Содержание

Устройство генератора — как он работает?

Устройство генератора В результате деятельности любого транспортного средства производится энергия, вот только по большей части, она относится к механическому виду, а для эффективной работы многих систем автомобиля (в частности и подзарядки аккумуляторной батареи) требуется электроэнергия. Получается, что вырабатываемый механический вид, нужно как-то трансформировать. Решение данной задачи положено на генератор – неотъемлемую часть электрооборудования любой машины. Именно он преобразовывает механическую энергию полученную от двигателя, в электрическую, что и обеспечивает выполнение указанных требований. Давайте рассмотрим устройство данного механизма более детально.

1. Основные составляющие части генератора

Для начала выясним, какие именно функции возлагаются на автомобильный генератор и каким требованиям он должен соответствовать. Во-первых, основной задачей любого автогенератора есть обеспечение бесперебойной подачи тока, при чем, его мощность должна быть такой, что бы вместе с подачей электроэнергии на рабочие потребители, энергии хватало и на зарядку аккумуляторной батареи.

Во-вторых, устройство должно «уметь» предотвращать сильный разряд аккумуляторной батареи, при включении на малых оборотах всех штатных потребителей.

Генератор

В третьих, генератор обязан контролировать напряжение бортовой сети и следить за тем, что бы оно находилось в заданных пределах, несмотря на диапазон электрических нагрузок и частоты вращения ротора. В этом случае, такая необходимость обусловлена чувствительностью аккумуляторной батареи к уровню стабильности напряжения. Если он слишком низкий – значит АКБ не сможет полностью зарядится и, возможно, возникнут проблемы с запуском двигателя. В случае высокого напряжения, батарея будет перезаряжаться, что вызовет ее ускоренный выход из строя.

И на конец, устройство генератора должно иметь достаточную прочность, большой рабочий ресурс, небольшую массу (с такими же габаритами), обладать низким уровнем шума и радиопомех. Согласитесь, довольно существенный список требований, но современные автомобильные генераторы, зачастую, с ним справляются, в чем им помогают следующие составляющие.

Шкив – своеобразное место входа (с использованием ремня) механической энергии во внутрь генератора.

Корпус устройства – представлен в виде двух крышек (передней и задней), к которым крепяться практически все остальные элементы указанной детали. Крышки изготавливаются из алюминиевых сплавов и оборудованные вентиляционными окнами, с помощью которых воздух проходит сквозь генератор. В традиционных (стандартных) конструкциях генераторов, такие окна имеются только в торцевой части корпуса, в то время как «компактные» устройства предусматривают их наличие еще и на цилиндрической части, расположенной над лобовыми сторонами обмотки статора.

Ротор – прикреплен к передней корпусной крышке. Особенностью автомобильных генераторов есть полюсная система ротора, содержащая две полюсных половины с имеющимися на них выступами клювообразной формы (по 6 на каждой). Если выступы отсутствуют, то при напрессовке на вал, между половинками ставится втулка с намотанной на каркас обмоткой возбуждения, при чем, намотка выполняется после монтажа втулки во внутреннею часть каркаса.

Генератор Валы роторов изготавливают из мягкой стали, но при использовании роликового подшипника, ролики которого работают по концу вала, со стороны контактных колец, вместо автоматной стали применяют легированную. На конце вала, с имеющейся резьбой, под шпонку для крепления шкива, прорезают паз. Правда, многие современные конструкции вообще не имеют шпонки, вместо того в торцевой части вала присутствует углубление (выступ), предназначенный для шестигранного ключа. Такая особенность, позволяет удерживать вал от поворота, в случае необходимости затяжки гайки крепления или при разборке генератора.

Статор – элемент, отвечающий за мощность генератора. В его конструкцию входит металлический сердечник с обмоткой и 36 пазами. Статор с обмоткой размещается между двумя крышками – со стороны привода (передняя крышка) и со стороны контактных колец (задняя крышка).

