Генератор переменного тока принцип действия: Как работает генератор переменного тока?

Как работает генератор переменного тока?

Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки {рисунок справа). Электроны {голубые шарики) перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита {дальний рисунок справа), т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное.

Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Принцип действия 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 (рисунок над текстом). Индуцированный 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.

Трехфазный генератор переменного тока

Одним из наиболее экономически выгодных способов выработки сильного переменного тока является использование одного магнита, вращающегося относительно нескольких обмоток. В типичном трехфазном генераторе три катушки расположены равноудалено от оси магнита.

Каждая катушка вырабатывает переменный ток, когда мимо нее проходит полюс магнита (правый рисунок).

Изменение направления электрического тока

Когда магнит вдвигается в проволочную катушку, он индуцирует в ней электрический ток. Этот ток заставляет стрелку гальванометра отклоняться в сторону от нулевого положения. Когда магнит вынимается из катушки, электрический ток изменяет свое направление на противоположное, и стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону от нулевого положения.

Переменный ток

Магнит не будет индуцировать электрический ток до тех пор, пока его силовые линии не начнут пересекать проволочную петлю. Когда полюс магнита вдвигается в проволочную петлю, в ней индуцируется электрический ток. Если магнит прекращает движение, электрический ток (голубые стрелки) также прекращается (средняя диаграмма). Когда магнит вынимается из проволочной петли, в ней индуцируется электрический ток, текущий в противоположном направлении.

Генератор переменного тока.

Устройство и принцип действия

Видео: Принцип работы генератора переменного тока. Как работает генератор простыми словами? Что такое переменный ток?

Генератор переменного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

В последнее время широкое распространение получили генераторы переменного тока, выгодно отличающиеся от генераторов постоянного тока своими габаритными размерами и способностью вырабатывать ток заряда при меньшей частоте вращения коленчатого вала двигателя. Они имеют повышенную надежность.

Генераторы переменного тока используют на гусеничных и колесных машинах (например, на КамАЗ-4310 и КЗКТ-7428). По своей конструкции генераторы переменного тока отличаются от коллекторных генераторов постоянного тока. У них почти вдвое меньше масса и втрое — расход меди. Благодаря более раннему началу отдачи зарядного тока (с момента приведения во вращение вала двигателя на режиме холостого хода) такие генераторы имеют существенно лучшие зарядные свойства по сравнению с генераторами постоянного тока.

Генератор переменного тока представляет собой трехфазную синхронную электромашину с электромагнитным возбуждением и выпрямителем. Генератор работает совместно с регулятором напряжения, обеспечивающим поддержание в электросети машины (с определенным допуском) требуемого постоянного напряжения.

Рис. Схема генератора переменного тока:
1 — ротор; 2 — статор; 3, 9 — шарикоподшипники; 4 — шкив привода; 5 — вентилятор; 6, 10 — крышки; 7 — выпрямитель; 8 — контактные кольца; 11 — щеткодержатель; 12 — обмотка возбуждения; 13 — винты крепления фазовых обмоток статора к выпрямителю; 14 — винт «массы»

Принцип действия генератора переменного тока

Конструкции электрических генераторов переменного тока различны, но принцип их действия одинаков. Рассмотрим один из таких генераторов.

Статор 2 генератора с трехфазной обмоткой выполнен в виде отдельных катушек, в витках которых при вращении ротора 1 индуцируется переменное напряжение. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Обмотка возбуждения 12 выполнена в виде катушки и помещена на стальной втулке клювообразных полюсов ротора, обмотки которого питаются постоянным током от аккумуляторной батареи или выпрямителя 7, устанавливаемого на выходе генератора. В крышке 10 имеются вентиляционные окна, через которые циркулирует охлаждающий поток воздуха. Моноблок-радиатор способствует охлаждению выпрямителя, собранного из кремниевых вентилей (диодов) с допустимой температурой нагрева 150 °С.

Интересным компоновочным решением конструкции генератора переменного тока является генераторная установка магистральных автопоездов МАЗ. Она состоит из генератора и интегрального регулятора напряжения (ИРН). Номинальное вырабатываемое напряжение установки 28 В, номинальная мощность 800 Вт. Регулятор вмонтирован в основание щеткодержателя генератора. В крышку генератора также вмонтирован выпрямительный блок БПВ 4-45. Регулятор состоит из резисторов, конденсаторов, стабилитронов, транзисторов и других элементов. Он снабжен переключателем сезонной регулировки («летняя» и «зимняя»). Элементы ИРН смонтированы на малогабаритной керамической плате, закрытой специальной крышкой и залитой герметиком, что делает конструкцию неразборной и неремонтируемой.

Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования в мобильных авторемонтных мастерских, для ремонта и обслуживания станков-качалок, спецмашин нефтегазовой отрасли, на ГЭС, ТЭС, АЭС, в транспортных системах.

Основные конструктивные элементы

Основные части синхронного генератора: неподвижная — статор, вращающаяся — ротор, представляющая собой электромагнит, и две основные обмотки.

1. Одна обмотка статора («обмотка возбуждения») запитывается от источника постоянного тока, функцию которого выполняет электронный регулятор напряжения. Регулятор используется в генераторах с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение осуществляется с использованием остаточного магнетизма магнитопровода СГ. При этом энергия переменного тока поступает от обмотки статора СГ. Комплекс из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя-преобразователя трансформирует ее в энергию постоянного тока.
2. Ток, протекающий в обмотке возбуждения статора, наводит ЭДС на обмотке возбуждения якоря генератора. Статор возбудителя, как конструкционный элемент может отсутствовать, и тогда его функции выполняют постоянные магниты.
3. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя.
4. Переменное напряжение, возникающее на обмотке якоря возбудителя, выпрямляется в блоке вращающихся диодов, которые так же называются словосочетанием «диодный мост», и превращает силовую обмотку ротора во вращающийся электромагнит, который наводит ЭДС в силовой обмотке статора СГ.
5. Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируются в пазы якоря и ротора.
6. Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, а в быту — однофазные.

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

• Явнополюсные роторы предназначены для синхронных генераторов, работающих с двигателями внутреннего сгорания с низкой частотой вращения — 1500 и 3000 об/мин.
• Неявнополюсные роторы востребованы в высокоскоростных (более 3000 об/мин) механизмах переменного электрического тока высокой мощности. Обычно их размещают на одном валу с паровыми турбинами. Такие СГ называют «турбогенераторы».

Определение скорости вращения

Понятие «синхронный» означает, что число оборотов находится в прямой математической зависимости от частоты тока. Эта зависимость определяется по формуле n = 60*f/p, где:

• n — скорость вращения, об/мин;
• f — частота, в бытовой электрической сети она равна 50 Гц;
• p — количество пар полюсов.

Принцип работы СГ

Принцип действия машины в режиме синхронного генератора:

1. При пропускании через обмотку возбуждения постоянного тока образуется стабильное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью.
2. При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки якоря возбуждаются переменные ЭДС.
3. Переменные ЭДС суммируются, образуя ЭДС фаз. Трехфазная система образуется тремя одинаковыми обмотками, размещаемыми на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120°.

В случаях, если централизованное электроснабжение имеет недостаточную мощность или отсутствует, как, например, на удаленных стройплощадках, нефтегазодобывающих объектах, морских и воздушных судах, СГ в составе с двигателем внутреннего сгорания функционируют в автономном режиме. При необходимости создания мощных источников питания синхронные двигатели включают на параллельную работу. Такой способ включения позволяет более полно использовать мощность каждой машины и при необходимости выводить отдельные СГ в ремонт без прекращения эффективного электроснабжения потребителей.

