0,10 дюйма). В качестве проставок я использовал 1-дюймовые шурупы для гипсокартона, которые были удалены после высыхания клея. Поскольку они сужаются вверху, простое вкручивание их глубже обеспечивает больший зазор между магнитами, т.е….приложив немного терпения, можно легко отрегулировать винты и равномерно расположить магниты вокруг арматуры.

После того, как все магниты были вставлены на место и правильно затянуты винтами, я приклеил их эпоксидной смолой. В качестве зажима я просто обвязал магниты веревкой и затянул ее палкой через узел. Когда клей начал схватываться, я снял винты и нанес новый слой клея на всю поверхность генератора. Это не только помогает удерживать магниты, но и защищает генератор от влаги.

Статор (та часть, которая в конечном итоге будет удерживать витки проволоки) изготовлен из фанеры толщиной 3/4 дюйма. Внутренний круг имеет радиус 5 дюймов, что оставляет место для витков между ним и якорем. Магниты выступают из деревянного генератора переменного тока примерно на 1/8 дюйма, что позволяет использовать катушки толщиной около 3/8 дюйма и иметь близкий зазор с магнитами. Очень важен очень маленький зазор между катушками и магнитами, особенно если катушки не имеют ферромагнитного сердечника. Я вырезал из фанеры детали статора, склеил их вместе, крепко зажал и скрутил винтами для гипсокартона 1 1/2 дюйма.Каждая деталь состоит из 3 ламинатов общей толщиной 2 1/4″.

Вал поддерживается опорными блоками, также изготовленными из кусков фанеры толщиной 3/4 дюйма. Я вырезал отверстия кольцевой пилой диаметром 1 1/2 дюйма для установки подшипников. Конечно, подшипники имеют внутренний диаметр 1/2 дюйма, чтобы вместить вал. Внешний диаметр подшипников составляет примерно 1,6 дюйма — очень плотная посадка в отверстия в фанере. Я покрыл подшипники снаружи эпоксидной смолой и запрессовал их с помощью оправочного пресса (тиски или молоток тоже подойдут) как можно глубже, чтобы я мог затянуть установочные винты.Я был доволен тем, как хорошо они подошли к отверстиям и как ровно они вошли. Я считаю, что здесь мне немного повезло!

Я построил простое устройство для намотки катушек, чтобы ускорить производство. С одной стороны у него кривошип, а с другой шпуля. В качестве вала я использовал длинный болт, а конец шпули удерживается гайкой. Каждая катушка наматывается на форму, затем гайка снимается… так, чтобы конец шпули оторвался и катушку можно было снять. Прошло очень быстро! Так как у генератора 18 магнитов, я намотал 18 катушек.Катушки изготовлены из эмалированного магнитного провода AWG 18, каждая катушка имеет 50 витков. Катушки имеют размер около 2,75 «х 1,5» снаружи, а отверстие в середине составляет около 5 «х 1,5» … в соответствии с размером катушки на намоточной машине. Я подумал, что это подходящий размер, учитывая размер магнитов. Действительно — это что-то вроде интуитивного предположения…

Когда катушки снимаются с намоточной машины, они довольно свободные и хрупкие. Я осторожно обращался с ними, прежде чем вклеивать их в ламинаты статора.

На изображении выше вы можете видеть все части генератора переменного тока, готовые к отделке и сборке.

Для первого шага в креплении катушек (не показано ни на одном из рисунков) я отмерил их правильное расположение (они должны быть расположены равномерно) и слегка приколол их суперклеем. Затем я щедро покрыл их суперклеем (эпоксидная смола тоже подойдет… просто это заняло бы больше времени), накрыл их вощеной бумагой и зажал в форме, которую я вырезал из дерева.Эта форма вынуждает их иметь точно правильный диаметр, чтобы соответствовать арматуре. Как только клей высох, я снял зажим, деревянную форму и вощеную бумагу и был рад обнаружить, что они очень хорошо подходят! В будущем я могу заполнить центр этих катушек смесью магнетитового песка и эпоксидной смолы — это поможет провести магнитное поле через катушки и увеличить выходной ток готового генератора переменного тока. На данный момент мне очень любопытно узнать, как это работает, если между катушками нет ничего, кроме воздуха.У «воздушных сердечников» внутри катушек также есть преимущество — генератор переменного тока вообще не будет вращаться до тех пор, пока не будет под нагрузкой, что устраняет большую вибрацию и помогает генератору начать вращаться в некоторых приложениях. Зубчатое зацепление является проблемой генераторов переменного тока с постоянными магнитами, особенно для ветрогенераторов.

После вклеивания рулонов остается только шлифовка и финишная обработка. К счастью, мне немного помог наш глава отдела исследований, разработок и физики элементарных частиц… Майя!