Выпрямительные узлы. Могут быть двух типов: либо в виде пластин-теплоотводов, с запрессованными диодами силового выпрямителя (или с распаянными и герметизированными кремниевыми переходами таких диодов), либо в виде ребристой конструкции, где диоды (в большинстве таблеточного типа) припаяны к теплоотводам. Корпус диодов дополнительного выпрямителя, как правило, изготавливают из пластмассы, предавая ему цилиндрическую форму, вид горошины или же отдельного герметизированного блока, включение в схему которого выполняется при помощи шинок. Выпрямительные узлы занимаются преобразованием напряжения, создающегося статором, в напряжение постоянного тока бортовой сети.

Щеточный узел – конструкция с размещенными внутри щетками (скользящими контактами).

Устройство генератора Автомобильные генераторы могут использовать один из двух возможных видов данных элементов: меднографитные или

электрографитные щетки. В последнем случае, по сравнению с предыдущим, в контакте с кольцом отмечается повышенное падение напряжения, что хоть и отрицательно сказывается на выходных характеристиках устройства генератора, однако сами контактные кольца подвергаются намного меньшему износу. К щеткам, кольца прижимаются благодаря усилию пружин.

Подшипниковые узлы. Как правило, представлены в виде радиальных шариковых подшипников, имеющих одноразовую закладку пластичной смазки, предназначенную для обслуживания деталей в течении всего срока службы и одно- или двухсторонние уплотнения, вмонтированные в подшипник. Роликовые подшипники устанавливаются только со стороны контактных колец, но и в этом случае встретить их можно не часто и в большинстве случаев только на изделиях американских фирм. Посадка шариковых подшипников на вал, с разных сторон выполняется по разному: со стороны контактных колец они плотно прилегают, а со стороны привода находятся в скользящем режиме. Установка в посадочное место крышки, происходит наоборот – со стороны колец она скользящая, а со стороны привода – плотная.

Учитывая способность обоймы подшипника (со стороны колец) поворачиваться в посадочном месте крышки, то обе детали (и подшипник, и крышка) довольно быстро могут выйти из строя, что приведет к задеванию ротора за статор. Что бы как-то предотвратить прокручивание подшипника, в его посадочное место помещаются различные дополнительные устройства представленные в виде резиновых колец, пластмассовых стаканчиков, гофрированных стальных пружин и т.д.

Генератор Так как, в ходе своей деятельности, генератор имеет свойство нагреваться, то вполне логично, что должна существовать система его охлаждения. В автомобильных генераторах, роль охладителей выполняют два вентилятора, закрепленных на его валу, при чем, у представителей стандартного (традиционного) типа, с аналогичной конструкцией, воздух всасывается в крышку со стороны контактных колец при помощи центробежного вентилятора.

У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель расположены вне внутренней полости и защищены специальным кожухом, сквозь прорези которого и происходит всасывание воздуха. Кроме того, именно они (прорези), направляют воздушные потоки в самые нагретые места – к регулятору напряжения и к выпрямителю.

Задачей регулятора напряжения есть отслеживание (регулирование) напряжения борт сети транспортного средства с целью его соответствия заданному пределу, не зависимо от нагрузки, работы ротора или температурных показателей окружающей среды. На всех современных автомобилях устанавливаются электронные регуляторы напряжения полупроводникового типа, обычно, вмонтированные во внутрь генератора. Конструктивное исполнение у таких деталей может отличаться, но рабочий принцип у всех регуляторов одинаковый.

Одним из основных свойств регуляторов напряжения, есть способность к термокомпенсации – изменению напряжения, поступающего к аккумулятору, в соответствии с температурой воздуха в подкапотном пространстве. С точки зрения обеспечения оптимального заряда аккумуляторной батареи — это весьма ценная особенность. Чем температура воздуха ниже, тем больше напряжения должно подаваться на батарею и наоборот. Величина термокомпенсации может доходить до 0,01 В на 1°С. Отдельные модели выносных регуляторов оборудованы «ручными» переключателями подаваемого напряжения («зима» или «лето»).

