Принцип работы автомобильного генератора, схема
Генератор — один из главных элементов электрооборудования автомобиля, обеспечивающий одновременное питание потребителей и подзаряд аккумуляторной батареи.
Принцип действия устройства построен на превращении механической энергии, которая поступает от мотора, в напряжение.
В комплексе с регулятором напряжения узел называется генераторной установкой.
В современных автомобилях предусмотрен агрегат переменного тока, в полной мере удовлетворяющий всем заявленным требованиям.
Устройство генератора
Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.
В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.
В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.
В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.
Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.
Не менее важную роль играет щеточный узел, передающий напряжение на контактные кольца и обеспечивающий работу узла.
Изделие состоит из пары графитных щеток, двух пружин и щеткодержателя.
Также уделим внимание элементам, расположенным внутри кожуха:
- Ротор — стальной элемент, имеющий одну обмотку и, по сути, представляющий собой электромагнит. Ротор находится на валу, а сверху обмотки установлены втулки клювообразной формы. Ток подается с помощью медных колец, которые расположены на валу и объединены с обмоткой через специальные щетки.
- Обмотка — устройство, изготовленное из медной проволоки и закрепленное в пазы сердечника.
Сам сердечник выполнен в форме окружности и изготавливается с применением специального материала, обладающего улучшенными магнитными качествами. В электротехнике металл носит название «трансформаторное железо». У статора есть три обмотки, связанные между собой и объединенные в звезду или треугольник. В точке объединения установлен диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения. Обмотка изготовлена из специальной проволоки, имеющей двойную термоустойчивую изоляцию, покрытую специальным лаком. - Реле-регулятор — ключевой элемент установки, обеспечивающий стабильное напряжение на выходе устройства. Монтаж регулятора может производиться в кожухе генератора или снаружи. В первом случае он находится возле графитных щеток, а во втором — там, где щетки крепятся к щеткодержателю (но в разных моделях авто монтаж может осуществляться по-разному). Ниже представлены реле-регуляторы с щеточным узлом.
- Выпрямительный мост — элемент, предназначенный для преобразования переменного тока на выходе статора в постоянное напряжение. Выпрямитель состоит из трех пар диодов, которые установлены на токопроводящем основании и попарно объединяются друг с дружкой. В среде автовладельцев и мастеров СТО диодный мост часто называется «подковой» из-за схожести с этим предметом.
Сам сердечник выполнен в форме окружности и изготавливается с применением специального материала, обладающего улучшенными магнитными качествами. В электротехнике металл носит название «трансформаторное железо». У статора есть три обмотки, связанные между собой и объединенные в звезду или треугольник. В точке объединения установлен диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения. Обмотка изготовлена из специальной проволоки, имеющей двойную термоустойчивую изоляцию, покрытую специальным лаком.
Выпрямитель состоит из трех пар диодов, которые установлены на токопроводящем основании и попарно объединяются друг с дружкой. В среде автовладельцев и мастеров СТО диодный мост часто называется «подковой» из-за схожести с этим предметом.Какие требования предъявляются к автомобильному генератору?
К генераторной установке автомобиля выдвигается ряд требований:
- Напряжение на выходе устройства и, соответственно, в бортовой сети должно поддерживаться в определенном диапазоне, вне зависимости от нагрузки или частоты вращения коленвала.
- Выходные параметры должны иметь такие показатели, чтобы в любом из режимов работы машины АКБ получала достаточное напряжение заряда.
При этом каждый автовладелец должен особое внимание уделять уровню и стабильности напряжения на выходе. Это требование вызвано тем, что аккумулятор чувствителен к подобным изменениям.
Например, в случае снижения напряжения ниже нормы АКБ не заряжается до необходимого уровня.
В итоге возможны проблемы в процессе пуска мотора.
В обратной ситуации, когда установка выдает повышенное напряжение, аккумулятор перезаряжается и быстрее ломается.
Полезно почитать: Взорвался аккумулятор, причины и что делать.
Принцип работы автомобильного генератора, особенности схемы
Принцип действия генераторного узла построен на эффекте электромагнитной индукции.
В случае прохождения магнитного потока через катушку и его изменения, на выводах появляется и меняется напряжение (в зависимости от скорости изменения потока). Аналогичным образом работает и обратный процесс.
Так, для получения магнитного потока требуется подать на катушку напряжение.
Выходит, что для создания переменного напряжения требуются две составляющие:
- Катушка (именно с нее снимается напряжение).
- Источник магнитного поля.
Не менее важным элементом, как отмечалось выше, является ротор, выступающий в роли источника магнитного поля.
У полюсной системы узла присутствует остаточный магнитный поток (даже при отсутствии тока в обмотке).
Этот параметр небольшой, поэтому способен вызвать самовозбуждение только на повышенных оборотах. По этой причине по обмотке ротора пропускают сначала небольшой ток, обеспечивающий намагничивание устройства.
Упомянутая выше цепочка подразумевает прохождение тока от АКБ через лампочку контроля.