Все детали были обильно покрыты стекловолоконной смолой – похожей на эпоксидную смолу, она образует толстое пластичное покрытие и должна сделать генератор практически водонепроницаемым на долгие годы.Единственный недостаток… очень воняет! Вы можете приобрести этот материал в любом хозяйственном магазине или магазине автозапчастей. На этом изображении трудно увидеть, но… в основании генератора есть деревянные штифты, так что все части могут быть точно установлены в правильном положении при сборке агрегата. Это позволяет легко производить сборку и разборку. При изготовлении базы я собрал детали так, чтобы она легко крутилась — катушки были максимально близко к магнитам, и ничего не терлось. Затем я слегка соединил весь генератор с помощью суперклея и просверлил отверстия диаметром 1/4 дюйма снизу основания в опорных блоках и обеих половинках статора.Затем я вклеил в основание 1/4-дюймовые установочные штифты, которые гарантируют, что при сборке все детали точно встанут на свои места.

После нанесения стеклопластиковой смолы я собрал все на основании. Все подошло хорошо — зазор между катушками и магнитами был отличный. После того, как все выглядело хорошо, я скрутил его снизу 3-дюймовыми шурупами. Он кажется очень крепким — ничего не двигается, не трется и не вибрирует, чего не должно было бы быть! На этом этапе я соединил все катушки на каждой половине статора последовательно.Катушки должны чередоваться в том направлении, в котором они намотаны. Это может показаться запутанным! Метод проб и ошибок — не самый плохой способ убедиться в правильности подключения. Просто медленно вращайте его вручную и начинайте измерять напряжение, начиная с одной катушки и убедившись, что напряжение увеличивается с каждой дополнительной катушкой, соединенной последовательно.

Все катушки каждой половины статора соединены последовательно. В этот момент каждую половину можно зацепить либо последовательно, либо параллельно, чтобы наиболее подходящим образом согласовать нагрузку с генератором.Выше изображен старый добрый тест на вкус, верный способ проверить любую батарею или генератор, если он остается ниже 10 вольт! (иначе будет больно — не пытайтесь повторить это дома!)

У меня нет подходящего оборудования для полной проверки этого генератора. Лучший инструмент, который у меня есть, поскольку он не подходит к моему токарному станку, — это ручная дрель с патроном 1/2 дюйма. С помощью измерителя, который показывает частоту, я могу точно определить число оборотов в минуту. Когда обе половины статора зацеплены последовательно генератор будет достигать 12 вольт примерно при 120 об/мин.Примерно при 300 об/мин он заряжает мои аккумуляторы примерно на 6 ампер (это предел моей ручной дрели!). Когда я соединяю обе половины статора параллельно, он достигает 12 вольт примерно при 240 об/мин, а примерно при 350 об/мин он заряжает мои 12-вольтовые аккумуляторы чуть более 10 ампер. На картинке выше вы можете видеть частотомер и большой деревянный амперметр на стене. Очевидно, что ограничивающим фактором здесь является мощность ручной дрели. Я опубликую диаграмму, когда соберу хорошую машину для испытаний генератора переменного тока и получу лучшие результаты! Учитывая все здесь, я очень доволен результатами.

Мне было любопытно, как будет выглядеть выходной сигнал на прицеле, учитывая близкое расположение магнитов друг к другу и «бугристый» якорь. Имейте в виду, что то, что показано выше на осциллографе, представляет собой переменный ток, напрямую от генератора переменного тока. Чтобы его можно было использовать при зарядке аккумулятора, его необходимо преобразовать в постоянный ток. Для этого необходимо использовать «мостовой выпрямитель» (простая схема из 6 диодов).

Выше показан «выпрямленный» выходной сигнал генератора.Это полезно для зарядки аккумулятора, но вы заметите, как «комковатый» постоянный ток выглядит на прицеле. Хотя это редко вызывает проблемы, иногда этот тип постоянного тока вызывает проблемы с приемом радио и телевидения (вы услышите визг). Чтобы сгладить доступный здесь постоянный ток, можно использовать конденсатор.

См. выше красивый плоский выход постоянного тока после подключения конденсатора между выходами Pos и ​​Neg.

Просто для удовольствия…Я подключил его к своей стереосистеме! Это проигрыватель компакт-дисков, подключенный к ламповому предусилителю Fisher 50-х годов, подключенному к ламповому усилителю мощности Dynaco Stereo 70. Если сложить числа на обратной стороне… получится более 300 Вт. К моему изумлению, этот деревянный генератор зажег лампы и проигрыватель компакт-дисков… воспроизводил музыку и звучал просто отлично, когда приводился в действие ручной электрической дрелью! Ручная дрель рассчитана на максимальный ток около 3,5 ампер… так что это достаточно эффективная передача мощности!

В заключение… Все это заняло около двух полных дней времени, около 100 долларов на магниты и 30 долларов на магнитную проволоку. (Вал и подшипники у меня были под рукой) Неплохая цена за эффективный низкочастотный генератор. Тоже было весело, а полученная информация полезна. Использование готовых опорных подшипников с подушками, вероятно, было бы разумным, особенно если вы действительно собираетесь использовать генератор переменного тока! Конечно, есть более простые способы создания генераторов переменного тока, которые были бы такими же или даже более эффективными. Для сборки действительно нужен токарный станок, ленточная пила, сверлильный станок…и т.д. Если бы построить подобную машину, используя якорь дискового типа вместо цилиндра, это было бы намного проще. Я остановился на этом дизайне только потому, что он казался забавным, выглядел аккуратно и был основан на моем предыдущем деревянном ветряке. Следите за нашим следующим генератором переменного тока… его будет еще проще построить, и он будет намного эффективнее. В целом, я удивлен производительностью этого устройства, учитывая, что в нем нет ничего, кроме воздуха между катушками и дерева вокруг. Дерево — плохой проводник магнитных полей! Просто для шоу…. он не должен быть оптимальным, он просто должен работать!