2. Принцип действия генератора

Генератор

Работа автомобильного генератора базируется на эффекте электромагнитной индукции. Это значит, что если, к примеру, медную катушку будет пронизывать магнитный поток, то в результате его изменения, на выводах катушки появится электрическое напряжение, значение которого окажется пропорциональным скорости изменения потока, и наоборот: что бы образовался магнитный поток, достаточно провести электроток через катушку. Исходя из этого, для получения электрического тока переменного значения, необходимо иметь катушку (с нее будет сниматься соответствующее напряжение) и источник нужного магнитного поля.

Когда автомобильный мотор начинает свою работу, основным потребителем электроэнергии есть стартер, при чем, сила тока может достигать сотни ампер, что способствует существенному падению напряжения аккумуляторной батареи.

В таком режиме, питание всех потребителей электроэнергии исходит только от аккумулятора, который активно принимает зарядку. Тоесть, начиная от запуска двигателя, генератор выполняет роль основного источника электроснабжения, попутно являясь и главным источником подзарядки АКБ в ходе работы силового агрегата. Если в деятельности данного устройства возникают сбои, то и аккумулятор очень быстро разряжается.

Если говорить кратко, то принцип действия генератора транспортного средства состоит в следующем: когда зажигание включается, происходит перемещение тока по контактным кольцам по направлению к щелочному узлу, а затем и к перемотке возбуждения, в результате чего, возникает магнитное поле. Вместе с коленвалом, в работу включается ротор, создающий волны, которые и проходят через обмотку статора. Переменный ток начинает возникать на выходе перемотки. Другими словами, рабочий принцип генератора основывается на изменении скорости вращения коленчатого вала, либо на изменении нагрузки, при которой активизируется деятельность регулятора напряжения (управляет временем при включении перемотки возбуждения).

Генераторы В момент увеличения частоты вращения ротора или уменьшения внешних нагрузок, период включения обмотки существенно сокращается. Если ток увеличивается до такой степени, что генератор уже не может с ним справиться, то в игру вступает аккумуляторная батарея. Современные автомобили оборудованы световым индикатором (лампочкой), сообщая водителю о возможных неисправностях в работе генератора.

Когда генератор работает в режиме самовозбуждения, частота вращения возрастает до определенного значения, после чего в выпрямительном блоке напряжение начинает меняться с переменного на постоянное. В конечном счете, устройство обеспечивает потребителей нужным электричеством, а аккумуляторную батарею – током.

3. Неисправности генератора

Существует довольно приличное количество неисправностей в работе устройства генератора. Сейчас мы рассмотрим основные из них, а также выясним, что может послужить причиной их возникновения и как можно устранить поломку собственными силами. Если стрелка вольтметра пребывает в красной зоне начала шкалы, значит, причину стоит искать в следующем:

— проскальзывает ремень привода генератора.

Решение проблемы: регулировка ремня;

— произошел обрыв в цепи питания обмотки возбуждения.

Решение проблемы: восстановить соединение;

— был поврежден регулятор напряжения.

Решение проблемы: замена детали;

— щетки генератора износились или зависли, контактные кольца окислились.

Решение проблемы: замена щеткодержателя (вместе со щетками), очищение колец при помощи тряпки, смоченной в бензине;

— произошел обрыв или замыкание на массу обмотки возбуждения.

Решение проблемы: замена ротора;

— произошел обрыв в одном (нескольких) диодах выпрямительного блока.

Решение проблемы: замена блока;

— произошел обрыв или появилось межвитковое замыкание в обмотке статора.

Решение проблемы: замена генераторного статора.

Генераторы Если стрелка вольтметра находится в красной зоне конца шкалы, то возможно, произошло повреждение регулятора напряжения. Решением проблемы, в данном случае, есть замена регулятора. Повышенный уровень шума от работающего генератора может объясняться ослаблением гайки шкива генератора, повреждением подшипников, межвитковым замыканием (вызывает вой генератора) или скрипом щеток. Для устранения проблемы следует подтянуть гайку, заменить подшипники, статор или протереть щетки и контактные кольца (обычно используют смоченную в бензине хлопчатобумажную салфетку).

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

1.) Назвать основные части генератора постоянного тока и объяснить их назначение.

Генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково.