Второй режим работы синхронной машины — выполнение функций электродвигателя. Обычно СГ востребован в качестве двигателя в высокомощных установках более 50 кВт. Для работы в режиме электродвигателя обмотку статора подключают к электросети, а обмотку ротора — к источнику постоянного тока. Вращающий момент возникает при взаимодействии вращающегося магнитного поля СГ с постоянным током обмотки возбуждения.

Устройство и принцип работы генератора переменного тока — урок. Физика, 9 класс.

Проведём опыт по получению индукционного тока. Будем вдвигать и выдвигать постоянный магнит в катушку, соединённую с гальванометром.

 

 

Рисунок \(1\). Опыт по получению индукционного тока

 

Можно наблюдать отклонение гальванометра в одну и другую стороны. Это значит, что по катушке течёт индукционный ток, у которого изменяется как модуль, так и направление с течением времени. Такой ток называется переменным током.

Переменный ток создаётся и в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим его площадь. Изменение магнитного потока связано с изменением индукции магнитного поля. Величину магнитного потока можно изменить, поворачивая контур (или магнит), то есть меняя его ориентацию по отношению к линиям магнитной индукции.

 

 

Рисунок \(2\). Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита

Этот принцип получения переменного электрического тока используется в механических индукционных генераторах — устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть).

 

 

Рисунок \(3\). Схема генератора: \(1\) — корпус; \(2\) — статор; \(3\) — ротор; \(4\) — скользящие контакты (щётки, кольца)

В промышленном генераторе статором является цилиндр с прорезанными внутри него пазами, в которые уложен витками провод из меди с большой площадью поперечного сечения (аналогично рамке). Переменный магнитный поток в таких витках порождает переменный индукционный электрический ток.

Ротор — это постоянный магнит или электромагнит. Электромагнит представляет собой обмотку с железным сердечником внутри, по которому течёт постоянный электрический ток. Он подводится от внешнего источника тока через щётки и кольца.

 

Какая-либо механическая сила (паровая или водяная турбина) вращает ротор. Вращающееся одновременно с ним магнитное поле образует изменяющийся магнитный поток в статоре, в котором возникает переменный электрический ток.

 

 

Рисунок \(4\). Устройство гидрогенератора: \(1\) — статор; \(2\) — ротор; \(3\) — водяная турбина

устройство и принцип работы генераторов

Переменный ток промышленной частоты вырабатывается на электростанциях специально предназначенными для этих целей электромашинными синхронными генераторами. Принцип действия этих агрегатов основан на явлении электромагнитной индукции. Производимая паровой или гидравлической турбиной механическая энергия преобразовывается в электроэнергию переменного тока.

Вращающейся частью привода или ротором является электрический магнит, который и передает вырабатываемое магнитное поле на статор. Это – внешняя часть устройства, состоящая из трех катушек с проводами.

Передача напряжения осуществляется через коллекторные щетки и кольца. Медные роторные кольца вращаются одновременно с коленвалом и ротором, в результате чего к ним прижимаются щетки. Те, в свою очередь, остаются на месте, позволяя электротоку передаваться от неподвижных элементов генератора его вращающейся части.

Произведенное таким образом магнитное поле, вращаясь поперек статора, производит электропотоки, которые и осуществляют зарядку аккумулятора.

Однако для передачи импульса от генератора переменного тока к аккумулятору постоянного используется дополнительный диодный мост, который располагается в задней части устройства. Диод представляет собой деталь с двумя контактами, через которые в одном направлении проходит ток. А мост, как правило, состоит из 10 таких элементов.

Диоды делятся на две группы:

• Основные – необходимы для выпрямления напряжения и соединены с выводами статора.
• Дополнительные – направляют мощность на регулятор напряжения и контролирующую зарядку лампу.

Последняя крайне необходима в генераторе, потому что является контролирующим исправность привода контуром. Без лампы генератор переменного тока ни в коем случае не запустится на стандартных оборотах.

Для большего понимания, советуем
посмотреть популярные модели дизельных генераторов >>

Видео: принцип работы генератора переменного тока

Виды генераторов переменного тока

В зависимости от вырабатываемой энергии, генераторы подразделяются по мощности – на высокомощные и маломощные.

В быту наиболее оптимальными считается маломощное генераторное оборудование. Чаще всего, такие генераторы используют в качестве резервного электроснабжения. Также пользуются популярностью сварочные генераторы переменного тока. Однако с бензиновыми моделями следует проявлять крайнюю осторожность, используя их только по назначению. Иначе их моторесурс значительно сокращается. Ремонт такого оборудования, как и замена на новое устройство, сопряжен с внушительными финансовыми затратами.

Рекомендуем следующие модели генераторов переменного тока:

С целью создания автономного электроснабжения загородного участка, дома либо коттеджа в большинстве случаев применяется дизельный генератор. Данный агрегат рассчитан на выполнение таких задач, которые соответствуют его моторесурсу и мощности. Благодаря уникальным техническим характеристикам дизельгенераторы могут работать без перерывов в течение нескольких лет, что также положительно влияет на популярность этого оборудования.

Техническая информация о стартере и генераторе. О ремонте стартера и ремонте генератора.

Генератор предназначен для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумулятора при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи, и ее ускоренному выходу из строя. Не менее чувствительны к величине напряжения лампы освещения и сигнализация, акустическое оборудование.

Генератор – достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов. Принцип работы электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы у всех автомобильных генераторов, независимо от того, где они выпускаются.

Принцип действия генератора

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т.е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение (обычно через контрольную лампу  состояния генераторной установки). Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т.к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы – обычно 2…3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно “северный”, и “южный” полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.

За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть “южных” и шесть “северных” полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения  ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т.к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора.

Обмотка статора генераторов зарубежных и отечественных фирм – трехфазная. Она состоит из трех 3 частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов. Фазы могут соединяться в “звезду” или “треугольник”. При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения  действуют между концами обмоток фаз, а токи  протекают в этих обмотках, линейные же напряжения  действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи . Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные. При соединении в “треугольник” фазные токи меньше линейных, в то время как у “звезды” линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в “треугольник”, значительно меньше, чем у “звезды”. Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в “треугольник”, т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у “звезды” больше фазного, в то время как у “треугольника” они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения “треугольник” требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со “звездой”.

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа “звезда”. В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в “звезду”, т.е. получается “двойная звезда”. Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом “+” генератора, а другие три с выводом “—” (“массой”). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в “звезду”, т. к. дополнительное плечо запитывается от “нулевой” точки “звезды”.

У многих  генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении.  Следует обратить внимание на то, что под термином “выпрямительный диод”, не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т.д. Иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, герметизированный на теплоотводе

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т.е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генератор элементов ее защиты от скачков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении, он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения (напряжением стабилизации).

Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны “пробиваются “, т.е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе “+” генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после “пробоя” используется и в регуляторах напряжения.

Принцип действия регулятора напряжения (реле регулятора)

В настоящее время все генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки – тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения.

Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить – увеличивается.

Конструктивное исполнение генераторов

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой «компактной» конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому, по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой (Mitsubishi, Hitachi), и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости (Bosch, Valeo). В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками –передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части –  над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку (Denso). Существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными, и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное – только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы – полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума. После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т.к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты.