Кажется, может быть некоторый аргумент в пользу того, чтобы не слишком беспокоиться о стальных пластинах или ферритовых сердечниках в катушках, а просто добавить еще несколько магнитов и проводов и согласиться на машину несколько большего размера. Одним из непосредственных преимуществ наличия «воздушных катушек», очевидно, является полное отсутствие зубчатых колес, что при использовании в ветряной мельнице должно привести к очень легкому запуску машины. На данный момент я понятия не имею, какой может быть максимальная мощность этого генератора, но предварительные тесты, на мой взгляд, впечатляют! С такой машиной можно построить мелкий ветряк или гидроэлектростанцию.Как и во всех других наших «экспериментах» с генератором переменного тока… это действительно магниты, которые делают это возможным! Без этих сверхвысококачественных магнитов этот генератор не был бы так эффективен. С обычными керамическими или магнитами AlNiCo пришлось бы приложить гораздо больше усилий, чтобы построить генератор переменного тока, который эффективно вырабатывает такую ​​​​мощность при таких низких оборотах.

Что делает генератор? [Руководство на 2022 год]

Легко понять, почему многие люди путают генератор переменного тока с турбокомпрессором, а другие путают его функцию с автомобильным аккумулятором.В этой статье вы узнаете, что делает генератор переменного тока и как он работает.

Генератор обычно расположен на передней стороне двигателя. Генератор переменного тока предназначен для производства электроэнергии для питания аксессуаров вашего автомобиля, таких как кондиционер, фары, электрические стеклоподъемники и так далее.

Вам может быть интересно, как именно это достигается. В этом руководстве весь процесс будет подробно описан.

Давайте начнем с объяснения основ генератора переменного тока.

Компоненты генератора

Прежде чем мы рассмотрим процесс более подробно, мы изучим основы генератора переменного тока, чтобы дать вам более полное представление о том, как он работает.

Генератор переменного тока состоит из нескольких компонентов, которые работают вместе для производства электроэнергии. Двумя компонентами, которые выделяются как наиболее важные, являются ротор и статор .

 Другие важные компоненты включают в себя:

  • Шкив
  • Регулятор напряжения
  • Выпрямитель

Несмотря на то, что статор и ротор являются сердцем генератора переменного тока, ваш двигатель не сможет получать мощность без совместной работы всех компонентов.

Мы также рассмотрим другие компоненты, такие как корпус и подшипник.

Шкив

Когда двигатель начинает вырабатывать мощность, движение поршней вверх-вниз преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

К вращающемуся коленчатому валу прикреплен поликлиновой ремень, прикрепленный к шкиву. Этот же ремень соединен со шкивом генератора.

Шкив генератора вращает весь узел или, точнее, ротор.

Если все это звучит для вас в новинку или вы хотите освежить память, обязательно прочитайте наше подробное руководство «Как работает автомобильный двигатель». Процесс описан простым и понятным языком.

Ротор

Генератор переменного тока работает за счет электромагнитной индукции. Другими словами, он производит электричество с помощью вращающегося магнита (ротора) и контурного проводника (статора).

Если вы недавно не изучали физику или не работали с электричеством, эти термины могут вас немного сбить с толку.

Проще говоря, электричество — это поток электрического заряда . Все вещества состоят из атомов, которые, в свою очередь, состоят из электронов, протонов и нейтронов.

Когда электроны вращаются вокруг ядра атома, возникает электрический ток. В зависимости от направления электронов вещество будет либо слабомагнитным, либо сильномагнитным.

Магнит будет иметь северный полюс и южный полюс, где противоположные полюса притягиваются друг к другу. Ротор , в данном случае , будет вращаться внутри статора , выталкивая в него электроны.

Как отмечалось ранее, электричество — это поток электрического заряда. Когда ротор выталкивает электроны в статор, возникает поток электрического заряда.

Если вы хотите узнать больше, в Википедии есть отличная подробная статья, объясняющая науку.

Ротор состоит из «кулачковых полюсов». Одна сторона «клешни» — северный полюс, а другая — южный полюс. Находясь близко друг к другу и чередуясь с севера на юг, образуется сильное магнитное поле.

Другими словами, ротор работает как электромагнит.Благодаря вращательному движению шкива он будет вращаться и действовать как магнит, подталкивая электроны к статору.

Статор

Вы, наверное, уже поняли, что статор играет большую роль вместе с ротором.

Статор — это то, что окружает ротор. Он стационарный и состоит из намотанной медной проволоки. Когда ротор вращается, электроны будут выталкиваться на статор.