Главный параметр здесь — сила тока, которая быть в пределах нормы. Если ток будет завышенным, аккумулятор быстро разрядится, а если заниженным — возрастет риск возбуждения генератора на ХХ мотора (холостых оборотах).
С учетом этих параметров подбирается и мощность лампочки, которая должна составлять 2-3 Вт.
Как только напряжение достигает требуемого параметра, лампочка гаснет, а обмотки возбуждения питаются от самого автомобильного генератора. При этом источник питания переходит в режим самовозбуждения.
Снятие напряжения производится со статорной обмотки, которая выполнена в трехфазном исполнении.
Узел состоит 3-х индивидуальных (фазных) обмоток, намотанных по определенному принципу на магнитопроводе.
Токи и напряжения в обмотках смещены между собой на 120 градусов. При этом сами обмотки могут собираться в двух вариантах — «звездой» или «треугольником».
Если выбрана схема «треугольник», фазные токи в 3-х отмотках будут в 1,73 раза меньше, чем общий ток, отдаваемый генераторной установкой.
Вот почему в автомобильных генераторах большой мощности чаще всего применяется схема «треугольника».
Это как раз объясняется меньшими токами, благодаря которым удается намотать обмотку проводом меньшего сечения.
Такой же провод можно использовать и в соединениях типа «звезда».
Чтобы созданный магнитный поток шел по назначению, и направлялся к статорной обмотке, катушки находятся в специальных пазах магнитопровода.
Из-за появления магнитного поля в обмотках и в статорном магнитопроводе, появляются вихревые токи.
Действие последних приводит к нагреву статора и снижению мощности генератора. Для уменьшения этого эффекта при изготовлении магнитопровода применяются стальные пластины.
Выработанное напряжение поступает в бортовую сеть через группу диодов (выпрямительный мост), о котором упоминалось выше.
После открытия диоды не создают сопротивления, и дают току беспрепятственно проходить в бортовую сеть.
Но при обратном напряжении I не пропускается. Фактически, остается только положительная полуволна.
Некоторые производители автомобилей для защиты электроники меняют диоды на стабилитроны.
Главной особенностью деталей является способность не пропускать ток до определенного параметра напряжения (25-30 Вольт).
После прохождения этого предела стабилитрон «пробивается» и пропускает обратный ток. При этом напряжение на «плюсовом» проводе генератора остается неизменным, что не несет риски для устройства.
К слову, способность стабилитрона поддерживать на выводах постоянное U даже после «пробоя» применяется в регуляторах.
В результате после прохождения диодного моста (стабилитронов) напряжение выпрямляется, становится постоянным.
У многих типов генераторных установок обмотка возбуждения имеет свой выпрямитель, собранный из 3-х диодов.
Благодаря такому подключению, протекание тока разряда от АКБ исключено.
Диоды, относящиеся к обмотке возбуждения, работают по аналогичному принципу и питают обмотку постоянным напряжением.
Здесь выпрямительное устройство состоит из шести диодов, три их которых являются отрицательными.
В процессе работы генератора ток возбуждения ниже параметра, который отдает автомобильный генератор.
Следовательно, для выпрямления тока на обмотке возбуждения достаточно диодов с номинальным током до двух Ампер.
Для сравнения силовые выпрямители имеют номинальный ток до 20-25 Ампер. Если требуется увеличить мощность генератора, ставится еще одно плечо с диодами.
Режимы работы
Чтобы разобраться в особенностях функционирования автомобильного генератора, важно понять особенности каждого из режимов:
- В процессе пуска двигателя главным потребителем электрической энергии выступает стартер. Особенностью режима является создание повышенной нагрузки, что приводит к уменьшению напряжения на выходе АКБ. Как следствие, потребители берут ток только с аккумулятора. Вот почему при таком режиме батарея разряжается с наибольшей активностью.
- После завода двигателя автомобильный генератор переходит в режим источника питания. С этого момента устройство дает ток, который необходим для питания нагрузки в автомобиле и подзаряда АКБ. Как только аккумулятор набирает требуемую емкость, уровень зарядного тока снижается. При этом генератор продолжает играть роль главного источника питания.
- После подключения мощной нагрузки, например, кондиционера, обогрева салона и прочих, скорость вращения ротора замедляется. В этом случае автомобильный генератор уже не способен покрыть потребности автомобиля в токе. Часть нагрузки перекладывается на АКБ, который работает в параллель с источником питания и начинает постепенно разряжаться.
Особенностью режима является создание повышенной нагрузки, что приводит к уменьшению напряжения на выходе АКБ. Как следствие, потребители берут ток только с аккумулятора. Вот почему при таком режиме батарея разряжается с наибольшей активностью.
com/embed/feRhd7xg6R0?rel=0&modestbranding=1″ frameborder=”0″ allowfullscreen=”allowfullscreen”> Регулятор напряжения — функции, типы, контрольная лампа
Ключевым элементом генераторной установки является регулятор напряжения — устройство, поддерживающее безопасный уровень U на выходе статора.