Основные части машины: неподвижный статор, вращающийся якорь и щеточно-коллекторный узел. Статор (рис. 1, а) состоит из станины, главных и дополнительных полюсов с обмотками. Станина1представляет собой полый стальной цилиндр, на внутренней поверхности которого укрепляются главные2и дополнительные полюса3. На главных полюсах2размещается обмотка возбуждения4, которая питается постоянным током и служит для создания основного магнитного поля, постоянного во времени и неподвижного в пространстве. Дополнительные полюса3со своей обмоткой5предназначены для уменьшения искрения на коллекторе.

Рис. 3.1. Устройство генератора постоянного тока

2.) Объяснить принцип работы генератора постоянного тока.

При работе генератора используются явления электромагнитной индукции и механического действия магнитного поля на проводник с током. Генератору необходимо сообщить механическую энергию, для чего якорь приводится во вращение первичным двигателем. Кроме того, необходимо создать магнитное поле. Для этого по обмотке возбуждения пропускают постоянный ток. При вращении якоря в магнитном поле в его обмотке наводится ЭДС, пропорциональная величине магнитного потока и частоте вращения якоря.

,

где – конструктивный коэффициент ЭДС.

Если к щеткам генератора подключить нагрузку, то под действием ЭДС в цепи якоря появится ток . Ток якоря взаимодействует с магнитным полем, возникают электромагнитные силы и момент, направленный противоположно вращению якоря. Поэтому он является тормозным и преодолевается первичным двигателем.Величина момента пропорциональна магнитному потоку и току якоря.

3.) Как происходит самовозбуждение генератора? в каких случаях самовозбуждение невозможно?

По способу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на три группы: генераторы независимого возбуждения, генераторы с самовозбуждением, генераторы с постоянными магнитами.

У генератора с независимым возбуждением обмотка возбуждения не имеет электрического соединения с обмоткой якоря и питается от постороннего источника постоянного тока (рис. 2).

У генератора с самовозбуждением обмотка возбуждения питается от якоря, и генератор не нуждается в постороннем источнике питания. По способу соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря генераторы с самовозбуждением делятся на три типа: параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

При параллельном возбуждении обмотка возбуждения соединяется параллельно с обмоткой якоря. Самовозбуждение обычно осуществляется при холостом ходе генератора.

4.) Что такое реакция якоря, как она влияет на работу генератора, как ее компенсировать?

Реакция якоря — воздействие магнитного поля, создаваемого током якоря электрической машины, на её главные полюса.

Наиболее эффективным средством уменьшения влияния реакции якоря является компенсационная обмотка. Она укладывается в специальные пазы главных полюсов и включается последовательно в цепь якоря. Магнитное поле компенсационной обмотки направлено встречно и, как следует из ее названия, компенсирует магнитное поле якоря. Ток компенсационной обмотки равен току якоря, поэтому компенсация происходит при всех режимах от холостого хода до полной нагрузки

Основные части индукционного генератора переменного тока. Генератор переменного тока: конструкция и назначение

Синхронный генератор — машина (механизм) переменного тока, которая преобразовывает определенный тип энергии в электроэнергию. К таким устройствам относят электростатические машины, гальванические элементы, солнечные батареи, термобатареи и т. п. Использование каждого вида из перечисленных приборов определяется их техническими характеристиками.

Область применения

Применяют синхронные агрегаты как источники электроэнергии переменного тока: используют на мощных тепло-, гидро- и атомных станциях, на передвижных электрических станциях, транспортных системах (машинах, самолетах, тепловозах). Синхронный агрегат способен работать автономно — генератором, который питает подключаемую к ней какую-либо нагрузку, либо параллельно с сетью — в нее подключены иные генераторы.


Синхронный агрегат может включать устройства в тех местах, где нет центрального питания электрических сетей. Данные приборы можно применять в фермерских хозяйствах, которые расположены далеко от населенных пунктов.