Проще говоря, это приемник электрического тока. Из-за вращательного движения ротора и различных магнитных полюсов возникает переменный ток.

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения определяет мощность, распределяемую генератором. Важно знать, насколько велика мощность генератора переменного тока.

Слишком высокое напряжение может привести к повреждению электрических компонентов автомобиля, таких как аккумулятор. Низкое напряжение разрядит аккумулятор, и электрические компоненты не будут работать должным образом.

Регулятор напряжения сравнивает мощность, отбираемую от статора, с напряжением аккумулятора.Если напряжение аккумуляторной батареи ниже, регулятор напряжения увеличит напряжение от генератора.

При подаче питания на провода между полюсами клешней будет возникать больший электромагнитный эффект, что приведет к увеличению мощности. Делается это с помощью щеток , которые расположены в задней части генератора.

Помните, что ротор приводится в движение шкивом, скорость которого зависит от скорости двигателя. Имея регулятор напряжения, напряжение можно регулировать независимо от частоты вращения двигателя (пока оно не равно нулю).

Выпрямитель

Генератор переменного тока получил свое название от тока, который он производит – переменный ток. Он известен как переменный ток, потому что полярность меняется при вращении ротора.

Для работы аккумулятора и других электрических компонентов необходимо использовать постоянный ток (DC) вместо переменного тока (AC).

Выпрямитель преобразует переменный ток, создаваемый ротором и статором, в постоянный ток. Затем постоянный ток используется для зарядки аккумулятора и питания электрических аксессуаров автомобиля.

Функция генератора переменного тока

Как упоминалось ранее, принцип работы генератора переменного тока кажется простым, однако для того, чтобы генератор вырабатывал электричество, требуется много вещей.

Аккумулятор отвечает за запуск автомобиля и накопление электроэнергии при неработающем двигателе. Когда вы включаете двигатель, генератор подзаряжает аккумулятор и препятствует его разрядке.

Генератор питает почти все электрические компоненты, которые вы используете в своем автомобиле, такие как кондиционер, электрические стеклоподъемники, подогрев сидений.и так далее.

Из-за этого проблема, например, с электростеклоподъемниками может быть связана с неисправностью генератора. Если вы подозреваете, что генератор неисправен, вы можете легко проверить его с помощью вольтметра.

К счастью, генератор выходит из строя нечасто, но это случается. Если вы один из тех, кому не повезло, вам нужно будет либо отремонтировать, либо заменить его, что может стоить от $100 до $1000 .

Простой способ проверить автомобильный генератор — GardenFork

Эрик · Этот пост может содержать партнерские ссылки, это один из способов оплаты счетов.· 9 комментариев

Горит ли индикатор аккумулятора или генератора? Вот первый шаг, чтобы определить, не работает ли ваш генератор.

Вам понадобится вольтметр — я предпочитаю цифровой — все они меньше 20 долларов.

Откройте капот вашего автомобиля/грузовика, установите вольтметр на 20 вольт постоянного тока или любое другое значение напряжения постоянного тока, установленное в диапазоне 15-25 вольт постоянного тока.

12,67 В постоянного тока означает, что генератор не заряжает

Поместите черный провод от вольтметра на отрицательный полюс автомобильного аккумулятора — черный провод от двигателя подключен к отрицательному полюсу аккумулятора.

Поместите красный провод от вольтметра на положительный полюс автомобильного аккумулятора — красный провод от двигателя подсоединяется к положительному полюсу аккумулятора.

Считайте напряжение: если оно составляет около 12,5 В, генератор не заряжает аккумулятор. Это может быть вызвано несколькими причинами, это может быть ослабленный или отсоединенный провод, ослабленный ремень, может быть неисправен регулятор напряжения или генератор переменного тока. Во многих автомобилях регулятор напряжения прикреплен к задней части генератора или встроен в него.

Когда аккумулятор моего грузовика Ford F150 разрядился, я вытащил вольтметр и проверил аккумулятор. Я смог сказать, что проблема была не в ослабленном проводе или соединении, потому что вскоре после того, как я начал тестировать аккумулятор, генератор начал дымить, что является довольно хорошим признаком того, что его необходимо заменить.

На многих легковых и грузовых автомобилях, если у вас есть некоторые механические способности, вы можете заменить генератор самостоятельно. Поищите в Интернете дискуссионный форум о вашем автомобиле и поищите в сообщениях советы и рекомендации по замене генератора переменного тока.Когда вы идете в местный магазин запчастей, чтобы забрать новый генератор, идеально было бы принести сломанный, большинство таких деталей требуют обмена старой детали (чтобы они могли восстановить ее), И это хорошо, чтобы подтвердить что новый генератор правильный. Спасите себя от поездки.

Расскажите нам свои истории о генераторах переменного тока ниже, будьте готовы узнать от вас другие советы и рекомендации.

Простое объяснение выходной мощности генератора

Выходная мощность генератора переменного тока обычно выражается в амперах, что, по сути, представляет собой количество тока, которое устройство способно обеспечить для всего оборудования, подключенного к электрической системе.Это важная цифра из-за того, что генераторы OEM обычно плохо приспособлены для работы с дополнительными нагрузками от послепродажного оборудования и обновлений.