Такие изделия бывают двух типов:
- Гибридные — регуляторы, электрическая схема которых включает в себя как электронные приборы, так и радиодетали.
- Интегральные — устройства, в основе которых лежит тонкопленочная микроэлектронная технология. В современных автомобилях наибольшее распространение получил именно этот вариант.
Не менее важный элемент — контрольная лампа, смонтированная на приборной панели, по которой можно делать вывод о наличии проблем с регулятором.
Зажигание лампочки в момент пуска мотора должно быть кратковременным. Если же она горит постоянно (когда генераторная установка в работе), это свидетельствует о поломке регулятора или самого узла, а также необходимости ремонта.
Тонкости крепления
Фиксация генераторной установки производится при помощи специального кронштейна и болтового соединения.
Сам узел крепится в передней части двигателя, благодаря специальным лапам и проушинам.
Если на автомобильном генераторе предусмотрены специальные лапы, последние находятся на крышках мотора.
В случае применения только одной фиксирующей лапы, последняя ставится только на передней крышке.
В лапе, установленной в задней части, как правило, предусмотрено отверстие с установленной в нем дистанционной втулкой.
Задача последней заключается в устранении зазора, созданного между упором и креплением.
Крепление генератора Audi A8.
А так агрегат крепиться на ВАЗ 21124.
Неисправности генератора и способы их устранения
Электрооборудование автомобиля имеет свойство ломаться. При этом наибольшие проблемы возникают с АКБ и генератором.
В случае выхода из строя любого из этих элементов эксплуатация ТС в нормальном режиме работы становится невозможной или же авто оказывается вовсе обездвиженным.
Все поломки генератора условно делятся на две категории:
- Механические. В этом случае проблемы возникают целостностью корпуса, пружин, ременным приводом и прочими элементами, которые не связаны с электрической составляющей.
- Электрические. Сюда относятся неисправности диодного моста, износ щеток, замыкание в обмотках, поломки реле регулятора и прочие.
Теперь рассмотрим список неисправностей и симптомы более подробно.
1. На выходе недостаточный уровень зарядного тока:
- Пробуксовка приводного ремня. Решение — натянуть ремень и проверить подшипники на факт исправности, симптомы – свист ремня генератора.
- Зависание щеток. Для начала стоит вычистить щеткодержатель и щетки от загрязнений и убедиться в достаточности усилия.
- Обрыв цепочки возбуждения, подгорание контактных колес. Первая проблема решается путем поиска и устранения обрыва, а вторая — посредством зачистки и проточки контактных колец (если это требуется).
- Выход из строя регулятора напряжения.
- Задевание ротором статорного полюса.
- Обрыв цепочки, объединяющий генератор и АКБ.
2. Вторая ситуация.
Когда автомобильный генератор выдает необходимый уровень тока, но АКБ все равно не заряжается.
Причины могут быть разными:
- Низкое качество протяжки контакта «массы» между регулятором и основным узлом. В этом случае проверьте качество контактного соединения.
- Выход из строя реле напряжения — проверьте и поменяйте его.
- Износились или зависли щетки — замените или очистите от грязи.
- Сработало защитное реле регулятора из-за наличия замыкания на «массу». Решение — отыскать место повреждения и убрать проблему.
- Прочие причины — замасливание контактов, поломка регулятора напряжения, витковое замыкание в обмотках статора, плохое натяжение ремня.
3. Генератор работает, но издает повышенный шум.
Вероятные неисправности:
- Замыкание между витками статора.
- Износ места для посадки подшипника.
- Послабление шкивной гайки.
- Разрушение подшипника.
Ремонт генератора автомобиля всегда должен начинаться с точной диагностики проблемы, после чего причина устраняется путем профилактических мер или замены вышедшего из строя узла.
Рекомендации по замене
Практика эксплуатации показывает, что поменять автомобильный генератор несложно, но для решения задачи требуется соблюдать ряд правил:
- Новое устройство должно иметь аналогичные токоскоростные параметры, как и у заводского узла.
- Энергетические показатели должны быть идентичными.
- Передаточные числа у старого и нового источника питания должны совпадать.
- Устанавливаемый узел должен подходить по размерам и с легкостью крепится к мотору.
- Схемы нового и старого автомобильного генератора должны быть одинаковыми.
Учтите, что устройства, смонтированные на автомобилях зарубежного производства, фиксируются не так, как отечественного, к примеру, как на генератор TOYOTA COROLLA и Лада Гранта .
Следовательно, если менять иностранный агрегат изделием отечественного производства, придется установить новое крепление.
Полезные советы в помощь
В завершение рассказа об автомобильных генераторах стоит выделить ряд советов, что необходимо, а чего нельзя делать автовладельцам в процессе эксплуатации.
Главный момент — установка, в процессе которой важно с предельным вниманием подойти к подключению полярности.