Описание прибора

Устройство синхронного генератора обусловлено наличием таких элементов, как:

  • Ротор, или индуктор (подвижный, вращающийся), в который входит обмотка возбуждения.
  • Якорь, или статор (недвижимый), в который включается обмотка.
  • Обмотка агрегата.
  • Переключатель катушки статора.
  • Выпрямитель.
  • Несколько кабелей.
  • Структура электрического компаундирования.
  • Сварочный аппарат.
  • Катушка ротора.
  • Регулируемый поставщик постоянного электротока.

Синхронный генератор работает в качестве генераторов и моторов. Он может переходить от графика работы генератора к графику двигателя — это зависит от действия вращающей либо тормозящей силы прибора. В графике генератора в него входит механическая, а исходит электроэнергия. В графике двигателя в него входит электрическая, а исходит механическая энергия.


Прибор включается в цепь переменного тока разного типа нелинейных сопротивлений. Синхронные агрегаты являются генераторами переменного тока на электростанциях, а синхронные моторы используются тогда, когда необходим двигатель, что работает с постоянной крутящейся частотой.

Принцип работы агрегата

Работа синхронного генератора осуществляется по принципу электромагнитной индукции. Во время холостого движения якорная (статорная) катушка разомкнута, поэтому магнитное поле агрегата формируется одной обмоткой ротора. Когда ротор крутится от проводного мотора, у него присутствует постоянная частота, роторное магнитное поле перемещается через проводники обмоток фаз статора и осуществляет наводку повторяющихся переменных токов — электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС носит синусоидальный, несинусоидальный либо пульсирующий характер.

Обмотка возбуждения предназначается для создания в генераторе первоначального магнитного поля, чтобы навести в катушку якоря электрическую движущую силу. В случае если якорь синхронного генератора приводят в движение путем вращения с определенной скоростью, затем возбуждают источником постоянных токов, то поток возбуждения переходит через проводники катушек статора, и в фазах катушки индуцируются переменные ЭДС.

Трехфазное устройство

Трехфазный синхронный генератор — устройство, имеющее трехфазную структуру переменного тока, которая имеет огромное практическое распространение. Крутящийся электромагнит способен образовывать магнитный поток (переменный), который перемещается через три фазы обмотки имеющегося статора. И результатом этого является то, что в фазах происходит переменная ЭДС однотипной частоты, сдвиг фаз осуществляется под углом, равным одной третьей периода вращения магнитных полей.

Трехфазный синхронный генератор оборудован так, что на его валу якорь является электромагнитом и питается от генератора. Когда вал вращается, к примеру, от турбины, генератор поставляет электроток, в то время как обмотка ротора питается поставляемым током. От этого якорь становится электрическим магнитом и, осуществляя обороты с тем же валом, доставляет вращающееся электромагнитное поле.

Благодаря синхронным трехфазным гидро- и турбогенераторам производится большая часть электроэнергии. Синхронные агрегаты применяются и в качестве электромоторов в таких устройствах, у которых мощность превышает 50 кВт. Во время работы синхронного агрегата в графике двигателя сам ротор соединяют с источником постоянных токов, статор же подключают к трехфазному кабелю.

Структуры возбуждения

Любые турбо-, гидро-, дизельные генераторы, синхронные компенсаторы, мотор

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 работы синхронного генераторы: возбуждение ЭДСРабота синхронной машины в режиме электродвигателя

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.

конструкция и назначение :: SYL.ru

генератор переменного токаГенератор переменного тока – что это такое? Это электрическая машина, преобразующая энергию механического взаимодействия в электроэнергию. Как она работает? Закон электромагнитной индукции является основным в принципах работы такого устройства, как генератор переменного тока. Как известно из законов электромагнетизма, электродвижущая сила (ЭДС) может индуктироваться (создаваться) только в нескольких случаях: при изменении параметров магнитного потока вокруг самого проводника или же при движении проводника в магнитных полях. Магнитное поле – это материальная среда, которую можно обнаружить исключительно эмпирическим (опытным путем). То есть для выявления наличия или отсутствия такого силового поля в область его возможного действия необходимо внести проводник с током или намагниченное тело.