Роберт Ллевеллин / Фотобиблиотека / Гетти

Когда это происходит, и мощность вашего генератора не может полностью удовлетворить потребности вашей электрической системы, вы можете столкнуться с чем угодно: от тусклых фар до серьезных проблем с вождением. Если оставить эту проблему в покое, эта проблема в конечном итоге приведет к полному сгоранию генератора.

Конечно, существует разница между «номиналом» силы тока генератора и количеством тока, который он может обеспечить на холостых оборотах, поэтому важно иметь полное представление о том, как читать выходные данные генератора, если у вас много мощности. установлено голодное послепродажное оборудование.

В то время как выходная мощность генератора переменного тока дает вам представление о том, для чего он предназначен, единственный способ увидеть, на что он действительно способен, — это проверить его. С этой целью вы можете измерить фактическую мощность генератора переменного тока при смоделированной нагрузке, что позволит вам получить представление о том, на что он способен в реальных условиях.

Выходные характеристики генератора

и реальный мир

Термин «выход генератора переменного тока» относится к двум различным, но связанным понятиям.Во-первых, это выходная мощность генератора переменного тока, которая представляет собой количество тока, которое устройство способно производить при определенной скорости вращения. Например, генератор на 100 А имеет «номинальную» мощность 100 А, что означает, что он способен обеспечить 100 А, когда вал генератора вращается со скоростью 6000 об/мин.

Другая вещь, к которой может относиться выходная мощность генератора переменного тока, — это количество тока, которое устройство фактически производит в любой момент времени, что является функцией физических возможностей генератора переменного тока, скорости вращения входного вала и мгновенных требований. электрическая система.

Понимание выходных характеристик генератора

Когда вы слышите, что генератор переменного тока «рассчитан на 100 А», это может означать несколько разных вещей в зависимости от того, откуда вы получили информацию. Единственный случай, когда эта цифра действительно имеет смысл, — это когда производитель генератора переменного тока или ремонтник использует термин «номинальное значение» в его предполагаемом значении, которое определяется документами международных стандартов, такими как ISO 8854 и SAE J 56.

Как в ISO 8854, так и в SAE J 56 стандарты испытаний и маркировки генераторов переменного тока указывают, что «номинальная мощность» генератора переменного тока — это количество тока, которое он способен производить при 6000 об/мин.В каждом стандарте также указывается диапазон других скоростей, при которых должен быть испытан генератор переменного тока, и определяются «мощность холостого хода» и «максимальная» мощность в дополнение к «номинальной мощности».

Хотя производители, ремонтники и поставщики генераторов переменного тока обычно ссылаются на номинальную мощность в рекламных материалах, как ISO, так и SAE требуют формата «IL / IRA VTV», где IL — это низкий или холостой выходной ток, IR — это номинальная выходная сила тока, а VT — испытательное напряжение.

Это приводит к рейтингам, которые выглядят как «50/120A 13.5V», которые обычно печатаются или штампуются на корпусе генератора переменного тока.

Интерпретация выходных характеристик генератора

Давайте возьмем пример из предыдущего раздела и рассмотрим его:

50/120А 13,5В 

Поскольку мы знаем, что стандарты ISO и SAE требуют формата «IL / IRA VTV», на самом деле довольно легко интерпретировать этот рейтинг.

Во-первых, мы посмотрим на IL, который в данном случае равен 50. Это означает, что этот генератор способен выдавать 50 А на «низкой» тестовой скорости, которая составляет либо 1500 об/мин, либо «холостой ход двигателя, ” в зависимости от того, с каким стандартом вы имеете дело.

Следующее число — 120, что означает «IR» или выходную силу тока при «номинальной» тестовой скорости. В этом случае этот генератор способен выдавать 120 А при 6000 об/мин. Поскольку это «номинальная» испытательная скорость, это число обычно используется для номинальной мощности генератора переменного тока.

Последнее число — 13,5 В, что означает «VT» или напряжение, при котором генератор выдерживался во время теста. Поскольку выходное напряжение генератора переменного тока может варьироваться как в большую, так и в меньшую сторону от 13,5 В в реальных ситуациях, его фактические пределы выходной мощности будут отличаться от холостого хода и номинальных значений.

Выход генератора переменного тока Спрос и предложение

Имея все это в виду, также важно понимать, что выходная мощность генератора переменного тока связана с требованиями электрической системы в дополнение к его собственным возможностям и скорости, с которой его входной вал вращается в любой момент.

По сути, в то время как максимальная мощность генератора переменного тока зависит от скорости вращения входного вала, фактическая мощность зависит от нагрузки. По сути, это означает, что генератор переменного тока никогда не будет генерировать больше тока, чем требуется в соответствии с мгновенными требованиями электрической системы.

В реальном мире это означает, что в то время как генератор с недостаточной мощностью может вызвать проблемы, не удовлетворяя потребности вашей электрической системы, генератор с существенно большей мощностью представляет собой много потраченного впустую потенциала. Например, генератор переменного тока с высокой выходной мощностью может выдавать более 300 А, но на самом деле он не будет обеспечивать большую силу тока, чем стандартный блок на 80 А, если это все, что электрическая система когда-либо пытается потреблять.