В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя, и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы, либо в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин-теплоотводов, соединенных с “массой” и выводом “+” генератора, случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т. к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи, что может привести к возгоранию. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами (Delco Remy, Motorcraft). Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец обычно плотная, со стороны привода – скользящая, в посадочное место крышки наоборот – со стороны контактных колеи – скользящая, со стороны привода – плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства – резиновые кольца, пластмассовые проставки, гофрированные стальные пружины и т.п. Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец.
У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места – к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Привод генераторов и крепление их на двигателе

Привод генераторов всех типов автомобилей осуществляется от коленчатого вала ременной или зубчатой передачей. При этом возможны два варианта – клиновым или поликлиновым ремнем. Приводной шкив генератора выполняется с одним или двумя ручьями для клинового ремня и с профилированной рабочей дорожкой для поликлинового. Вентилятор, выполненный, как правило, штамповкой из листовой стали, в традиционной конструкции генератора крепится на валу рядом со шкивом. Шкив может выполняться сборным из двух штампованных дисков, литым из чугуна или стали, а также полученным методом штамповки или точеным из стали.

Качество обеспечения питанием потребителей электроэнергии, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев приводного шкива генератора к шкиву коленчатого вала. Для повышения качества питания электропотребителей это число должно быть как можно больше, т. к. при этом частота вращения генератора повышается, и он способен отдать потребителям больший ток. Однако при слишком больших передаточных числах происходит ускоренный износ приводного ремня, поэтому передаточные числа передачи двигатель-генератор для клиновых ремней лежат в пределах 1,8…2,5, для поликлиновых до 3. Более высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем. Наилучшей конструкцией для генератора является индивидуальный привод. При таком приводе подшипники генератора оказываются менее нагруженными, чем в «коллективном» приводе, при котором обычно генератор приводится во вращение одним ремнем с другими агрегатами, чаще всего водяным насосом, и где шкив генератора служит натяжным роликом. Поликлиновым ремнем обычно приводится во вращение сразу несколько агрегатов. Например, на автомобилях Mercedes один поликлиновой ремень приводит во вращение одновременно генератор, водяной насос, насос гидроусилителя руля, гидромуфту вентилятора и компрессор кондиционера. В этом случае натяжение ремня осуществляется и регулируется одним или несколькими натяжными роликами при фиксированном положении генератора. Крепление генераторов на двигателе выполнено на одной или двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя. Натяжение ремня производится поворотом генератора на кронштейне, при этом натяжная планка, соединяющая двигатель с натяжным ухом, может быть выполнена в виде винта, по которому перемещается резьбовая муфта, сочленяемая с ухом.

Встречаются конструкции, у которых прорезь в натяжной планке имеет зубчатую нарезку, по которой перемещается натяжное устройство, соединенное с натяжным ухом. Такие конструкции позволяют обеспечивать натяжение ремня очень точно и надежно.

К сожалению, на данный момент не существует международных нормативных документов, определяющих габаритные и присоединительные размеры генераторов легковых автомобилей, поэтому генераторы различных фирм существенно отличаются друг от друга, разумеется, кроме изделий, специально предназначенных в качестве запчастей для замены генераторов других фирм.

Бесщеточные генераторы

Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т.п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.

Автомобильные генераторы переменного тока.

Генераторы переменного тока



Развитие автомобилестроения сопровождалось ростом требований к безотказности и увеличению срока службы автомобилей, комфорту их эксплуатации, снижению эксплуатационных затрат на техническое обслуживание и ремонт, а также соответствие все возрастающим требованиям безопасности движения.
В связи с этим появилась необходимость существенного увеличения мощности и срока службы автомобильных генераторов, как основных источников электрического тока, улучшения их эксплуатационных характеристик и снижения эксплуатационных затрат. Появилась необходимость уменьшения габаритных размеров и массы генераторов, как, впрочем, и многих других агрегатов и устройств, что позволяло гибко проектировать компоновку и внешний дизайн автомобилей, а также получать экономию дорогостоящих металлов.

Удовлетворение перечисленных требований путем совершенствования конструкции и технологии производства генераторов постоянного тока, учитывая низкую надежность и малый срок службы щеточно-коллекторного узла, а также габаритные размеры и массу генераторов постоянного тока, стало неосуществимо. Поэтому было выбрано новое направление в развитии автомобильных генераторов – создание генераторов переменного тока.

Название «генератор переменного тока» несколько условно, и касается в основном особенностей конструкции генератора, поскольку они оснащены встроенными полупроводниковыми выпрямителями и питают потребители постоянным (выпрямленным) током.
В генераторах постоянного тока таким выпрямителем является щеточно-коллекторный узел, осуществляющий выпрямление переменного тока, полученного в обмотках якоря.
Развитие полупроводниковой техники позволило применить в генераторах переменного тока более совершенный и надежный выпрямитель на полупроводниковых диодах, в котором отсутствовали механические детали и узлы, подверженные износу и отказам.

***

Преимущества и недостатки генераторов переменного тока

К основным преимуществам генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока можно отнести следующие свойства:

• при одинаковой мощности их масса в 1,8…2,5 раза меньше, причем примерно в три раза меньше расходуется ценного цветного металла – меди;
• при одинаковых габаритах генераторы переменного тока выдают большую мощность;
• ток начинает вырабатываться при меньшей частоте вращения ротора;
• проще схема и конструкция регулирующего устройства вследствие отсутствия элемента ограничения силы тока и реле обратного тока;
• проще и надежнее конструкция токосъемного устройства, особенно, в бесконтактных генераторах переменного тока;
• меньше эксплуатационные затраты из-за высокой надежности работы и увеличения срока службы.

С практической точки зрения преимущества генератора переменного тока проявляются в том, что вырабатываемый им ток снимается с неподвижных обмоток, закрепленных на корпусе-статоре. Обмотка возбуждения, выполненная на вращающемся роторе, существенно легче неподвижных обмоток статора, поэтому ротор можно вращать с большей скоростью, не опасаясь явлений дисбаланса вращающихся масс. Да и ток возбуждения в этом случае подвести проще, поскольку он небольшой. В результате щетки и контактные кольца служат дольше.

Кроме того, генератор постоянного тока, в отличие от генератора переменного тока, начинает вырабатывать ток при относительно большой частоте вращение якоря. По этой причине для его полноценного функционирования, например, на холостых оборотах двигателя, необходимо значительное передаточное число привода, что в дальнейшем (на рабочей частоте коленчатого вала) может привести к дисбалансу (из-за значительной массы якоря), износу подшипников и элементов привода генератора.

Определенное преимущество генераторов переменного тока проявляется, также, в том, что при необходимости получения высокого напряжения (например, для питания высоковольтных потребителей), достаточно использовать небольшой трансформатор. Увеличить напряжение постоянного тока таким способом не удастся. Несмотря на то, что в автомобильных бортовых сетях необходимость получения высокого напряжения возникает крайне редко, такую возможность нельзя сбрасывать со счетов.

Основные недостатки генератора переменного тока – необходимость выпрямления вырабатываемого им тока, а также некоторое рассеивание мощности в окружающих ротор и статор металлических деталях из-за возникновения вихревых и реактивных токов в переменном электромагнитном поле. Тем не менее, достоинства генераторов переменного тока с лихвой окупают отмеченные недостатки.