Характеристики генератора

В таком устройстве, как генератор переменного тока, основную часть занимает электромагнит. Он состоит из ферримагнитного сердечника и катушки и предназначен для формирования магнитного потока. Есть набор основных требований, которые предъявляются к подобным машинам: диапазон вращения от 50 до 12000 оборотов за минуту, широчайший диапазон возможных мощностей (от нескольких ватт до сотен мегаватт), минимальные масса и габариты, высокая надежность и работоспособность.

трехфазный генератор переменного тока

Трехфазный генератор переменного тока

Обычно такая машина бывает синхронной. Основная ее задача – преобразование любого вида энергии в электроэнергию. Традиционно, это механическая энергия. Почему генератор переменного тока называют синхронным? Это такая бесколлекторная машина, у которой скорость вращения постоянная и при заданной частоте определяется числом полюсов. Генератор переменного тока получил огромное распространение в производстве и в железнодорожном транспорте. Именно благодаря синхронности вращения его используют на рефрижераторных секциях и тепловозах.

Генератор переменного тока: устройство и основные принципы действия

Если вращать ротор и индуктор, то в обмотках статора начнет индуктироваться ЭДС. Именно это явление – основа для работы как трехфазных, так и однофазных машин. Благодаря широчайшему применению на тепловозах, первичным двигателем в таких тяговых синхронных генераторах может быть даже дизельный (двигатель внутреннего сгорания). Неподвижная часть у генератора переменного тока – статор, который состоит из сердечника и корпуса.

генератор переменного тока своими руками В пазы статора вложена обмотка, благодаря которой индуктируется ЭДС. Сердечник набирают из спрессованных листов специальной электротехнической стали. Ротор – это вал, на котором закреплены сердечники генераторных полюсов. Существуют полюса ярко- и слабовыраженные. Обмотка выполняется из медных проводов, обычно круглого или же прямоугольного сечения. Концы обмотки выводят к контактным кольцам. С помощью установленных в щеткодержателях щеток, которые прижимаются к контактным поверхностям пружинами, осуществляется токосъём. Учитывая несложную конструкцию, вполне реально сделать генератор переменного тока своими руками. Принцип действия его крайне прост. Ротор вращается при помощи двигателя. Магнитное поле ротора вращается с ним вместе. Именно по этому принципу и работает генератор переменного тока.

Принцип работы генератора переменного тока

Оглавление:

В наши дни практически везде распространены генератора переменного тока или просто индукционные генераторы. Названы они так, потому что их работа основана на физической модели электромагнитной индукции. Есть два типа индукционных генераторов: переменного тока и постоянного тока. Далее мы рассмотрим разницу между их устройством и работой.

Принцип работы генератора переменного тока

Принцип работы генератора переменного тока, о котором пойдет речь в данном разделе применяется для обеспечения электрической энергией трактора. Генератор переменного тока один из основных элементов, которые снабжают трактор током. Это наиболее распространенная сфера использования данных генераторов, но не единственная. Такие устройства используются и на электростанциях.

Там для обеспечения оптимального действия генераторов переменного тока используют синхронные генераторы.
Принцип работы генератора переменного тока заключается в трансформации механической энергии, которую создает двигатель (к примеру, автомобиля) обрабатывая её в магнитную и передает в виде электрической в генератор постоянного тока. Опишем этот процесс подробнее.

Стандартный генератор трактора состоит из ротора, статора и ремней привода. Механическая энергия, которую создает двигатель проходит в свою очередь через ротор. Ротор, почти всегда являющийся обычным электрическим магнитом, вращается и создает магнитное поле. Иными словами, ротор с его элементами — это наш индуктор. Ротор состоит из коллекторных медных колец, которые вращаются и в процессе прижимают к себе щетки ротора, которые находятся в неподвижном состоянии, и дают энергию от неподвижных частей генератора.

После этого магнитная энергия проходит к статору. Деталями статора есть три катушки с проводами, которые установлены на ротор и при взаимодействии с роторными щетками превращают магнитную энергию ротора в электрическую. Энергия через диодный мост из 9-10 диодов передается аккумулятору.