Вам нужен более мощный генератор?

В большинстве случаев генераторы заменяются из-за нормального износа.Внутренние компоненты просто изнашиваются, поэтому лучше всего заменить его новым или восстановленным блоком, который соответствует тем же номинальным значениям выходной мощности. Бывают случаи, когда ремонт генератора более экономичен, чем покупка нового или восстановленного блока, но это другой разговор.

Также бывают случаи, когда генератор переменного тока может сгореть из-за чрезмерных требований в течение длительного периода времени. Обычно это не относится к автомобилям с заводскими аудиосистемами и без другого дополнительного оборудования, но может быстро вступить в игру, когда вы устанавливаете все более и более энергоемкое оборудование.

В тех случаях, когда кажется, что генератор перегорает быстрее, чем ожидалось, а в автомобиле установлен мощный послепродажный усилитель или другое подобное оборудование, замена с более высокой выходной мощностью может решить проблему.

Спасибо, что сообщили нам!

Расскажите нам, почему!

Другой Недостаточно подробностей Сложно понять Функция генератора

: как работают генераторы?

В этой статье от Linquip мы объясним функции генератора переменного тока и опишем все, что вам нужно знать о том, как он работает.И даже если вы хотите узнать о компонентах генератора переменного тока, эта статья будет вашим путеводителем! Вы готовы расширить свои знания? Тогда продолжайте читать…

Что такое генератор переменного тока?

Система зарядки внутри автомобиля состоит из трех основных компонентов: регулятора напряжения, аккумулятора и генератора переменного тока! Генераторы называются так, потому что они обеспечивают переменный ток! Генераторы переменного тока выполняют разные функции, например, подзаряжают аккумулятор, преобразовывают механическую энергию в электрическую, питают аксессуары внутри транспортных средств и так далее.

Определение генератора просто. Генераторы переменного тока — это системы, используемые для преобразования механической энергии в электрическую для различных целей, например, в современных автомобилях для питания их электрической системы при работающем двигателе или для зарядки аккумулятора. Примером электрических компонентов автомобиля, питающихся от генераторов, являются его внешние или внутренние фары.

Различные детали и функции генератора переменного тока

Ни одна система не работает без своих частей, и генераторы переменного тока не являются исключением.Различные детали обеспечивают работу генератора переменного тока. Этими деталями являются регулятор, выпрямитель, ротор, контактные кольца, подшипник с контактным кольцом, статор, подшипник с приводной стороны и т. д. Но как они работают вместе, чтобы обеспечить бесперебойную работу генератора переменного тока?

Функция генератора

Генераторы считаются одним из основных компонентов различных транспортных средств в их системе зарядки. В основном они обеспечивают электроэнергией автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Генераторы заряжают аккумулятор автомобиля при работающем двигателе, обеспечивая дополнительную электроэнергию для его систем.Почти все генераторы монтируются с помощью кронштейнов. Эти кронштейны крепятся болтами к определенной точке двигателя автомобиля. Эти две скобки используются по-разному.

Один из них закреплен на месте. Другой был разработан таким образом, чтобы его можно было отрегулировать для натяжения приводного ремня. Приводной ремень или змеевиковый ремень приводит в движение генератор переменного тока, прикрепленный болтами к двигателю автомобиля. Принцип сборки генератора достаточно прост. Генераторы маленькие и обычно находятся в верхней части двигателя.Генераторы обычно состоят из трех основных частей: корпуса или внешнего корпуса, ротора и статора. В генераторе переменного тока также предусмотрено несколько вентиляционных отверстий для вентиляции.

Корпус или часть, содержащая внутренние блоки, изготовлены из алюминия, поскольку он способен рассеивать тепло и не может намагничиваться.

Каждый ротор содержит до 20 магнитных полюсов, соединенных с центральным первичным двигателем, которые чередуют юг и север. Как вы уже знаете к этому моменту, ремень вращает коленчатый вал работающего двигателя, приводя в действие ротор.Этот ремень в современных автомобилях представляет собой поликлиновой ремень. Ремень соединен с первичным двигателем для вращения всего ротора, в результате чего создается магнитный поток. Различные щетки возле полюсов создают магнитное поле в каждой из них и с помощью токосъемных колец, расположенных вокруг первичного двигателя, направляют на эти полюса постоянный ток. Электроэнергия, которую они используют, подается от генераторов, которые присоединены к генераторам переменного тока, или от внешнего источника энергии.

Статор генератора переменного тока содержит систему медных катушек, которая позволяет статору правильно функционировать во всей системе.Эта сборка обычно трехфазного типа для функции генератора переменного тока многих транспортных средств. Это означает, что три набора медных катушек расположены на равном расстоянии друг от друга с интервалом в 120 градусов и также расположены вокруг железного вала. Использование трехфазной сборки позволяет генератору производить в три раза больше электроэнергии, чем один набор медных катушек.