Первые автомобильные генераторы переменного тока были спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрямителями и вибрационными регуляторами напряжения. Селеновые выпрямители имели значительные размеры, и их приходилось размещать отдельно от генератора, в местах, где обеспечивалось хорошее охлаждение. Для присоединения такого выпрямителя к генератору требовалась дополнительная проводка.
Кроме того, селеновые выпрямители были недостаточно теплостойки, и допускали максимальную рабочую температуру не выше +80 ˚С.
По этим причинам в дальнейшем от селеновых выпрямителей отказались, и стали применять кремниевые диоды, которые были менее габаритны, обладали хорошей теплостойкостью, что позволяло размещать их непосредственно в генераторе.

На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли сначала контактно-транзисторные, а затем бесконтактные на дискретных элементах и бесконтактные интегральные регуляторы.
Габаритные размеры интегральных регуляторов позволяют встраивать их в генератор, который совместно со встроенными регулятором и выпрямительным блоком называется генераторной установкой.

***

Принципиальное устройство генератора переменного тока

На рис. 1 представлена упрощенная схема генератора переменного тока, который состоит из двух основных частей: статора с неподвижной обмоткой, в которой индуцируется переменный ток, и ротора, создающего магнитное поле.

Полюсы ротора поочередно проходят мимо неподвижных катушек статора, размещенных на пазах с внутренней стороны корпуса генератора. При этом изменяется направление магнитного потока, а, следовательно, и направление индуцируемой в катушке ЭДС.

Обычно число полюсов магнита на роторе и число катушек в корпусе позволяет получить трехфазный ток. У трехфазных генераторов обмотки имеют одну общую точку, где соединяются их концы, поэтому такая схема соединения называется «звездой», а общая точка обмотки – нулевой точкой.

Вторые концы обмоток присоединяют к двухполупериодному выпрямителю. Магнитное поле ротора может создаваться постоянным магнитом или электромагнитом. В последнем случае к обмотке возбуждения электромагнита подводится постоянное напряжение.

Применение в роторе электромагнитов усложняет конструкцию генератора, так как необходимо подводить напряжение к вращающейся детали – ротору, но в этом случае возможно регулирование напряжения изменением частоты вращения ротора. Кроме того, магнитные свойства постоянных магнитов существенно зависят от их температуры.

Более подробно устройство и работа автомобильного генератора переменного тока приведены на следующей странице.

***



Бесконтактные генераторы с электромагнитным возбуждением

Для автомобильных генераторов надежность и срок службы определяются тремя факторами:

• качеством электрической изоляции;
• качеством подшипниковых узлов;
• надежностью токосъемных (щеточно-контактных) устройств.

Первые два фактора зависят от уровня развития смежных производств. Третий фактор может быть исключен путем использования бесконтактных генераторов, имеющих более высокую надежность и ресурс, чем контактные генераторы, использующие щеточно-контактные токосъемные устройства. Это стимулировало создание автомобильных бесконтактных генераторов переменного тока с электромагнитным возбуждением – индукторных генераторов и генераторов с укороченными полюсами.

К бесконтактным генераторам с электромагнитным возбуждением относятся индукторные генераторы и генераторы с укороченными клювами. Работает генератор следующим образом. Обмотка возбуждения, по которой протекает постоянный ток, создает в магнитной системе поток, который при вращении ротора изменяется по величине без изменения знака. Этот поток замыкается, проходя через воздушные зазоры между валом и элементами ротора, зубцы которого выполнены в виде звездочки, воздушный зазор между ротором и статором, магнитопровод статора и крышку генератора.

Изменение магнитного потока в якоре при вращении ротора происходит за счет изменения магнитного сопротивления воздушного зазора между зубцами статора и ротора.
Магнитный поток Ф у индукторных генераторов пульсирующий. Магнитный поток в воздушном зазоре периодически изменяется от Ф_mах, когда оси зубцов ротора и статора совпадают, до Ф_min, когда оси зубцов ротора и статора смещены на угол 180˚ электрических градусов. Таким образом, магнитный поток имеет среднюю постоянную и переменную составляющую с амплитудой

Ф_пер = 0,5 (Ф_mах – Ф_min)

3убец и впадина ротора (индуктора) генератора образуют пару полюсов, поэтому частота тока якоря в индукторе генератора может быть определена по формуле:

f = zn/60,

где z- число зубцов ротора.

В генераторах с укороченными полюсами бесконтактность достигается за счет неподвижного крепления обмотки возбуждения с помощью немагнитной обоймы. Полюсы клювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части ротора. В процессе вращения ротора магнитный поток возбуждения пересекает витки обмотки статора, индуцируя в них ЭДС.

Генераторы с укороченными полюсами просты по конструкции, технологичны. Роторы таких генераторов имеют малое рассеяние.
К недостаткам можно отнести несколько большую, чем у контактных генераторов, массу при той же мощности. Также следует отметить трудность крепления обмотки возбуждения и обеспечения жесткости и механической прочности ее крепления.

Применение на автомобилях существующих конструкций индукторных генераторов долго сдерживалось следующими трудностями:

• невысокие удельные показатели;
• повышенный уровень пульсации выпрямленного напряжения;
• повышенный уровень шума.

Дальнейшее совершенствование конструкции и устранение вышеперечисленных недостатков позволило использовать индукторные генераторы переменного тока на автомобилях.

Впервые бесщеточные генераторы с укороченными полюсами 45.3701 и 49.3701 были использованы на автомобилях марки «УАЗ».

***

Небольшой видеоролик позволит наглядно понять основные принципы работы и устройство автомобильного генератора переменного тока.

***

Устройство и работа генератора автомобиля ВАЗ



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Работа, характеристики, преимущества и недостатки

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

Что такое генератор?

Генератор переменного тока определяется как машина или генератор, который вырабатывает переменный ток (переменный ток) и преобразует механическую энергию в электрическую, поэтому его также называют генератором переменного тока или синхронным генератором. Существуют разные типы генераторов переменного тока в зависимости от области применения и конструкции. Генератор переменного тока морского типа, генератор автомобильного типа, генератор переменного тока типа дизель-электрический локомотив, генератор переменного тока бесщеточного типа и генераторы переменного тока с радио – это типы генераторов переменного тока, основанные на применении.Типы генераторов с явным полюсом и с цилиндрическим ротором – это типы генераторов переменного тока, основанные на конструкции.

генератор переменного тока

Конструкция генератора переменного тока

Основными компонентами генератора переменного тока или синхронного генератора являются ротор и статор. Основное различие между ротором и статором заключается в том, что ротор – это вращающаяся часть, а статор – это не вращающийся компонент, что означает, что это неподвижная часть. Двигатели обычно приводятся в действие ротором и статором.

генератор или синхронный генератор

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

типов роторов

Ротор с выступающими полюсами

Значение выступа – выступающий наружу, что означает, что полюса ротора выступают наружу из центра ротора. На роторе имеется обмотка возбуждения, и для этой обмотки возбуждения будет использоваться источник постоянного тока. Когда мы пропускаем ток через эту обмотку возбуждения, создаются полюса N и S. Выступающие роторы неуравновешены, поэтому скорость ограничена. Этот тип ротора используется на гидроэлектростанциях и дизельных электростанциях. Ротор с явнополюсным ротором используется для тихоходных машин со скоростью примерно 120-400 об / мин.

Цилиндрический ротор

Цилиндрический ротор также известен как невыступающий или круглый ротор, и этот ротор используется в высокоскоростных машинах с частотой вращения приблизительно 1500-3000 об / мин, и примером этого является тепловая электростанция. Этот ротор состоит из стального радиального цилиндра, имеющего ряд пазов, и в этих пазах размещается обмотка возбуждения, и эти обмотки возбуждения всегда подключаются последовательно. Преимущества: механическая надежность, равномерное распределение потока, высокая скорость работы и низкий уровень шума.

Двигатели переменного тока бывают разных форм и размеров, но у нас не может быть переменного тока без ротора и статора. Ротор изготовлен из чугуна, а статор – из кремнистой стали. Цена ротора и статора зависит от качества.

Принцип работы генератора переменного тока

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

вращение прямоугольной катушки между двумя магнитными полюсами

Если прямоугольная катушка вращается по часовой стрелке на осях a и b, сторона проводника A и B проходит перед южным полюсом, а C и D встаньте перед северным полюсом, как показано на рисунке (b).Итак, теперь мы можем сказать, что движение проводника перпендикулярно силовым линиям от N к S полюсу, и проводник отсекает магнитный поток. В этом положении скорость отсечения магнитного потока проводником максимальна, потому что проводник и магнитный поток перпендикулярны друг другу, и, следовательно, в проводнике индуцируется ток, и этот ток будет в максимальном положении.

Проводник еще раз поворачивается на 90 ⁰ по часовой стрелке, после чего прямоугольная катушка переходит в вертикальное положение.Теперь положение проводника и линии магнитного потока параллельно друг другу, как показано на рисунке (c). На этом рисунке проводник не режет магнитный поток и, следовательно, ток не индуцируется. В этом положении форма волны уменьшается до нуля, потому что поток не режется.

Во втором полупериоде проводник продолжает вращаться по часовой стрелке еще на 90 ⁰ . Итак, здесь прямоугольная катушка приходит в горизонтальное положение таким образом, что проводники A и B проходят перед северным полюсом, а C и D проходят перед южным полюсом, как показано на рисунке (d).Опять же, ток будет течь через проводник, который в настоящее время индуцируется в проводнике A, а B – от точки B до A, а в проводнике C и D – от точки D до C, поэтому форма волны создается в противоположном направлении и достигает максимума. ценить. Затем направление тока обозначено буквами A, D, C и B, как показано на рисунке (d). Если прямоугольная катушка снова вращается на 90 ⁰ , тогда катушка достигает того же положения, откуда начинается вращение. Следовательно, ток снова упадет до нуля.

В полном цикле ток в проводнике достигает максимума и уменьшается до нуля, а в обратном направлении провод достигает максимума и снова достигает нуля. Этот цикл повторяется снова и снова, из-за этого повторения цикла в проводнике будет постоянно индуцироваться ток.

форма волны одного полного цикла

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

Характеристики

Характеристики генератора переменного тока:

1. Выходной ток со скоростью генератора переменного тока: Выходной ток уменьшается или уменьшается при уменьшении или уменьшении скорости генератора.
2. КПД со скоростью генератора переменного тока: КПД генератора переменного тока снижается, когда генератор работает на низкой скорости.
3. Падение тока при повышении температуры генератора: Когда температура генератора увеличивается, выходной ток будет уменьшаться или уменьшаться.

Применения

Генератор переменного тока применяется

• Автомобили
• Электрогенераторные установки
• Морские применения
• Дизельные электрические блоки
• Радиочастотная передача

Преимущества

Преимущества Генератор

• Дешевый
• Малый вес
• Низкие затраты на обслуживание
• Конструкция проста
• Прочный
• Более компактный

Недостатки

Недостатки генератора

• Генераторам нужны трансформаторы
• Генераторы переменного тока будут перегрев при высоком токе

Таким образом, это все о генераторе переменного тока, который включает в себя конструкцию, работу, преимущества и области применения. Вот вам вопрос, какова мощность генератора в автомобилях?

Принцип работы генератора переменного тока

Принцип работы генератора переменного тока очень прост. Это похоже на основной принцип генератора постоянного тока. Это также зависит от закона электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что ток индуцируется в проводнике внутри магнитного поля, когда существует относительное движение между этим проводником и магнитным полем.

Для понимания работы генератора переменного тока давайте представим себе один прямоугольный виток, расположенный между двумя противоположными магнитными полюсами, как показано выше.

Допустим, этот однооборотный контур ABCD может вращаться относительно оси a-b. Предположим, этот цикл начинает вращаться по часовой стрелке. После поворота на 90 ^o сторона AB или провод AB петли выходит перед S-полюсом, а провод CD – перед N-полюсом. В этом положении тангенциальное движение проводника AB просто перпендикулярно линиям магнитного потока от N к S полюсу. Следовательно, скорость отсечения магнитного потока проводником AB здесь максимальна, и для этого отсечения магнитного потока в проводнике AB будет возникать индуцированный ток, и направление индуцированного тока может быть определено с помощью правила правой руки Флеминга. Согласно этому правилу направление этого тока будет от A к B. В то же время проводник CD проходит под полюсом N, и здесь также, если мы применим правило правой руки Флеминга, мы получим направление индуцированного тока, и он будет от От C до D.

Теперь после поворота по часовой стрелке еще на 90 ^o поворот ABCD перейдет в вертикальное положение, как показано ниже.В этом положении тангенциальное движение проводников AB и CD просто параллельно линиям магнитного потока, следовательно, не будет резания магнитного потока, иначе в проводнике не будет тока.

В то время как виток ABCD переходит из горизонтального положения в вертикальное, угол между магнитными линиями и направлением движения проводника уменьшается с 90 ^o до 0 ^o , и, следовательно, индуцированный ток в витке уменьшается до ноль от максимального значения.

После еще одного поворота по часовой стрелке на 90 ^o поворот снова переходит в горизонтальное положение, и здесь провод AB проходит под N-полюсом, а CD проходит под S-полюсом, и здесь, если мы снова применим правило правой руки Флеминга, мы вы увидите, что индуцированный ток в проводнике AB идет от точки B к A, а индуцированный ток в проводнике CD – от D до C.

Поскольку в этом положении поворот идет в горизонтальное положение из своего вертикального положения, ток в проводниках достигает максимального значения от нуля. Это означает, что ток циркулирует в близком повороте от точки B к A, от A к D, от D к C и от C к B, при условии, что контур замкнут, хотя здесь он не показан. Это означает, что ток обратен току в предыдущем горизонтальном положении, когда ток циркулировал как A → B → C → D → A.

В то время как поворот далее переходит в свое вертикальное положение, ток снова снижается до нуля.Итак, если виток продолжает вращать, ток по очереди постоянно меняет его направление. Во время каждого полного оборота оборота ток, в свою очередь, постепенно достигает своего максимального значения, затем уменьшается до нуля, а затем снова достигает своего максимального значения, но в противоположном направлении, и снова он достигает нуля. Таким образом, ток завершает один полный цикл синусоидальной волны за каждые 360 ^o оборота витка. Итак, мы видели, как создается переменный ток, который вращается внутри магнитного поля.Теперь мы перейдем к фактическому принципу работы генератора генератора переменного тока .

Теперь поместим по одной неподвижной щетке на каждое контактное кольцо. Если мы соединим этими двумя щетками два вывода внешней нагрузки, мы получим переменный ток в нагрузке. Это наша простейшая модель генератора переменного тока.

Поняв основные принципы генератора переменного тока, давайте теперь разберемся с его основным принципом работы практического генератора переменного тока. При обсуждении основного принципа работы генератора переменного тока мы учли, что магнитное поле стационарно, а проводники (якорь) вращаются. Но, как правило, в практической конструкции генератора переменного тока проводники якоря неподвижны, а полевые магниты вращаются между ними. Ротор генератора переменного тока или синхронного генератора механически соединен с валом или лопатками турбины, которые приводятся во вращение с синхронной скоростью N _с под действием некоторой механической силы, что приводит к сокращению магнитного потока неподвижных проводников якоря, расположенных на статоре .

Как прямое следствие этого отсечения потока индуцированная ЭДС, и ток начинает течь через проводники якоря, которые сначала протекают в одном направлении в течение первого полупериода, а затем в другом направлении во втором полуцикле для каждой обмотки с определенным Запаздывание по времени 120 ^o из-за смещения пространства 120 ^o между ними, как показано на рисунке ниже.Это конкретное явление приводит к трехфазному потоку энергии из генератора, который затем передается на распределительные станции для бытового и промышленного использования.

Принцип работы генератора

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

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

Принцип работы генератора

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

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

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

Полевые столбы размещаются на неподвижной части машины. Поскольку в генераторе переменного тока коммутатор не требуется, обычно более удобно и выгодно размещать обмотку возбуждения на вращающейся части (т.е.е., ротор) и обмотку якоря на неподвижной части (т.е.статоре).

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

Конструкция ротора бывает двух типов:

1. Выступающий (или выступающий) полюс типа
2. Невыступающая (или цилиндрическая) опора типа

В генераторе с явнополюсными полюсами выступающие или выступающие полюсы устанавливаются на большой круглой стальной раме, которая прикреплена к валу генератора.

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

Работа генератора

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

Когда ротор вращается против часовой стрелки первичным двигателем, статор или проводники якоря перерезаются магнитным потоком полюсов ротора. Следовательно, e.м.ф. индуцируется в проводниках якоря из-за электромагнитной индукции.

Индуцированная э.д.с. чередуется, поскольку полюса N и S ротора попеременно проходят через проводники якоря. Направление наведенной э.д.с. можно найти по правилу правой руки Флеминга , а частота дается по формуле;

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

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

При вращении ротора в обмотке якоря индуцируется трехфазное напряжение. Величина наведенной э.д.с. зависит от скорости вращения и постоянного тока возбуждения. Величина ЭДС. в каждой фазе обмотка якоря одинакова. Однако они различаются по фазе на 120 ° электрически.

Анимация видео

Посмотрите, как работает генератор переменного тока, на сайте learnengineering.org в этом видео.

Что такое генератор переменного тока – конструкция, работа и применение

Электрический генератор – это машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.По своему принципу действия он классифицируется как генератор переменного и постоянного тока. Генератор переменного тока более выгоден по сравнению с генератором постоянного тока. Поскольку в генераторе постоянного тока, использование кисти коммутатора будет больше, и работа не будет более плавной. Итак, генератор переменного тока используется для более плавной работы. Сам этот генератор переменного тока называется генератором переменного тока, который наиболее часто используется в автомобилях. Ранее генераторы постоянного тока использовались в автомобилях в качестве динамо-машины для выработки энергии, когда автомобиль находится в рабочем состоянии.Но из-за преимуществ генераторов переменного тока перед генераторами постоянного тока они используются для выработки энергии для его непрерывной работы во время работы. В этой статье мы обсудим, что такое генератор переменного тока, конструкция, работа, типы, уравнение ЭДС, параллельная работа и приложения.

Что такое генератор?

Определение: Это машина, которая преобразует входную механическую энергию в выходную переменную электрическую энергию. Он работает как генератор.Следовательно, его также называют генератором переменного тока.

Конструкция

Он состоит из ярма, полюсного сердечника, статора, ротора, якоря, контактных колец, подшипников и вентилятора. Хомут – это внешняя часть, которая используется в качестве защиты машины. Он защищает от условий окружающей среды, так что внутренние детали не повреждаются. Он также оказывает механическую поддержку машине. Полюсный сердечник состоит из полюсного башмака, который обеспечивает опору для обмоток, опирающихся на полюсный башмак.Вся обмотка и полюсный башмак считаются полюсным сердечником. Статор – это неподвижная часть, на которую намотана обмотка якоря. Ротор – это вращающаяся часть машины, на которую намотана обмотка возбуждения. Четкий обзор машины показан на рисунке ниже.

Детали станка

Сердечник якоря состоит из обмоток якоря, контактных колец и щеток. Якорь вырабатывает ток якоря, когда катушка отсекает магнитный поток, так что также создается поток якоря.Контактные кольца обеспечивают более плавную работу щеток во избежание перекручивания обмотки. Щетки используются для сбора тока от контактных колец. Подшипники используются для более плавного выполнения операции. Вентилятор используется для отвода тепла, выделяемого во время работы.

Конструктивная схема станка показана на рисунке ниже.

Автомобильная машина

Рабочая

Работает по принципу закона Фарадея электромагнитной индукции.Любая вращающаяся машина при вращении в магнитном потоке работает по этому принципу.

Работа этой машины аналогична работе генератора переменного тока. Рабочий рисунок генератора переменного тока показан на рисунке ниже.

Принцип работы генератора переменного тока

Обмотка якоря представляет собой совокупность катушек, помещенных в магнитное поле. Катушка, когда она вращается в магнитном поле первичным двигателем, разрезает магнитные силовые линии, создавая индуцированную ЭДС.Эта генерируемая наведенная ЭДС соответствует принципу электромагнитной индукции Фарадея. Индуцированная ЭДС развивает ток, протекающий в обмотке якоря. Направление тока якоря определяется с помощью правила правой руки Флемингса.

Индуцированная ЭДС будет равна нулю, когда катушка совмещена с магнитами, и максимальна, когда катушка перпендикулярна. При вращении катушки ток непрерывно изменяется, что можно наблюдать в гальванометре. Ток проходит через контактные кольца, а затем к щеткам.Контактные кольца используются для более плавной работы машины, а щетки используются для сбора тока с контактных колец и подачи на нагрузку. Движение катушки в магнитном поле в разных точках показано на рисунке ниже.

Уравнение ЭДС генератора

Потоковые связи в этой машине определяются как

Ф = поток на полюс Индуцированная ЭДС e = -T d Ψ / dt

= – T d / dt (Фcosωt)

= T Фωsinωt

= TФ.2πf. sinωt

= 2πfTФ.sinωt

E _max = 2πfTФ

= E _max sinωt

= E _max .cos (ωt-90 °)

E max / √2 = √2πФfT = 4,44 ФfT

Следовательно, E = 4,44 ФfT

Уравнение ЭДС этой машины определяется как E = 4,44 ФfT

Типы генераторов переменного тока

В зависимости от конструкции ротора эта машина классифицируется как

• с явным полюсом и
• с цилиндрическим полюсом.

Выступающий полюс Тип

Состоит из большего числа полюсов, поэтому диаметр ротора больше. Он имеет больший диаметр и меньшую осевую длину. используемые первичные двигатели или турбины имеют низкую скорость, такие как гидравлические турбины, такие как колесо Пелтона, турбины Каплана и Фрэнсиса. Он используется для приложений с низкой и средней скоростью. Они используются на гидроэлектростанциях и дизельных электростанциях. Их также называют гидро-генераторами. Тип ротора с явнополюсным ротором показан на рисунке ниже.

Ротор с явным полюсом

Цилиндрический полюс Тип

Число используемых полюсов – 2 или 4. Поскольку используемые полюса минимальны, диаметр ротора небольшой, а осевая длина больше. Скорость этого типа колеблется в пределах 1500-3000 об / мин. Используемые здесь турбины или первичные двигатели имеют высокую скорость, например паровые и газовые турбины. Они используются на паровых электростанциях и газовых электростанциях. Машина с цилиндрическим ротором показана на рисунке ниже.

Цилиндрический ротор

Разница между генератором и генератором переменного тока

• Генератор – это машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую.Он бывает двух типов: генераторы переменного и постоянного тока. Генератор постоянного тока преобразует ME в однонаправленную EE, тогда как генератор переменного тока преобразует ME в переменную EE. Генератор переменного тока классифицируется как синхронный генератор и индукционный генератор.
• Это также тип генератора, который преобразует входящую механическую энергию в выходную переменную электрическую энергию. Он вращается с синхронной скоростью I, e N _r = N _s и постоянной частотой. Проще говоря, это генератор переменного тока, который обычно используется в автомобилестроении.Он также подходит для обычных энергетических электростанций I, тепловых, атомных, гидро- и газовых электростанций.

Параллельная работа генератора переменного тока

Условия для параллельной работы

• Напряжение на клеммах входящей машины должно быть таким же, как и в существующей системе. В противном случае между двумя системами текут циркулирующие токи. Он регулируется путем изменения возбуждения поля и может быть проверен, наблюдая за напряжением в системах, установив вольтметр.Если вольтметр показывает ноль, то можно сказать, что две системы находятся на одном уровне напряжения.
• Частота входящей машины должна быть такой же, как и в существующей системе. В противном случае между двумя системами текут циркулирующие токи. Он регулируется изменением скорости первичного двигателя и может быть проверен, наблюдая за векторной разностью потенциалов.
• Последовательность фаз обеих машин (входящего и существующего генератора переменного тока) должна быть одинаковой, если в двух системах не возникнут циркулирующие токи.

Использование генератора переменного тока

• Обычно используется в автомобилях.
• Он используется на традиционных электростанциях, таких как тепловые, атомные, гидро- и газовые электростанции.
• Используется в дизельных двигателях.

Изображение предоставлено

ResearchGate

Quora

Таким образом, в этой статье мы получили обзор того, что такое генератор переменного тока. Это генератор переменного тока, аналогичный синхронному генератору. Он преобразует входящую механическую энергию в выходную переменную электрическую энергию.Помимо этого, мы также изучили конструкцию, работу, типы, уравнение ЭДС, условия параллельной работы и его применения. Вопрос к читателям, а есть ли разница между генератором переменного тока и синхронным генератором?

Принцип работы синхронного генератора или генератора переменного тока

Синхронный генератор или генератор переменного тока:

Известно, что электроснабжение, используемое в настоящее время как в коммерческих, так и в бытовых целях, переменного тока.Подобно машинам постоянного тока, машины переменного тока , связанные с переменным напряжением, также классифицируются как генераторы , и двигатели.

Машины, генерирующие ЭДС переменного тока, называются генераторами переменного тока или синхронными генераторами . В то время как машины, принимающие входной сигнал от источника переменного тока для создания механической выходной мощности, называются синхронными двигателями. Обе эти машины работают с определенной постоянной скоростью, называемой синхронной скоростью, и поэтому обычно называются синхронными машинами .

Разница между генератором постоянного тока и генератором:

Видно, что в случае генератора постоянного тока характер наведенной ЭДС в проводниках якоря в основном переменный. При использовании коммутатора и щеточного узла он преобразуется в постоянный ток и становится доступным для внешней цепи.

Если коммутатор отключен от генератора постоянного тока и наведенная ЭДС отводится от якоря непосредственно снаружи, природа такой ЭДС будет изменяться.Такая машина без коммутатора, обеспечивающего ЭДС переменного тока во внешнюю цепь, называется генератором .

Учебник «Электрические машины П.С. Бхимбхры» является лучшим в отрасли. Возьмите его сейчас по очень низкой цене.

Конструкция синхронного генератора или генератора переменного тока:

В синхронном генераторе или генераторах неподвижная обмотка называется «статором», а вращающаяся обмотка – «ротором».

Статор:

Статор синхронного генератора представляет собой стационарный якорь. Он состоит из сердечника и пазов для удержания обмотки якоря, аналогичной якорю генератора постоянного тока. Сердечник статора имеет многослойную конструкцию. Он состоит из специальных стальных штамповок с изоляцией. друг от друга лаком или бумагой. Ламинированная конструкция в основном предназначена для снижения потерь на вихревые токи.

Обычно выбирается сталь, чтобы уменьшить гистерезисные потери.Вся сердцевина выполнена в каркасе из стальных пластин. Сердечник по периферии имеет прорези для размещения проводов якоря. Каркас не несет потока и служит опорой для сердечника. Вентиляция поддерживается с помощью отверстий. отлита в кадре.

Ротор:

В синхронных генераторах используются два типа роторов, или генераторов переменного тока :

1) Явнополюсный ротор

2) Гладкий цилиндрический ротор

1) Ротор с явным полюсом:

Это также называется типом выступающих полюсов, так как все полюса выступают за пределы поверхности ротора.Полюса состоят из толстых стальных пластин. Полюса прикреплены к ротору болтами, как показано на рисунке. Лицевая сторона полюса имеет определенную форму. На полюсном башмаке предусмотрена обмотка возбуждения. Эти роторы имеют большой диаметр и малый осевые длины.

Ограничивающим фактором для размера ротора является центробежная сила, действующая на вращающийся элемент машины. Поскольку механическая прочность явнополюсного типа меньше, это предпочтительнее для низкооборотных генераторов в диапазоне от 125 р. от вечера до 50 об / мин. Первичные двигатели, используемые для приведения в движение такого ротора, обычно представляют собой водяные турбины и I.C. двигатели.

2) Гладкий цилиндрический ротор:

Его также называют невыпадающим типа или непроектируемым полюсом типа или круглым ротором. Этот ротор состоит из гладкого твердого стального цилиндра с несколькими прорезями для размещения катушки возбуждения. Эти прорези закрыты сверху. с помощью стальных или марганцевых клиньев.Части цилиндра без прорезей действуют как полюса. Полюса не выступают наружу, а поверхность ротора гладкая, что обеспечивает равномерный воздушный зазор между статором и ротором.

Эти роторы имеют малый диаметр и большую осевую длину. Это позволяет удерживать окружную скорость в определенных пределах. Основное преимущество этого типа заключается в том, что они механически очень прочны и поэтому предпочтительны для высокоскоростных генераторов в диапазоне от 1500 до 3000 об. вечера. Такие высокоскоростные генераторы переменного тока называются турбогенераторами. Первичные двигатели, используемые для привода таких роторов, обычно представляют собой паровые турбины или электродвигатели.

Принцип работы синхронного генератора:

Генераторы работают на принципе электромагнитной индукции . Когда существует относительное движение между проводниками и потоком, в проводниках индуцируется ЭДС. Генераторы постоянного тока также работают по тому же принципу. Единственное различие между практичным синхронным генератором и генератором постоянного тока состоит в том, что в генераторе переменного тока проводники неподвижны, а поле вращается.Но для понимания цели мы всегда можем рассматривать относительное движение проводников относительно потока, создаваемого обмоткой возбуждения.

Рассмотрим относительное движение одиночного проводника под магнитным полем, создаваемым двумя неподвижными полюсами. Магнитная ось двух полюсов, создаваемых полем, является вертикальной, как показано на рисунке ниже пунктирной линией.

Пусть проводник начинает вращаться с позиции 1.в этот момент вся составляющая скорости параллельна силовым линиям. Следовательно, проводник не перерезает силовые линии. Таким образом, d @ / dt в этот момент равно нулю и, следовательно, наведенная ЭДС в проводнике также равна нулю. Когда проводник перемещается из положения 1 в положение 2, часть составляющей скорости становится перпендикулярной силовым линиям и пропорциональная этому, в проводнике индуцируется ЭДС. Величина такой наведенной ЭДС увеличивается при перемещении проводника из положения 1 в положение 2.

В позиции 2 вся составляющая скорости перпендикулярна силовым линиям.Следовательно, существует обрезка магнитных линий. И в этот момент наведенная ЭДС в проводнике максимальна. При изменении положения проводника с 2 на 3 составляющая скорости, перпендикулярная потоку, начинает уменьшаться, и, следовательно, величина наведенной ЭДС также начинает уменьшаться. В положении 3 снова вся составляющая скорости параллельна силовым линиям и, следовательно, в этот момент индуцированная величина ЭДС тоже начинает уменьшаться. ЭДС в проводнике равна нулю.

При перемещении проводника от 3 до 4 составляющая скорости, перпендикулярная силовым линиям, снова начинает увеличиваться.Но направление составляющей скорости теперь противоположно направлению составляющей скорости, существующей во время движения проводника из положения 1 в положение 2. Следовательно, наведенная ЭДС в проводнике увеличивается, но в противоположном направлении.

В положении 4 он достигает максимумов в противоположном направлении, поскольку вся составляющая скорости становится перпендикулярной линиям магнитного потока.Снова из положения 4 в 1, наведенная ЭДС уменьшается и, наконец, в позиции снова становится равной нулю. Этот цикл продолжается, поскольку проводник вращается с определенной скоростью. Итак, если мы построим график значений наведенной ЭДС в зависимости от времени, мы получим переменную природу наведенной ЭДС, показанную на рисунке выше. Это принцип работы синхронного генератора или генератора переменного тока .

Разница между генератором и генератором с таблицей сравнения

Основное различие между генератором переменного тока и генератором заключается в том, что в генераторе якорь неподвижен, а система возбуждения вращается, тогда как в генераторе якорь вращается, а поле является неподвижным.Якорь генератора установлен на неподвижном элементе, называемом статором, а обмотка возбуждения – на вращающемся элементе. А подключение генератора – как раз наоборот. Другие различия между ними показаны ниже в сравнительной таблице.

И генератор, и генератор работают по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Генератор индуцирует как переменный, так и постоянный ток, а генератор вырабатывает только переменный ток. Ротор генератора помещен в стационарное магнитное поле.Стационарное магнитное поле создается магнитными полюсами. Ротор движется внутри магнитного поля, пересекает магнитную силовую линию, которая индуцирует ток в проводе.

Каждые пол-оборота ротора изменяют направление тока, что вызывает переменный ток. Для получения переменного тока концы цепи напрямую подключаются к нагрузке. Но для выработки постоянного тока концы провода подключаются к коммутатору. Коммутатор преобразует переменный ток в постоянный.

Содержание: Генератор против генератора

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Генератор	Генератор
Определение	Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока.	Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую (переменного или постоянного тока).
Ток	Индуцирует переменный ток	Генерирует как переменный, так и постоянный ток.
Магнитное поле	Вращающееся	Стационарное
Вход питания	Отводится от статора.	Взятие с ротора.
Якорь	Стационарный	Поворотный
Выходная ЭДС	Переменная	Постоянная
об / мин (число оборотов в минуту)	широкий диапазон	узкий диапазон
Разрядился аккумулятор	Не заряжать	зарядить
Выход	Высшее	Нижнее

Определение генератора

Синхронный генератор или генератор переменного тока – это машина для преобразования механической энергии от первичного двигателя в электрическую мощность переменного тока с определенным напряжением и частотой.Трехфазные генераторы используются потому, что они имеют несколько преимуществ: распределение, генерация и передача. Для массового производства электроэнергии большой генератор переменного тока используется на тепловых, гидро- и атомных электростанциях.

Магнитный полюс ротора возбуждается постоянным током поля. Когда ротор вращается, магнитный поток разрезает проводник статора, и, следовательно, в них индуцируется ЭДС. Как магнитный полюс, попеременно вращающий N и S, они индуцируют ЭДС и ток в проводнике якоря, которые сначала вращаются по часовой стрелке, а затем против часовой стрелки.Таким образом, генерируется переменный ток.

Определение генератора

Генератор преобразует механическую энергию в электрическую или мощность. Работа генератора основана на принципе закона электромагнитной индукции Фарадея, т.е. всякий раз, когда проводники отсекают магнитный поток, индуцируется ЭДС. Эта ЭДС заставляет ток течь, если проводник закрыт. Магнитное поле и проводники – две основные части генераторов.

Генератор имеет прямоугольную вращающуюся катушку, которая вращается в магнитном поле вокруг своей оси.Магнитное поле создается либо постоянным магнитом, либо электромагнитом. Концы катушки соединены двумя контактными кольцами. Контактное кольцо собирает ток, индуцированный в катушке, и передает его на внешнее нагрузочное сопротивление R. Вращающаяся катушка называется медным якорем.

Ключевые различия между генератором и генератором

1. Генератор переменного тока – это машина, которая преобразует механическую энергию от первичного двигателя в переменный ток, тогда как генератор преобразует механическую энергию от первичного двигателя в переменный или постоянный ток.
2. Генератор вырабатывает переменный ток, а генератор вырабатывает как переменный, так и постоянный ток. Генератор вырабатывает переменный ток, который с помощью коммутатора преобразуется в постоянный.
3. Генератор переменного тока имеет вращающееся магнитное поле, тогда как генератор имеет вращающееся магнитное поле для генерации высокого напряжения, а стационарное магнитное поле низкого напряжения используется.
4. Генератор получает питание от статора, а генератор получает питание от ротора.
5. Якорь генератора переменного тока неподвижен, а в случае генератора – вращается.
6. Выходная ЭДС генератора переменного тока переменная, а выходное напряжение генератора постоянное.
7. Генератор имеет широкий диапазон оборотов в минуту, тогда как генератор имеет узкий диапазон оборотов (оборотов в минуту).
8. Генератор не заряжает полностью разряженную батарею, тогда как генератор заряжает разряженную батарею.
9. Мощность генератора выше, чем у генератора.

Генератор меньше по размеру и требует меньше места, тогда как генератор требует большого пространства.

Принцип работы автомобильного генератора переменного тока с возбуждением статора постоянного тока

Образец цитирования: Гладышев С., Фельдпауш Т., Натараджан Н. и Окраинская И. “Принцип работы автомобильного генератора переменного тока с возбуждением статора постоянного тока”, Технический доклад SAE 2004-01-0365, 2004 , https: // doi.org / 10.4271 / 2004-01-0365.
Загрузить Citation

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

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

Страниц: 8

Событие: Всемирный конгресс и выставка SAE 2004

ISSN: 0148-7191

e-ISSN: 2688-3627

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

.