В конструкции выделяют главные и вспомогательные диоды, так как одни занимаются выравниванием энергии для передачи аккумулятору, а другие питают регулятор напряжения и передают электроэнергию лампе, которая запускает генератор постоянного тока при оборотах двигателя и проверяет его работоспособность.

По производимой энергии ГПТ делят на маломощные и высоко мощные. Маломощные очень часто используют в домашних целях. Часто они выступают как источник резервного питания. С бензиновыми версиями нужно быть осторожным, потому что они имеют очень слабый моторесурс.

Ранее мы упоминали что генераторы переменного тока вырабатывают электроэнергию в тракторах и на электростанциях. Также ими пользуются владельцы загородных домов для обеспечения себя автономным электричеством. В таких случаях устанавливают дизельный генератор. Их достоинства: работают экономнее, изнашиваются реже, действуют на протяжении нескольких лет без ремонта благодаря их уникальному строению.

Генератор переменного тока: принцип действия

Вокруг электрического магнита в роторе размещены проволочные рамки, крутящиеся между его полюсами. Через контактные кольца каждый ее конец соединяется со щеткой. Этот процесс мы уже описывали.

Генераторы постоянного тока различают по принципу работы и источнику электромагнитной энергии. Так, на сегодня существуют генераторы с независимым источником возбуждения и само возбуждающиеся генераторы. Генераторы с самовозбуждением обрабатывают электроэнергию, которую они же и производят.

Другой указанный тип берет энергию из другого источника. Им может быть двигатель или другой генератор. Мы уже описывали принцип перехода электричества от генератора переменного тока к аккумулятору ранее. Вся модель действия генератора постоянного тока заключается в наличии якоря, то есть механизма который управляет электрической энергией.

Якорь находится между двух противоположных полюсов магнита. На параллельных шлицах якоря находится обмотка  два конца которой прикреплены к коллектору. К нему также устанавливают щетки, через которые и будет сниматься ток. Якорь постоянно вращается и при вращении обмотки постоянно замыкаются, в разном положении магнитного поля. Это основа работы ГПТ.

Принцип работы генератора постоянного тока (ГПТ)

Ток во внешней цепи был бы переменным, если бы не наличие коллектора в устройстве. Однако благодаря обмоткам и щеткам он постоянно двигается в одно и то же направление. Такой ток называют пульсирующим.
В процессе своего вращения якорь оборачивается на 180° и изменяется направление тока. Однако после этого ток не становится переменным. Сразу при смене направления тока в генераторе происходит смена пластин под щетками. Иными словами, тот ток который начал двигаться в другое направление, пластины направляют обратно в правильную сторону.

Полярность щеток в генераторе остается той же самой, и поэтому ток во внешней цепи устройства тоже остается той же самой. Она не меняет своего направления. Таким образом реализуется функция постоянного тока.
Если вам нужно уменьшить пульсацию постоянного тока, вам потребуется равномерно распределить витки обмотки по якорю. Каждый виток должен касаться коллекторной пластины под щеткой и таким образом уменьшать уровень вибрации. При желании можно уменьшить пульсацию до неуловимой, используя 16 витков к 16 пластинам. Тогда ток станет постоянным не только за счет направления, но и за счет своей силы.

Основные части генератора переменного тока

Мы уже называли детали генератора переменного тока, когда говорили о принципах его действия. Теперь рассмотрим его органы подробнее.
К основным частям генератора переменного тока относятся:

  1. Индуктор — механизм, который преображает механическую энергию в магнитную. У нас это ротор.
  2. Якорь. Это составной элемент генератора, который из магнитной энергии делает электрическую. Функцию якоря выполняет статор.
  3. Контактные кольца. Расположены в задней части ротора. К ним присоединены щетки, которые передают энергию в устройстве от постоянных деталей генератора к вращающимся.

Якорь снабжают железным сердечником. Это для того чтобы генератор давал больше магнитной энергии, и вырабатывал больше электричества. Между металлическими сердечниками и магнитными полюсами делают зазор, чтобы не мешать вращению.
В качестве индуктора используют электромагнит. Лишь изредка в малых генераторах ставят постоянные магниты. Генераторы с постоянными магнитами обычно ставят на некоторые машины с двигателем внутреннего сгорания.
Внизу вам показано расположение органов генератора переменного тока.