При вращении шкива генератора переменного тока (узла, который соединен с системой приводного ремня и валом ротора) через двигатель ротор вращается мимо трех медных катушек или неподвижных обмоток статора, окружающих закрепленный на месте железный сердечник.Это составляет статор генератора переменного тока. Он показывает трехфазный ток, который дает в три раза больше электроэнергии. Они более эффективны, чем однофазные, которые производят только однофазный переменный ток по сравнению с трехфазным типом.

Переменный ток в медном проводе создается за счет генерации магнитного потока. Магнитный поток, как мы упоминали выше, является результатом движения ротора.

Поскольку транспортным средствам требуется питание постоянного тока, а генератор переменного тока обеспечивает питание переменного тока, необходим блок для преобразования этой мощности в желаемую.Это приводит к диоду в процессе, который называется выпрямителем. Этот выпрямитель отвечает за преобразование переменного тока в постоянный, чтобы его можно было хранить и использовать в аккумуляторе автомобиля. Этот выпрямитель находится в конце генератора переменного тока. Два диода подключаются к каждому выводу статора для регулирования тока, который подается через эти выводы статора на диоды. Они способны направлять или блокировать ток. Чтобы производить постоянный ток, необходимый для аккумуляторной батареи автомобиля, диоды позволяют току двигаться только в одном направлении и работают как односторонний клапан для генератора переменного тока.

Функция генератора предназначена для конечной цели обеспечения электроэнергией транспортных средств. Таким образом, произведенный постоянный ток будет поступать в аккумулятор автомобиля через несколько клемм, расположенных в задней части генератора. Эти клеммы подключают генератор к электрической системе автомобиля, и таким образом его можно включать или выключать, а также отправлять соответствующие данные в ЭБУ с его датчиков.

Новые автомобили используют ЭБУ для регулирования напряжения, но в старых автомобилях регулятор напряжения необходим для регулирования напряжения и обеспечения того, чтобы количество электричества, поступающего в аккумулятор, оставалось на желаемом уровне, поскольку слишком много или слишком мало электричества может нанести вред аккумулятор и связанные с ним электрические компоненты автомобиля.Регуляторы бывают двух типов: с заземленным полем и с заземленным регулятором. Первый работает, контролируя количество положительного заряда батареи, а второй управляет отрицательным зарядом аккумулятора или заземлением аккумулятора, которое течет в обмотку ротора.

Так что насчет вентиляционных отверстий? Что они делают в процессе работы генератора? Они используются для вентиляции. Нет необходимости упоминать, что охлаждение и вентиляция являются одними из важнейших элементов, когда речь идет о генераторах переменного тока.И если вы хотите, чтобы ваш работал правильно, ему обязательно нужны вентиляционные отверстия! На обоих концах генератора есть вентиляционные отверстия для отвода избыточного тепла. Существуют также охлаждающие вентиляторы, предназначенные для охлаждения генератора.

Эти вентиляторы приводятся в действие приводным ремнем. Воздушный поток в компактном генераторе переменного тока, который используется в современных автомобилях, является полурадиальным. Воздух входит аксиально и выходит радиально наружу. Благодаря лучшему охлаждению машина меньшего размера может получать от генератора больше мощности. Обычно это происходит с современными автомобилями, в которых используется компактная схема генератора переменного тока с улучшенной системой охлаждения по сравнению со старыми генераторами переменного тока.

Выходной ток для старых автомобилей с меньшим освещением составляет около 30 ампер, в то время как для типичного частного автомобиля он составляет от 50 до 70 ампер. По мере развития технологий в конструкции автомобиля его электрическая система становится все более сложной, что приводит к более высоким требованиям к более высоким номинальным значениям производимого выходного тока.

Заключительные слова

Как вы уже догадались, генераторы переменного тока являются одними из жизненно важных компонентов наших автомобилей, поэтому вы должны убедиться, что они получают надлежащий уход.Хотя они не требуют особого обслуживания, вам все же следует время от времени проверять устройство. У них есть подвижные узлы, поэтому они подвержены стрессу от холода и жары, а также пачкаются из-за движущихся частей. Вот как постепенно изнашиваются внутренние компоненты генератора. При правильном уходе они могут без проблем прослужить до 15 лет. Что произойдет, если генератор выйдет из строя? Ну а как только заряд аккумулятора транспортного средства истощится, двигатель заглохнет.

Это все, что нужно знать о генераторе переменного тока и о том, как он работает.Теперь вы можете легко понять внутренний процесс генератора переменного тока и то, как он преобразует механическую энергию в электричество. Если вам есть чем поделиться с нами и нашими читателями о генераторах переменного тока, напишите ниже и расскажите нам, что вы думаете. И если вам нужна помощь с генератором переменного тока, не стесняйтесь зарегистрироваться на Linquip, и наши специалисты помогут вам прямо сейчас.

Основные сведения об автомобильном генераторе

 

Что такое генератор?

 

Генератор переменного тока — это генератор, предназначенный для распределения электроэнергии по автомобилю и подзарядки аккумуляторной батареи.За исключением некоторых гибридных моделей, все автомобили со стандартным двигателем внутреннего сгорания будут иметь генератор переменного тока. Генератор обычно крепится к передней части двигателя и обматывается ремнем.

Основное заблуждение состоит в том, что аккумулятор питает все электрические компоненты автомобиля, будь то стеклоочистители, фары или радио. На самом деле именно автомобильный генератор производит большую часть электроэнергии вашего автомобиля. Аккумулятор в основном используется только для запуска двигателя и обеспечения питания, когда двигатель не работает.

Генератор переменного тока является важным компонентом системы зарядки автомобиля, поэтому полезно понять, как он работает.

 

Основные компоненты генератора:

  1. Ротор:  Ротор – это вращающаяся масса внутри генератора переменного тока, которая вращается с помощью системы шкивов и приводных ремней. Ротор действует как вращающийся электромагнит. Скользящие кольца. Токосъемные кольца используются как средство подачи постоянного тока и мощности на ротор.

 

 

 

 

 

 

Тип неисправности ротора:

  • Перегрузка: Перегрузка вызвана высоким током, который вызывает нагрев обмотки ротора
  • Обратная мощность: Это происходит из-за выхода из строя первичного двигателя и недостаточного крутящего момента, подаваемого на генератор переменного тока.
  • Недостаток мощности: может произойти, когда возбуждение генератора отключено, а коэффициент мощности уходит в сторону опережения. Это может привести к выходу из строя диодов на роторе и соскальзыванию полюсов.
  • Отрицательная фаза: может происходить несбалансированно. Это приводит к перегреву ротора.
  • Превышение скорости: когда скорость генератора выше нормальной, силы, развиваемые в генераторе, будут очень высокими, и концы ротора могут соскользнуть со своего места и удариться о другие части генератора.

 

 

2. Статор:  Статор закреплен на корпусе генератора и не двигается. Когда ротор вращается в обмотках статора, магнитное поле ротора проходит через обмотки статора, создавая электрический ток в обмотках. Из-за вращения ротора возникает переменный ток.

 

 

Тип неисправности статора:

  • Обмотка статора Неисправность: Из-за перегрева статора изоляция катушки порвется и система закоротится.

 

3. Регулятор: Регулятор напряжения — это система, предназначенная для автоматического поддержания постоянного напряжения. Регулятор напряжения может иметь простую конструкцию с прямой связью или может включать отрицательную обратную связь. В нем может использоваться электромеханический механизм или электронные компоненты.

 

 

Тип неисправности регулятора: 

 

  • Высокое выходное напряжение: если выходное напряжение составляет 16 вольт или более, весьма вероятно, что у вас неисправен регулятор напряжения.Слишком высокое напряжение может привести к повреждению различных электрических компонентов. Чаще всего лампы в фарах или задних фонарях преждевременно перегорают.
  • Периодические провалы в мощности: если у вас неисправный регулятор, это может привести к неправильной работе многих компонентов, таких как топливный насос, система зажигания или другие детали, требующие минимального напряжения.
  • Комбинация приборов не работает: Как и другие электрические компоненты, комбинация приборов требует определенного напряжения для отображения всей информации, необходимой во время вождения.Плохой регулятор напряжения может привести к тому, что он просто не будет работать или вести себя неустойчиво.
  • Затемнение или мерцание света: обычно вы заметите это с помощью фар, но это может повлиять на внутреннее освещение и даже на вашу стереосистему. Это снова указывает на ток, который не контролируется должным образом.
  • Аккумулятор разряжен: это может быть вызвано множеством других причин, включая забывание выключить свет, проблему с генератором или просто старый аккумулятор, который необходимо заменить.Но это также может быть из-за плохо управляемого тока из-за плохого регулятора напряжения.

       

4. Выпрямитель: Выпрямитель используется для преобразования тока из переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) во время процесса зарядки. Ротор. Ротор представляет собой вращающуюся массу внутри генератора переменного тока, которая вращается через систему шкива и приводного ремня. Ротор действует как вращающийся электромагнит.

 

 

Тип неисправности выпрямителя:  

  • Одной из наиболее распространенных причин низкой мощности зарядки генератора или ее отсутствия является неисправность одного или нескольких диодов в задней части генератора.В сборке «выпрямителя» есть три пары диодов (всего 6), которые преобразуют выходной переменный ток (AC) генератора переменного тока в постоянный ток (DC).

       

5. Шкив:  Шкив генератора позволяет клиновидному или поликлиновому ремню вращать генератор и приводится в действие системой привода вспомогательных агрегатов двигателя. Шкивы генератора обычно изготавливаются из штампованной стали или литого алюминия. Доступны два типа шкивов генератора.

 

 

Тип неисправности шкива:  

  • Короткий свистящий звук при запуске или остановке двигателя, скорее всего, вызван изношенным шкивом генератора с обгонной муфтой.Изношенный шкив генератора с обгонной муфтой часто блокируется и работает как прочный шкив. Это приведет к проскальзыванию ремня по поверхности шкива при колебаниях скорости ремня и генератора.

 

Для получения дополнительной информации посетите наш веб-сайт, посвященный техническому обучению — базовому обучению работе с изделием — генератор переменного тока

.

 

 

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.