Если ошибиться в этом вопросе, выпрямительное устройство поломается и возрастает риск возгорания.
Аналогичную опасность несет и пуск двигателя при некорректно подключенных проводах.
Чтобы избежать проблем в процессе эксплуатации, стоит придерживаться ряда правил:
- Следите за чистотой контактов и контролируйте исправность электрической проводки автомобиля. Отдельное внимание уделите надежности соединения. В случае применения плохих контактных проводов уровень бортового напряжения выйдет за допустимый предел.
- Следите за натяжкой генератора. В случае слабого натяжения источник питания не сможет выполнять поставленные задачи. Если же перетянуть ремень, это чревато быстрым износом подшипников.
- Отбрасывайте провода от генератора и АКБ при выполнении электросварочных работ.
- Если контрольная лампочка загорается и продолжает гореть после пуска мотора, выясните и устраните причину.
В случае слабого натяжения источник питания не сможет выполнять поставленные задачи. Если же перетянуть ремень, это чревато быстрым износом подшипников.Отдельное внимание стоит уделить реле-регулятору, а также проверке напряжения на выходе источника питания. В режиме заряда этот параметр должен быть на уровне 13,9-14,5 Вольт.
Кроме того, время от времени проверяйте износ и достаточность усилия щеток генератора, состояние подшипников и контактных колец.
Высота щеток должна измеряться при демонтированном держателе. Если последний износился до 8-10 мм, требуется замена.
Что касается усилия пружин, удерживающих щетки, оно должно быть на уровне 4,2 Н (для ВАЗ). При этом осматривайте контактные кольца — на них не должно быть следов масла.
Также автовладелец должен запомнить и ряд запретов, а именно:
- Не оставляйте машину с подключенной АКБ, если имеются подозрения поломки диодного моста. В противном случае аккумулятор быстро разрядится, и возрастает риск воспламенения проводки.
- Не проверяйте правильность работы генератора путем перемыкания его выводов или отключения АКБ при работающем двигателе. В этом случае возможна поломка электронных элементов, бортового компьютера или регулятора напряжения.
- Не допускайте попадания технических жидкостей на генератор.
- Не оставляйте включенным узел в случае, если клеммы АКБ были сняты. В противном случае это может привести к поломке регулятора напряжения и электрооборудования авто.
- Своевременно проводите замену ремня генератора.
В противном случае аккумулятор быстро разрядится, и возрастает риск воспламенения проводки.Зная особенности работы генератора, нюансы его конструкции, основные неисправности и тонкости ремонта, можно избежать многих проблем с проводкой и АКБ.
Помните, что генератор — сложный узел, требующий особого подхода к эксплуатации.
Важно постоянно следить за ним, своевременно проводить профилактические мероприятия и замену деталей (при наличии такой необходимости).
При таком подходе источник питания и сам автомобиль прослужат очень долго.
Принцип работы генератора переменного тока автомобиля, устройство
Принцип работы генератора состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. Происходит это за счет явления электромагнитной индукции. Суть его состоит в том, что при пересечении проводником электричества силовых линий магнитного поля, на концах первого возникает разность потенциалов. То есть электрическое напряжение. Принцип работы автомобильного генератора заключается в том же.
Генератор автомобиля является генератором переменного тока со встроенным в него выпрямителем.
Для чего автомобилю нужен генератор
Каждому автомобилю для работы нужна электрическая энергия. Она используется для пуска и работы двигателя, освещения дороги. Контрольные приборы и световая индикация тоже используют ее для нормального функционирования.
Поэтому электрический аккумулятор в процессе работы автомобиля быстро разряжается. Чтобы он заряжался во время работы двигателя, на каждый автомобиль, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, устанавливают генератор.
Состав и устройство автогенератора
Автогенератор состоит из следующих частей:
- Статор, включающий в себя сердечник из пластин электротехнической стали с тремя намотанными на него катушками медного эмалированного провода диаметрам чуть меньше миллиметра. Соединяются эти обмотки между собой «звездой», а к их свободным концам подключаются диоды выпрямителя.
- Ротор, состоящий из сердечника с 6 полюсами и намотанной внутри этой конструкции катушки изолированного медного провода, выводы которой подключены к двум медным контактным кольцам. Эта катушка является обмоткой возбуждения автогенератора.
- Блок диодов выпрямителя. Его схема состоит из 6 мощных диодов, расположенных на двух алюминиевых подковах и попарно соединенных между собой. Способом их коммутации здесь, как правило, бывает схема Ларионова. Эта схема преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное.
- Дюралюминиевый корпус автогенератора, с изолированной от него клеммой выхода, и с элементами крепления к двигателю. Выполнен он из двух половинок: передней и задней, стягивающимися между собой длинными болтами с гайками.
- Регулятор напряжения со щетками. В более ранних конструкциях автогенератора регулятор напряжения не объединялся с блоком щеток, а устанавливался в моторном отсеке отдельно. Схема подключения автогенератора со встроенным и вынесенным регулятором напряжения несколько различается.
- Помехоподавляющий конденсатор. Служит для уменьшения помех радиоаппаратуре в бортовой сети автомобиля. Подключается параллельно выходу генератора, то есть один его вывод присоединяется к плюсовой клемме устройства, а другой к «массе» автомобиля.
- Приводной шкив, часто соединенный с крыльчаткой охлаждения.
Эта схема преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное.Схема регулятора напряжения, по сути, является усилителем тока с отрицательной обратной связью по напряжению.
То есть повышение напряжения на выходе автогенератора приводит к уменьшению тока проходящего через обмотку возбуждения ротора, что ослабляет его магнитное поля, а из-за этого уменьшается напряжение на выходе устройства. В современных генераторах для питания обмотки возбуждения используются дополнительный выпрямитель из трех маломощных диодов. Это исключает протекание тока через обмотку возбуждения при выключенном зажигании и упрощает схему индикации наличия или отсутствия зарядки. При включении зажигания, через индикаторную лампочку, на регулятор напряжения подается питание. Пока нет зарядки, ток возбуждения генератора идет через лампочку и она светится. А как только генератор начинает вырабатывать энергию, питание на регулятор подается с дополнительных диодов, ток через контрольную лампочку прекращается и она гаснет.
Работа агрегата
При прохождении тока по обмотке возбуждения автогенератора, вокруг ротора возникает магнитное поле.
Вращение ротора двигателем через приводной ремень, заставляет силовые линии магнитного поля пересекать витки обмоток статора.
Отчего в них возникает ЭДС, а на выводах обмоток появляется переменное электрическое напряжение.Последнее преобразуется блоком диодов в постоянное. Необходимая для нормальной зарядки аккумулятора величина постоянного напряжения (от 13,9 до 14,2 В) поддерживается при помощи реле-регулятора, которое при повышении напряжения выше верхнего значения, уменьшает ток возбуждения. А при снижении ниже нижнего, увеличивает его. Так устроен любой автогенератор.
Немного истории
Первые автомобильные генераторы были генераторами постоянного тока. Такими генераторами автомобили комплектовались вплоть до начала 60 годов прошлого века. Их главное отличие от генераторов переменного тока в том, что электромагниты, создающие магнитное поле, неподвижны. ЭДС находится во вращающихся в этом поле обмотках ротора. Снимается же ток с изолированных между собой полуколец, поэтому на каждой щетке присутствует напряжение только одной полярности. Их недостатками является сложная конструкция щеточно-коллекторного узла и низкая надежность из-за большого тока, протекающего через контакты между щетками и коллекторными пластинами.
Поэтому, как только промышленность стала выпускать полупроводниковые диоды достаточной мощности, генераторы постоянного тока на автомобилях стали заменять генераторами переменного тока с полупроводниковыми выпрямителями. Выпрямители первых таких генераторов для автомобиля были селеновыми. Они имели большие размеры, а их рабочая температура была значительно ниже, чем у современных кремниевых. Поэтому они не могли размещаться внутри генератора.
Первые регуляторы напряжения были вибрационные. Они представляли собой реле, регулирующее ток возбуждения за счет частых кратковременных разрывов цепи, питающую катушку ротора. Поэтому регулятор напряжения до сих пор часто называют реле-регулятор. Они имели нормально замкнутые контакты, подающие питание на катушку якоря. При повышении напряжения бортовой сети, обмотка реле притягивала сердечник и разрывала цепь питания якоря. От этого падало выходное напряжение генератора, реле переставало удерживать сердечник, и цепь питания ротора вновь замыкалась.
На смену им пришли полупроводниковые регуляторы на дискретных элементах. А за ними и интегральные регуляторы напряжения, обладающие столь малыми размерами, что их стали объединять в один узел со щетками и вставлять в корпус генератора.
Надежность генераторов
Генератор переменного тока – Принцип, конструкция, работа, применение
Изменяющийся магнитный поток создает напряжение или ток в проводнике, который известен как электромагнитная индукция . Это может произойти, когда магнитный поток соленоида изменяется при перемещении магнита.
Не будет генерируемого напряжения (разность электростатических потенциалов) на электрическом проводе, если магнит неподвижен. Согласно Майклу Фарадею, если магнитное поле изменяется и (поддерживает) движение, постоянно направляясь в противоположном направлении (регулярно меняя свое направление), оно будет создавать напряжение (таким образом, поток переменного тока).
Электрический генератор
Генератор — это механическое устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Электроэнергия, вырабатываемая на различных электростанциях, вырабатывается установленными там генераторами. Когда катушка вращается в магнитном поле или движется относительно магнита, она создает электродвижущую силу (ЭДС) или разность потенциалов.
Для вращения катушки требуется механическая энергия, которая затем преобразуется в электрическую энергию. ЭДС индукции управляет потоком индукционного тока через катушку, который впоследствии направляется в наши дома и используется нами. ЭДС вызвано явлением, известным как электромагнитная индукция.
Принцип действия электрического генератора
Работа электрического генератора основана на идее электромагнитной индукции. Явление электромагнитной индукции относится к генерации электрического тока в цепи за счет изменения магнитного потока, подключенного к цепи.
Общее количество силовых линий магнитного поля, проходящих через определенную область, называется магнитным потоком. Перемещение катушки относительно магнита изменяет магнитный поток, связанный с катушкой, в результате чего в катушке возникает ЭДС.
Фарадей установил два закона электромагнитной индукции. Вот их имена:
- Когда величина магнитного потока, связанного с цепью, изменяется, формируется ЭДС. ЭДС индукции сохраняется до тех пор, пока изменяется магнитный поток.
- В цепи амплитуда ЭДС индукции точно пропорциональна скорости изменения магнитного потока, связанного с цепью.
Существует несколько подходов к созданию ЭДС в катушке, в том числе:
- Из-за относительной скорости катушки и магнита.
- В результате относительного движения катушки и провода с током
- Путем изменения тока в проводнике, близком к катушке.
Правило правой руки Флеминга можно использовать для определения направления индуцированного тока в катушке: «Растяните большой, указательный и средний пальцы правой руки так, чтобы они были перпендикулярны друг другу.
Первый палец указывает в направлении магнитного поля, большой палец — в направлении скорости проводника, а средний палец — в направлении индуцированного тока».
Катушка электрического генератора вращается в магнитном поле для создания индуцированного тока. Результирующий индуцированный ток колеблется по амплитуде и направлению со скоростью тысячи раз в секунду. Переменный ток – это название, данное этому виду энергии (AC).
Постоянный ток Постоянный ток используется, когда ток, вырабатываемый электрическим генератором, не изменяется ни по направлению, ни по величине. В зависимости от типа тока, вырабатываемого электрическим генератором, у нас есть множество генераторов.
Типы электрических генераторов: Электрические генераторы генерируют как переменный ток (AC), так и постоянный ток (DC). На основании этого электрические генераторы классифицируются следующим образом:
Генератор переменного тока
Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называется генератором переменного тока.
Механическая энергия подается на генератор переменного тока через паровые турбины, газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания. Выходом является переменная электрическая мощность в виде переменного напряжения и тока.
Принцип работы генератора переменного тока
Работа генераторов переменного тока основана на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому электродвижущая сила (ЭДС или напряжение) создается в проводе с током, который пересекает однородное магнитное поле. Для этого можно использовать вращение проводящей катушки в постоянном магнитном поле или вращение магнитного поля, окружающего неподвижный проводник. Потому что индуцированный переменный ток легче извлечь из стационарной катушки якоря, чем из вращающейся катушки.
Генерируемая ЭДС определяется количеством витков катушки якоря, напряженностью магнитного поля и скоростью вращения поля.
Конструкция генератора переменного тока
Конструкция генератора переменного тока
Роли каждого из этих компонентов генератора переменного тока перечислены ниже.
- Поле- Поле состоит из проводящих катушек, которые получают электричество от источника и генерируют магнитный поток. Якорь разрезается магнитным потоком в поле, которое создает напряжение. Это напряжение является выходным напряжением генератора переменного тока.
- Якорь- Часть генератора переменного тока, вырабатывающая напряжение, называется якорем. Этот компонент в основном состоит из проволочных катушек, достаточно больших, чтобы выдерживать ток полной нагрузки генератора.
- Первичный двигатель — Первичный двигатель — это компонент, приводящий в действие генератор переменного тока. Дизельный двигатель, паровая турбина или двигатель могут использоваться в качестве первичного двигателя.
- Ротор- Ротор является вращающимся компонентом генератора. Ротор приводится в движение первичным двигателем генератора.
- Статор- Статор генератора переменного тока является неподвижным компонентом. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник статора изготавливают из пластин стальных сплавов или магнитного железа.
- Токосъемные кольца — Токосъемные кольца представляют собой электрические соединители, передающие электричество от и к ротору генератора переменного тока. В основном они используются для передачи электроэнергии от стационарного устройства к вращающемуся.
Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник статора изготавливают из пластин стальных сплавов или магнитного железа.Работа генератора переменного тока
Потокосцепление якоря постоянно меняется, поскольку оно вращается между полюсами магнита по оси, перпендикулярной магнитному полю. Вследствие этого электрический ток проходит через гальванометр, токосъемные кольца и щетки. Гальванометр меняет свое значение с положительного на отрицательное. Это означает, что гальванометр получает переменный ток. Правило правой руки Флеминга можно использовать для определения направления индуцированного тока.
Генератор постоянного тока (DC Generator): Ток, производимый этой формой электрического генератора, не меняет направление или амплитуду.
В результате частота постоянного тока всегда равна нулю.Преимущества генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока
- С помощью трансформаторов генераторы переменного тока можно просто повышать и понижать.
- Из-за функции повышения размер канала передачи в генераторах переменного тока меньше.
- Потери в генераторах переменного тока ниже, чем в машинах постоянного тока.
- Генератор переменного тока намного меньше генератора постоянного тока.
Пример вопроса
Вопрос 1: Каковы преимущества переменного тока по сравнению с постоянным током?
Ответ:
Переменный ток имеет следующие преимущества перед постоянным:
- С помощью трансформатора можно получить переменный ток при любом требуемом напряжении.
- При использовании переменного тока во время передачи тратится меньше электроэнергии.
- Машины переменного тока прочны и долговечны, требуют минимального обслуживания.
Вопрос 2: Каков принцип работы электрогенератора?
Ответ:
Принцип электромагнитной индукции управляет работой электрического генератора.
Вопрос 3: Что такое коммутатор?
Ответ:
Это устройство, которое соединяет якорь генератора постоянного тока с внешней цепью и помогает поддерживать направление тока во внешней цепи. Каждые пол-оборота он переключает соединение концов якоря с концами внешней цепи.
Вопрос 4: Что такое электромагнитная индукция?
Ответ:
Явление электромагнитной индукции возникает, когда ток генерируется в цепи путем изменения связанного с ней магнитного потока.
Вопрос 5: Что такое электрогенератор?
Ответ:
Генератор – это машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.
Вопрос 6: Какое правило используется для определения направления индукционного тока в генераторе переменного тока?
Ответ:
Правило правой руки Флеминга используется для определения направления тока, создаваемого в генераторе переменного тока.
Генератор постоянного тока: принцип работы, конструкция, уравнение ЭДС и типы
Мы знаем, что в электрических машинах есть два типа генераторов: генератор переменного тока (или генератор переменного тока) и генератор постоянного тока.
Конструкция и работа генератора…
Включите JavaScript
Конструкция и работа генератора | Как работает генератор?
Генератор переменного тока работает с переменным током, который производит переменную мощность, тогда как генератор постоянного тока работает с постоянным током, который выдает постоянную мощность. В статье описаны только генераторы постоянного тока.
Давайте узнаем…
Содержание
Принцип работы генератора постоянного токаЭлектрический генератор постоянного тока — это просто машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока.
Принцип работы электрического генератора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому всякий раз, когда проводник помещается в движущееся магнитное поле, возникает Э.Д.С. индуцируется в проводнике, что вызывает протекание тока в проводнике, при условии, что цепь должна быть замкнутой. Направление ЭДС индукции (или ток) задается правилом правой руки Флеминга.
В соответствии с этим принципом работы есть две части механизма, которые нам необходимо понять, т. е. простая замкнутая петля, а вторая касается действий пассажиров.
Простой петлевой генератор Рассмотрим петлю ABCD, вращающуюся по часовой стрелке в однородном магнитном поле с постоянной скоростью, как показано на рисунке A.
По мере вращения петли поток начинает связываться со стороной катушки AB, а CD изменяется непрерывно. Итак, э.д.с. то, что индуцируется в этих сторонах катушки, также изменится.
(i) На рисунке A, когда петля находится в позиции №. 1, генерируемая Э.Д.С. равно нулю, потому что стороны катушки (AB и CD) еще не отсекают поток и находятся в параллельном положении с полюсами.
(ii) Когда петля находится в позиции №. 2 стороны катушки движутся под некоторым углом к потоку и, следовательно, малая Э.Д.С. генерируется.
(iii) Когда петля находится в положении №. 3, стороны катушки (AB и CD) расположены под прямым углом, который отсекает поток с максимальной скоростью. Следовательно, в этот момент генерируемая Э.Д.С. является максимальным.
(iv) Когда петля находится в позиции №. 4 сторона катушки снова отсекает поток под некоторым углом, поэтому генерируемая Э.Д.С. меньше.
(v) Когда петля находится в положении 5, снова никакие магнитные линии не пересекаются, поскольку она параллельна полюсу и, следовательно, ЭДС индукции.
равен нулю.
(vi) Когда катушка находится в положении 6, направление генерируемой Э.Д.С. инвертируется, потому что стороны катушки движутся под полюсом противоположной полярности.
(vii) Когда катушка находится в положении № 7, ЭДС снова будет максимальной. в этом направлении (то есть в обратном направлении). Это потому, что между катушкой и магнитным потоком образуется прямой угол. И снова в положении 1 ЭДС не будет.
Этот цикл будет повторяться при каждом обороте катушки.
Обратите внимание, что э.д.с. генерируемый в петле, является переменным, который, таким образом, формирует переменное напряжение, и если нагрузка подключена, то переменный ток будет протекать через нагрузку. Теперь переменное напряжение, генерируемое в петле, преобразуется в постоянное с помощью устройства, называемого коммутатором. Следовательно, генератор постоянного тока получится после полного преобразования. Также обратите внимание, что коммутатор представляет собой механический выпрямитель.
Мы уже знаем, что коммутатор может преобразовывать переменное напряжение в постоянное, таким образом формируя постоянный ток при подключении нагрузки. Здесь мы лучше поймем механизм и функцию коммутатора.
На рисунке (C) показано, что коммутатор имеет два сегмента, а именно C1 и C2, разделенные тонким листом слюды. Сторона катушки AB подключена к сегменту C1, так же как сторона катушки CD подключена к сегменту C2 соответственно. К нагрузке подключены стационарные щетки. S-полюс имеет +ve щетку, тогда как N-полюс имеет +ve щетку.
На рисунке (D) сторона катушки AB, которая подключена к сегменту C1, находится под полюсом N, и аналогичным образом сторона катушки CD, которая подключена к сегменту C2, находится под полюсом S. Сегменты C1 и C2 подключены к клеммам P и Q нагрузочного сопротивления R соответственно.
Когда катушка совершает половину оборота (т. е. поворот на 180°), положение катушки меняется, т.
е. AB и CD теперь находятся под полюсом S и полюсом N соответственно (см. рис. E). Теперь течение идет в обратном направлении. Кроме того, сегмент коммутатора перемещается на 180° (C1 подходит к +ve щетке, а сегмент C2 подходит к -ve щетке). Теперь коммутатор поменял местами соединения катушки с нагрузкой, т. е. сторона катушки AB теперь подключена к клемме Q нагрузки, а сторона катушки CD — к клемме P нагрузки. Итак, направление тока снова от Q к P.
Таким образом, переменное напряжение, генерируемое в контуре, будет отображаться как постоянное напряжение
на щетках. Отметим, что ЭДС в обмотке якоря переменная. Но с помощью коммутатора генерируемая переменная ЭДС преобразуется в постоянное напряжение.
Щетки предназначены просто для подачи тока от вращающегося контура или обмотки к внешней стационарной нагрузке
.
См. также: Преобразователь постоянного тока или преобразователь постоянного тока: работа и функции
Строительство генератора постоянного тока Как правило, строительство генератора постоянного тока генераторы и генераторы постоянного тока моторы одинаковые.
Генератор постоянного тока можно использовать как двигатель постоянного тока и наоборот. Все постоянного тока машины состоят из пяти основных компонентов, а именно: (i) система возбуждения (ii) сердечник якоря (iii) обмотка якоря (iv) коммутатор (v) щетки.
(i) Полевая система
Полевая система предназначена для создания однородного магнитного поля. Он состоит из ряда выступающих полюсов (количество полюсов должно быть четным), и обычно мы называем это ярмами. Хомут изготовлен из цельной литой стали, а полюсные наконечники состоят из многослойных пластин.
(ii) Сердечник якоря
Сердечник якоря крепится к валу машины и вращается между полюсами возбуждения. Он состоит из пластин мягкого железа с прорезями (толщиной от 0,4 до 0,6 мм), которые уложены друг на друга, образуя цилиндрический сердечник. Проводники ламинированы тонкой изоляционной пленкой, чтобы избежать электрического контакта друг с другом. Целью ламинирования сердечника является минимизация потерь на вихревые токи.
(iii) Обмотка якоря
Изолированный проводник, соответствующим образом отрегулированный или помещенный в паз сердечника якоря, известен как обмотка якоря. Это обмотка, в которой генерируется ЭДС. индуцируется. Проводники якоря всегда соединяются последовательно-параллельно; проводники соединены последовательно для увеличения напряжения и параллельно для увеличения тока.
(iv) Коллектор
Как обсуждалось выше, коммутатор представляет собой механический выпрямитель, который преобразует генерируемое переменное напряжение (в обмотках) в постоянное напряжение на щетках. Коллектор состоит из двух медных сегментов и изолирован друг от друга листами слюды. Коллектор установлен на валу генератора.
(v) Щетки
Щетки поддерживают и обеспечивают электрические соединения между вращающимся коллектором и стационарной внешней цепью нагрузки.
Схема генератора постоянного токаНиже приведена простая схема генератора постоянного тока:
Подробнее: 150+ V.
Теперь нам нужно узнать, как создается и индуцируется ЭДС в катушке. Итак, ЭДС индукции в проводнике дается;
e = Blv вольт
где B = плотность магнитного потока в Втб/м2
l = длина проводника в метрах.
v = скорость (в м/с) проводника
Существует два типа генераторов постоянного тока на основе возбуждения поля. Обратите внимание, что магнитное поле создается электромагнитом, а не постоянным магнитом. Два типа генераторов постоянного тока:
i) Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением. генераторы
(ii) Самовозбуждающиеся генераторы постоянного тока генераторы
Опять же, существует три типа генераторов постоянного тока с самовозбуждением в зависимости от того, как устроена обмотка возбуждения
соединен с якорем, а именно;
(a) Серийный генератор
(b) Шунтовой генератор
(c) Составной генератор
Типы генераторов постоянного тока подробно описаны здесь: Типы генераторов постоянного тока
Важные часто задаваемые вопросы (FAQ)3 1.