  1. — статор (якорь)
  2. — ротор (индуктор)
  3. — контактное кольцо ротора
  4. — щетки

Также среди частей генератора мы можем выделит шкиф, реле-регулятор, диодный мост, который передает электрическую энергию дальше по назначению.
Ротор генератора может быть с зубчатой и с гладкой поверхностью. Зубчатые роторы пользуются успехом на машинах тракторах. Также возможно применять их вместе с тихоходными водными двигателями. К паровым двигателям с оборотами от 1500 до 3000 идут роторы с гладкой поверхностью.

Это объясняется тем, что зубчатые роторы несут большие механические потери из-за создания выступами вихрей воздуха. Гладкая поверхность не имеет такой проблемы. На гладких роторах обмотка устанавливается на пазы внешней стороны.
Статор имеет форму железного кольца, в пазах которого наложена медная обмотка.

Схема генератора постоянного тока

Генератор постоянного тока состоит из неподвижной индуктирующей части и индуктируемой вращающейся части (якоря).
Генератор состоит из:

Две части генератора соединены между собой щетками из графита или графитного сплава.
В изготовлении якоря использована электротехническая сталь. Её листы толщиной в 0,5 мм отслоены друг от друга в устройстве с помощью очень тонкой бумаги или лака. При сборке якоря на листах штампуют вмятины, именуемые пазами. На эти пазы потом укладывают изолированную часть обмотки якоря.
В коллекторе используют медные пластины, изолируемые друг от друга. Коллектор приваривается в определенных местах обмотки якоря.
Предоставляем вам схему устройства генератора постоянного тока:

 

Принцип работы генератора переменного тока

В конструкцию изделия входит две основных части: статор (неподвижный элемент), ротор (вращающаяся часть). В статоре, представляющем собой полый цилиндр, расположена магнитная система, состоящая из смонтированных в пакет стальных листов. Внутри них есть пазы, изолированные диэлектриком (обычно используют фторпластовую пленку), в которых располагаются обмотки из медного провода. Каждая катушка представляет собой одну фазу (всего их 3), в которой витки соединяются последовательно или параллельно. Выступающая из пазов часть катушки называется лобовым соединением. У каждой из трех обмоток по одному выводу соединяются в общую точку, которая не «эксплуатируется» и тщательно изолируется от корпуса и других деталей (такое соединение называется «звезда»). Получаемое напряжение снимается с остальных трех концов.

Ротор – массивный сердечник с обмоткой возбуждения, изготавливаемый из стали. Вал может быть расположен горизонтально, что характерно для большинства конструкций, либо вертикально, — такой метод установки практикуется на гидротурбинах. Работающий генератор может охлаждаться воздухом, водой, маслом и даже водородом.

В основе действия генератора – электромагнитная индукция. Чтобы получить переменное напряжение, нужна катушка, в которой присутствует постоянный ток. Это вызовет образование магнитного поля, которое образуется в возбуждающей обмотке. Также необходима стальная система с полюсами, которая будет подводить магнитное поле к катушкам, называемыми статорной обмоткой. В ходе вращения ротора напротив катушек статора появляется поочередно то «южный» полюс, то «северный». Как это происходит на практике?

Обмотка статора, являющаяся силовой, находится в неподвижном состоянии. Ротор приводится в движение механическим путем: это может быть энергия потока воды, ветер или цепная, ременная передача, передающая энергию вращения от, например, автомобильного двигателя. Чтобы генератор начал работать, на его обмотку возбуждения необходимо подать напряжение. В результате создается электромагнитное поле, которое посредством вращающегося ротора индуцирует напряжение в статорных катушках. При увеличении напряжения на возбуждающей обмотке повышается напряжение на катушках статорной обмотки, и наоборот. Подача напряжения на возбуждающую катушку может осуществляться и от самого генератора. В подобном случае считается, что генератор является самовозбуждающимся.




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *