Устройство генератора переменного тока и его классификация. Из чего состоит генератор
Устройство генератора - как он работает?
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.
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.
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).
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.
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
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).
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.
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 Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.
Была ли эта статья полезна?Да Нет
auto.today
Как устроен генератор - все об устройстве электрогенераторов постоянного и переменого тока
Принцип работы генерирующего устройства
Работа электрогенерирующего оборудования основывается на принципе конвертации механической энергии, получаемой из внешнего источника, в электроэнергию. Иными словами, устройство не вырабатывает самостоятельно электричество. Происходит усиление движения возникающих в проводах его обмотки электрических зарядов, которые проходя через внешнее кольцо циркуляции, отдают свою энергию. В результате на выходе образуется электрический ток, который и поступает в сеть от электростанции.
С научной точки зрения принцип называется «магнитной индукцией» и был обнаружен Майклом Фарадеем в 19 веке. Ученый физик установил, что перемещением электрического проводника в магнитном поле рождается поток зарядов. Между двумя концами проводника, в частности, провода, создается разность напряжений, который усиливает движение зарядов, превращая их в электричество.
Перейти в каталог генераторного оборудования:
Основные элементы электростанции
Как устроен генератор переменного тока?
Это неотъемлемая часть электростанции, которая осуществляет преобразование механической мощности в электрическую энергию. Состоит устройство из неподвижных и подвижных модулей, которые вмонтированы в его корпус. Все элементы работают в синхронном режиме, усиливая движение между электрическими и магнитными полями, что рождает электричество.
Ротор, как подвижный модуль, создает вращающееся магнитное поле. Выполняется это несколькими способами:
- индукцией, которая происходит в синхронном бесщеточном генераторе, которые, как правило, имеют достаточно внушительные габариты;
- постоянными магнитами, используемыми в малых генераторах;
- с помощью задающего возбудителя, активизирующего ротор через сборку щеток и токопроводящих контактных колец.
Подвижным ротором вокруг статора вырабатывается вращающееся магнитное поле и вызывается разность напряжений в обмотке. Таким образом производится на выходе переменный ток.
Факторы, влияющие на эффективность работы синхронного генератора:
- металлический или пластиковый корпус. В первом случае устройство отличается большей долговечностью. Пластик же со временем деформируется и может стать причиной повреждения внутренних элементов, создавая таким образом аварийную ситуацию и опасность для пользователя.
- шариковый или игольчатый подшипник: первый более предпочтителен в силу большей его износостойкости.
- в бесщеточном генераторе не используются щетки, благодаря чему отличается производством более чистой энергии на фоне меньшего технического обслуживания.
Двигатель
С помощью этого элемента образуется механическая энергия для работы миниэлектростанции. Его размер напрямую зависит от максимальной мощности электростанции. Кроме того, существует множество факторов, влияющих на функциональность двигателя:
- вид топлива, используемое для работы двигателя. Это могут быть бензин, дизельное топливо, природный газ или пропан. Бытовые электростанции, как правило, работают на бензине, промышленные же электростанции – на дизельном топливе, природном газу, жидком или газообразном пропане. Есть модификации, работающие на комбинированном виде топлива – дизеле и газу.
- верхнее расположение клапанов OHV. Впускные и выпускные клапаны таких двигателей располагаются не на блоке цилиндров, а на их верхушке. Данные модели имеют более высокую стоимость, что обусловлены дополнительными преимуществами. Это компактный дизайн, упрощенная рабочая механика, удобство в использовании, а также долговечность конструкции. Кроме того, их работа отличается низким уровнем шума и меньшим уровнем выбросов.
- чугунная гильза в цилиндре двигателя, используемая в качестве подкладки. Таким способом уменьшается износ двигателя, что увеличивает доремонтный срок службы. Такая чугунная гильза используется в большинстве устройств с верхним расположением клапанов. Как элемент, эта подкладка имеет невысокую стоимость, однако очень важна, особенно в случаях частого использования электростанции.
Система подачи топлива
Топливный резервуар обычно имеет достаточный объем для поддержания стабильной работы электростанции на период от 6 до 8 часов. На малых устройствах бак устанавливается в верхней части корпуса. Для промышленной установки применяется наружный резервуар.
Характеристики системы:
- соединение трубопроводов с двигателем. Таким путем осуществляется подача топлива к работающему модулю и обратно.
- вентиляционная труба для топливного бака необходима для снижения уровня давления при повторном заполнении или сливе резервуара. Крайне важно при этом обеспечить контакт металлических поверхностей сопла наполнителя и топливного бака во избежание искр.
- сливное соединение с дренажной трубой используется для предотвращения протечек жидкости во время слива.
- топливный насос отвечает за перемещение топлива от основного хранилища в точку потребления. Данное устройство имеет электропривод.
- топливный фильтр очищает жидкость от иных примесей, способных привести к коррозии и загрязнению внутренних модулей оборудования.
- инжектор автоматически управляет поступлением необходимого объема жидкости в камеру сгорания.
Регулятор напряжения AVR
Этот модуль осуществляет регулировку выходного напряжения электростанции. Устройство состоит из нескольких компонентов:
- регулятор напряжения контролирует процесс преобразования переменного напряжения в постоянный электроток. Затем происходит его подача на вторичную обмотку статора.
- возбудитель обмотки необходим для генерирования небольшого количества переменного тока. Напрямую связан с вращающимся выпрямителем тока.
- вращающийся выпрямитель тока осуществляет выпрямление переданного с возбудителя обмотки переменного тока с последующей конвертацией его в постоянный. Затем выполняется его подача на ротор, где в дополнение к вращающемуся магнитному полю создается и электромагнитное напряжение.
- ротору отводится роль индукции большого количества переменного напряжения на обмотку статора.
Регулятор напряжения максимально задействован в начальном периоде запуска установки. Как только устройство выходит на полную работоспособность, модуль снижает выработку постоянного тока. В состоянии равновесия регулятор напряжения производит только необходимое количество мощности для поддержания электростанции в рабочем состоянии.
При увеличении нагрузки на электростанцию, регулятор напряжения выходит из состояния равновесия и активизирует свою работу, пока мощность оборудования не выйдет на показанный уровень потребления.
В нашем каталоге Вы можете ознакомиться с примерами дизельных генераторов с АВР >>
Установка выхлопа и охлаждения двигателя электростанции
Включает в себя:
- Систему охлаждения электростанции, используемую для снижения уровня перегрева рабочего устройства. В качестве антифриза используется вода, водород, а также стандартный радиатор и вентилятор. За уровнем охлаждения следует периодически наблюдать, чтобы предотвратить аварийную ситуацию. Система требует постоянной очистки от загрязнений, выполняемую через каждые 600 часов работы. Следует обеспечить приток к устройству свежего воздуха: по действующим нормам в радиусе от электрогенерирующей установки должно быть не меньше метра свободного пространства.
- Систему выхлопа. В процессе сгорания топлива образуется отработанный газ, содержащий высокотоксичные химические соединения. Очень важно создать эффективную систему утилизации выхлопов с использованием вытяжек.
Система смазки
Электростанция в комплекте имеет множество движущихся модулей, эффективность работы которых зависит и от содержания смазочных веществ. Для чего в помпе всегда находится специальное масло, уровень которого следует контролировать каждые 8 часов. Также необходимо строго отслеживать возможные протечки смазывающего вещества.
Зарядное устройство
Запуск электростанции осуществляется с помощью аккумулятора. Эта батарея должна быть всегда заряженной, за что отвечает зарядное устройство. Оно снабжает аккумулятор необходимым количеством «плавающей» энергии, которая и производит подзарядку емкости. Важно следить за уровнем этой энергии: снижение приведет к неполной зарядке аккумулятора, а повышенный уровень выведет его из строя.
Изготавливается зарядное устройство из нержавеющей стали, чтобы увеличить срок службы модуля. Его работа полностью автоматизирована и не требует вмешательства в параметры. Постоянное напряжение на выходе определяется на уровне на 2.33 Вольт на ячейку. Зарядное устройства обладает отдельным постоянным напряжением, которое может привнести сбои в нормальное функционирование электрооборудования.
Панель управления
Модуль снабжен упрощенным интерфейсом, на котором отображены все положения управляемых элементов. Каждый производитель предлагает собственный вариант панели.
Электрическое включение и выключение автоматически запускает электростанцию в рабочее состояние в случае необходимости. И отключает, когда деятельность устройства нецелесообразна.
Механическое устройство прибора отображает на датчиках наиболее важные параметры по давлению масла, температуре охлаждения, напряжению батареи, скорости вращения двигателя и длительности работы. При превышении нормы электростанция автоматически отключается.
Датчики мини электростанции отвечают за измерение выходного тока, напряжения и рабочей частоты. Иные виды контроля: переключатель частоты, фазовый селекторный переключатель и переключатель режимов двигателя.
Рама / Корпус
Основная конструкция служит генераторному оборудованию главной поддержкой и имеет выполненный под заказ корпус. В случаях, когда предполагается перемещение оборудования, рама может быть дополнительно оснащена шасси.
Для наглядности, вы можете посмотреть нашу продукцию из раздела передвижные дизельные генераторы >>
www.all-generators.ru
Устройство генератора переменного тока - принцип работы и общее назначение
Конструктивно, электрогенератор состоит из:
- Токопроводящей рамки.
- Магнитов.
Работает он следующим образом:
- Токопроводящая рамка помещается в магнитное поле, созданное между полюсами магнитов. Ее концы снабжают контактными кольцами, которые также способны вращаться.
- С помощью упругих токопроводящих пластинок (щеток), кольца соединяют с электрической лампочкой.
- Рамка, вращаясь в магнитном поле, постоянно пересекает своими сторонами магнитные силовые линии.
- Пересечение рамкой магнитных силовых линий вызывает возникновение ЭДС и получение индукционного тока.
- Под действием полученного индукционного тока, лампочка начинает светиться. Свечение лампочки продолжается до тех пор, пока вращается рамка.
Один полный оборот рамки внутри магнитного поля приводит к тому, что возникающая ЭДС, дважды меняет свое направление, причем ее величина дважды увеличивается до максимального значения (проводники проходили под полюсами магнитов) и дважды была равна нулю (проводники двигались вдоль силовых линий магнитного поля).
Такое изменение ЭДС в процессе непрерывного вращения рамки вызывает в замкнутой электрической цепи постоянно изменяющийся по направлению и величине синусоидальный электрический ток, который в настоящее время называют переменным.
В современной энергетике используются индукционные генераторы переменного тока различного типа. При этом, принцип их действия одинаков и базируется на принципе электромагнитной индукции.
В общем виде, такие устройства представляют собой достаточно сложное изделие, состоящее из медной проволоки, и большого количества изоляционных и конструктивных материалов.
Устройство и принцип работы
УстройствоЛюбой генератор переменного тока состоит из:
- Постоянного тока или электромагнита, который создает магнитное поле. С целью получения мощного магнитного потока, в генераторах устанавливают специальные магнитные системы из двух сердечников, которые изготавливаются из электротехнической стали.
- Обмотки, в которой возникает переменная ЭДС. Обмотки, создающие магнитное поле, размещают в специальных пазах одного сердечника, а обмотки, в которых возникает ЭДС — в пазах другого.
- Для подвода питающего напряжения и съема полученного переменного тока, используются контактные кольца и щетки. Эти детали изготавливаются из токопроводящих материалов. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле значительно меньше той, которую генератор отдает во внешнюю цепь, поэтому генерируемое напряжение удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить маломощное питающее напряжение.
В маломощных устройствах щетки и кольца используются значительно реже, так как в их конструкциях можно использовать вращающиеся постоянные магниты, которым подвод питающего напряжения не нужен.
Как правило:
- Внутренний сердечник (ротор) вместе с обмоткой вращается вокруг своей оси.
- Внешний сердечник (статор) неподвижен.
- Зазор между ротором и статором должен быть минимальным — только тогда мощность потока магнитной индукции максимальна. При этом, магнитное поле создает неподвижный магнит, а обмотки, в которых создается ЭДС, вращаются.
Однако, в больших промышленных генераторах, внешний сердечник, создающий магнитное поле, вращается вокруг внутреннего, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, остаются неподвижными.
Во время работы, в обмотке ротора возникает ЭДС, амплитуда которой пропорциональна количеству витков. Кроме того, она пропорциональна и амплитуде переменного магнитного потока (через виток).
Принцип работы синхронного генератора:
Область применения
Повседневную жизнь человеческого общества невозможно представить без переменного тока. Его широкое использование связано с тем, что он обладает огромными преимуществами перед постоянным.
При этом, главным преимуществом является то, что напряжение и силу переменного тока можно легко и практически без потерь преобразовать в достаточно широких пределах.
Особенно, такое преобразование необходимо в случае передачи электроэнергии на большие расстояния. Электроэнергия обладает большими преимуществами перед другими видами энергии.
Ее можно передавать на большие расстояния с малыми потерями и достаточно легко распределять между потребителями. Кроме того, электроэнергия просто превращается в другие виды энергии (световая, тепловая, механическая и пр.).
Именно поэтому, генераторы переменного тока в современных условиях получили очень широкое применение. С их помощью вырабатывается электроэнергия, которая затем используется во всех отраслях промышленности, а также в быту и на всех видах транспорта.
Классификация
В связи с большим разнообразием генераторов, выпускаемых промышленностью различных стран, была разработана и достаточно обширная система их классификации.
Так, генераторы переменного тока различают по:
- Виду.
- Конструкции.
- Способу возбуждения.
- Количеству фаз.
- Соединению фазных обмоток.
Электрогенераторы переменного тока бывают:
- Асинхронными. Изделия, в которых на вращающемся валу имеются пазы, предназначенные для размещения обмоток. Они генерируют электрический ток с небольшими искажениями, величина которого не превышает номинального значения. Изделия этого типа используются для электропитания бытовой техники.
- Синхронными. Изделия, в которых катушки индуктивности размещены непосредственно на роторе. Они способны выдавать ток, который обладает высокой пусковой мощностью.
Генератор с неподвижным роторомКонструктивно различают генераторы:
- С неподвижным ротором.
- С неподвижным статором
Конструкции с неподвижным статором получили наибольшее распространение благодаря тому, что отпадает необходимость в использовании контактных колец и плавающих щеток.
По способу возбуждения электрогенераторы бывают:
- С независимым возбуждением (питающее напряжение подается на обмотку возбуждения от отдельного источника постоянного тока).
- С самовозбуждением (обмотки возбуждения питаются выпрямленным (постоянным) током, получаемым от самого генератора).
- С обмотками возбуждения, питание которых осуществляется от стороннего генератора постоянного тока малой мощности, «сидящего» на одном валу с ним.
- С возбуждением от постоянного магнита.
По количеству фаз различают электрогенераторы:
- Однофазные.
- Двухфазные.
- Трехфазные.
Наибольшее распространение получили трехфазные генераторы.
Это связано с наличием некоторых преимуществ, среди которых нужно отметить возможность беспроблемного получения:
- Вращающегося кругового магнитного поля, что способствует экономичности их изготовления.
- Уравновешенной системы, что существенно повышает срок службы энергоустановок.
- Одновременно двух рабочих напряжений (фазного и линейного) в одной системе.
- Высоких экономических показателей — значительно уменьшается материалоемкость силовых кабелей и трансформаторов, а также упрощается процесс передачи электроэнергии на большие расстояния.
Трехфазные генераторы отличаются электрическими схемами соединения фазных обмоток.
Бывает, что фазные обмотки соединяются:
- «Звездой».
- «Треугольником».
Описание схем
Для получения связанной трехфазной системы, обмотки электрогенератора нужно соединить между собой одним из двух способов:
«Звезда»
Соединение «звездой» предусматривает электрическое соединение концов всех обмоток в одной точке. Точка соединения называется «нулем». При таком соединении нагрузка к генератору может быть подключена 3 или 4 проводами.
Провода, идущие от начала обмоток называются линейными, а провод, идущий от нулевой точки — нулевым. Напряжение между линейными проводами называют линейным.
Линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза.
Напряжение между нулевым и любым из линейных проводов называется фазным. Фазные напряжения равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол, который равен 120 градусов.
Особенностью схемы является также равенство линейных и фазных токов.
Наиболее распространена 4 проводная схема — соединение «звездой» с нейтральным проводом. Она позволяет избежать перекоса фаз в случае подключения несимметричной нагрузки, например, на одной фазе — включена активная нагрузка, а на другой — емкостная или реактивная. При этом, обеспечивается сохранность включенных электроприборов.
«Треугольник»
Соединение «треугольником» — это последовательное соединение обмоток трехфазного генератора: конец первой обмотки соединяется с началом второй, ее конец — с началом третьей, а конец последней — с началом первой.
В этом случае, линейные провода отводятся от точек соединения обмоток. При этом, линейное напряжение равно фазному, а величина линейного тока в 1,73 раза больше фазного.
Все упомянутые зависимости справедливы только при равномерной нагрузке фаз. При неравномерной нагрузке фаз, их необходимо пересчитывать аналитическими или графическими методами.
Практическое применение
Индукционные генераторы находят свое применение практически во всех областях жизнедеятельности человеческого общества.
Причем в любом случае, для получения переменного тока используется энергия вращения вала генератора.
Это касается:
- Крупных гидро-, тепло-, и атомных электростанций.
- Промышленных электрогенераторов.
- Бытовых электрогенераторов.
Генераторы, устанавливаемые на электростанциях, вырабатывают большое количество электроэнергии, которая затем передается на огромные расстояния.
Они разрабатываются под конкретные, узкоспециализированные задачи и представляют собой сложнейшие устройства, для установки которых необходимо строить отдельные здания и сооружения. Кроме того, их работа обеспечивается специально организованной инфраструктурой.
Промышленные генераторы используются для обеспечения электроэнергией объектов, в работе которых не должно быть перебоев с подачей напряжения.
Кроме того, их используют для обеспечения электроэнергией строительных площадок, вахтовых поселков, удаленных ферм и буровых установок, находящихся в местах, где подводка стационарных линий электропередач невозможна или экономически нецелесообразна.
Как правило, для работы они используют дизельное топливо, вырабатывая при этом переменный ток большой мощности (220 или 380 В). Используются для этого синхронные генераторы, которые способны обеспечить работу промышленного оборудования большой мощности.
В дизельных установках, вал генератора вращается с помощью двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Электрогенератор на шассиВсе комплектующие изделия, входящие в состав промышленного генератора, монтируются на высокопрочных стальных шасси, которое при необходимости устанавливается:
- Теплоизолированным контейнером.
- Передвижным шасси (колесное, на полозьях).
Бытовые электрогенераторы приобрели большую популярность сравнительно недавно.
Они используются для электрификации небольших коттеджей, загородных домов и дач, а также помогают решить ряд проблем, связанных с некорректной работой централизованной электросети и часто применяются в качестве аварийных источников переменного тока на ранее электрифицированных объектах подобного типа.
В устройствах этого типа для вращения вала генератора используют как бензиновые, так и дизельные ДВС. Они вырабатывают переменный ток небольшой мощности (от 0,5 до 15 кВт) и отличаются:
- Экономичностью.
- Небольшими размерами.
- Низким уровнем шума.
При выборе бытового генератора переменного тока, потенциальному потребителю необходимо обращать внимание на:
- Тип ДВС (бензиновый или дизельный).
- Заявленную в сопроводительной документации мощность.
- Тип генератора (синхронный или асинхронный).
- Фазность.
- Блок управления.
- Уровень шума.
househill.ru
Операторы постоянного и переменного тока
Строительные машины и оборудование, справочник
Категория:
Крановщикам и стропальщикам
Операторы постоянного и переменного токаДля чего предназначены электрические генераторы?
Электрические генераторы предназначены для преобразования механической энергии в электрическую. Причем генераторы постоянного тока предназначены для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока, а генераторы переменного тока — для преобразования механической энергии в электрическую энергию переменного тока.
Из каких основных частей состоит генератор постоянного тока?
Генератор постоянного тока состоит из неподвижного статора, к которому привернуты на болтах главг ные и дополнительные полюсы с обмотками, и вращающегося якоря. Корпус неподвижного статора обычно изготовляется из чугуна или стали, а главные полюсы современных машин — из стальных листов, благодаря чему уменьшаются потери мощности от вихревых токов.
Дополнительные полюсы изготовляют массивными.
Якорь генератора состоит нз вала, вращающегося на подшипниках, сердечника, закрепленного на валу, и коллектора, представляющего собой цилиндр из медных пластин, изолированных друг от друга и от вала.
Сердечник якоря — это цилиндр, собранный из отдельных изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В пазах на поверхности сердечника уложена обмотка из медных изолированных проводов, состоящая из отдельных секций, каждая из которых располагается в двух пазах, а выводы от них прнс диняются к двум коллекторным пластинам коллек ра. Обмотка возбуждения делается также из медн изолированных проводов, питается она постоянны током и служит для создания основного магнитног поля.
Для чего служит коллектор генератора постоянног тока?
Коллектор со щетками служит для получения во внешней цепи тока постоянного направления, так как вследствие вращения якоря генератора между полю« сами статора в нем индуктируется электрический ток переменного направления. Кроме того, с помощью: коллектора и щеток вращающаяся обмотка якоря сое диняется с внешней электрической цепью.
Из каких частей состоит генератор переменного тока?
Генератор переменного тока состоит из двух основных частей: из неподвижного статора и вращающегося ротора. Станина неподвижного статора изготовляется из чугуна или стали, а полый цилиндр его для уменьшения вредного влияния вихревых токов собирается из отдельных листов специальной стали. В пазы во внутренней полости полого цилиндра укладывается обмотка из изолированных медных проводов, где индуктируется электрический ток. Причем если генератор трехфазный, то в пазы укладываются три обмотки, сдвинутых одна относительно другой на 120°, при этом ротор генератора при вращении проходит Мимо каждой обмотки через 1/3 оборота.
Ротор генератора состоит из вала, и магнитных полюсов, изготовленных также из листовой электротехнической стали. На магнитные надевают обмотки из изолированных медных проводов, по которым через щетки и кольца пропускают постоянный ток от постороннего источника. Кольца, через которые пропускают ток, сидят на валу, они изолированы как друг от друга, так и от вала.
Как соединяют статорную обмотку трехфазного генератора переменного тока?Статорную обмотку трехфазного генератора переменного тока соединяют звездой и треугольником.
При соединении звездой к началам обмоток генератора ABC присоединяют три линейных провода, идущих к приемнику. Концы обмоток X, V, Z объединяют в узел, называемый нейтралью генератора, или его нейтральной точкой. В четырехпроводной системе к нейтрали генератора присоединяют нейтральный (нулевой) провод. В трехпроводной системе такой провод отсутствует. Напряжение между линейными проводами называется линейным, а между линейным и нейтральным (нулевым) проводом — фазным.
Как показывают измерения, при соединении обмотки статора «в звезду» линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза. Если между линейным и нейтральным (нулевым) проводом напряжение будет 220 В, то между линейными проводами оно составит не 220 В, а 380 В. В промышленности и в строительстве наибольшее распространение получила трехфазная четырех- проводная система с напряжением 380/220 В. Три линейных провода с напряжением между ними 380 В используются для питания электродвигателей, а напряжение между любым линейным проводом и нейтральным (нулевым) проводом, равное 220 В,— для освещения.
Как соединяется обмотка статора трехфазного генератора переменного тока «в треугольник»?
Рис. 1. Схема соединения обмотки генераторав звезду: ЛП — линейный провод; НП — нейтральный провод
Рис. 2. Схема соединения обмотки генератора в треугольник провод
«В треугольник» обмотка статора трехфазного генератора переменного тока соединяется следующим образом: конец первой обмотки X соединяется с началом второй обмотки В, конец второй обмотки V — с началом третьей С и конец третьей обмотки Z — с началом первой А.
Рис. 3. Схема трансформатора
Линейные провода, идущие к приемнику, присоединяются к началам обмоток статора ABC и в то же время к концам соответствующих соседних обмоток Z, X и V (рис. 2).
Вследствие этого фазное напряжение на обмотках генератора одновременно является и линейным напряжением.
Читать далее: Трансформаторы
Категория: - Крановщикам и стропальщикам
Главная → Справочник → Статьи → Форум
stroy-technics.ru
схема и принцип действия устройства переменного тока
Человечество уже больше века использует электричество во всех сферах деятельности. Без него просто невозможно представить себе нормальной жизни. С помощью специальных машин механическая энергия преобразуется в переменный или постоянный ток. Чтобы лучше понять, как это происходит, необходимо разобраться, из чего состоит генератор и как он работает.
Превращение механической энергии в электрическую
В основе работы любого генератора лежит принцип магнитной индукции. Первые электрические машины появились во второй половине XIX века. Их изобретателями стали Майкл Фарадей и Ипполит Пикси. В 1886 году прошла публичная демонстрация альтернатора — устройства, способного вырабатывать ток из механического движения.
Первый трехфазный генератор переменного тока разработал россиянин Доливо-Добровольский. Он же в 1903 году сооружает самую первую на Земле электростанцию промышленного значения, ставшую источником питания для элеватора.
Простейшая схема генератора переменного тока представляет собой проволочную катушку, совершающую вращение в магнитном поле. Альтернативный вариант — когда катушка остаётся недвижима, а её пересекает магнитное поле. В обоих случаях будет вырабатываться электрическая энергия. Пока продолжается движение, в проводнике вырабатывается переменный ток. Генераторы применяются для выработки тока во всем мире. Они являются частью глобальной системы электроснабжения Земного шара.
Конструкция генератора переменного тока
То как устроен генератор, зависит от его назначения, и возможны различные модификации. Однако существуют две основные составляющие:
- Ротор — подвижный элемент, изготовленный из цельного железа.
- Статор — неподвижный, он собирается из изолированных железных листов. Внутри на нём есть пазы, в которых проходит проволочная обмотка.
Чтобы получить наибольшую магнитную индукцию, расстояние между этими частями агрегата должно быть как можно меньшим. Обмотка возбуждения, находящаяся на роторе, питается через систему щёток.
Выделяются два типа конструкции:
- с вращающимся якорем и неподвижным магнитным полем;
- магнитное поле вращается, а якорь остаётся на месте.
Наибольшее применение получили машины с подвижными магнитными полюсами. Гораздо удобнее снимать электричество со статора, нежели с ротора. В целом генератор построен так же, как электродвигатель.
Классификация и виды агрегатов
Агрегаты для преобразования механической энергии в электрическую имеют сходную конструкцию. Они могут различаться принципом действия генератора и обмотки возбуждения:
- независимое возбуждение происходит от аккумулятора;
- источником является генератор постоянного тока;
- источник возбуждения размещается на том же валу, что и основной;
- самовозбуждение выпрямленным током;
- от постоянных магнитов.
По конструкции:
- явно выраженные полюса;
- не выраженные.
По способу соединения обмоток:
- система Тесла;
- звезда;
- треугольник;
- славянка.
В зависимости от количества фаз:
- однофазные;
- двухфазные;
- трехфазные.
Агрегаты постоянного тока устроены таким образом, что механизм для съёма энергии состоит из двух изолированных полуколец, на каждое из которых поступает заряд определённого потенциала. На выходе получается пульсирующий ток одной направленности.
Синхронные генераторы имеют якорь с обмоткой, на которую подаётся постоянный ток. Регулируя его величину, можно изменять силу магнитного поля и контролировать напряжение на выходе. В асинхронных нет обмотки, вместо этого используется эффект намагничивания.
Основные сферы применения
Стоит помнить о том, что обычное электричество в розетках появляется благодаря работе огромных генераторов переменного тока на тепловых электростанциях. Сфера использования этих электрических машин включает в себя все виды деятельности человека:
- используются в качестве резервного источника энергии на объектах, где нельзя допускать перебоев электроснабжения;
- незаменимы в местах, где отсутствуют линии электропередачи;
- бо́льшая часть транспортных средств снабжена генератором, он вырабатывает электричество для бортовой сети;
- питание установок для гидролиза;
- промышленность;
- на атомных и гидроэлектростанциях.
В последнее время всё большую популярность набирают бытовые агрегаты для выработки электроэнергии. Они отличаются компактными размерами и малым потреблением топлива. Могут работать на бензине и на дизеле. Применяются в походных условиях, на даче или как аварийный источник питания.
Изобретение способа получения электричества из механического движения имело эпохальное значение для развития современной цивилизации. Окружающий мир полон загадок, ответы на которые неизвестны, но, возможно, людей ждут и другие важные открытия, способные изменить жизнь.
220v.guru
Принцип работы и устройство генератора переменного тока
В настоящее время для вырабатывания электрической энергии применяются в основном синхронные генераторы. Асинхронные машины используются чаще всего как двигатели.
Генераторы, производящие переменный ток, в общем случае состоят из неподвижной обмотки — статора и подвижной – ротора.
Отличие синхронной машины от асинхронной состоит в том что в первых магнитное поле статора вращается одновременно с движением ротора, а в асинхронных либо опережает либо запаздывает от поля в ротора.
Широкое распространение синхронных машин обусловлено их качественными параметрами. Синхронные генераторы вырабатывают высокостабильное напряжение, пригодное для подключения широкого спектра электроприборов.
При КЗ в нагрузке или большой потребляемой мощности, по обмоткам статора протекает значительный ток, который может привести к выходу генератора из строя. Для таких машин обязательно наличие охлаждения – на вал ротора помещают турбину, охлаждающую всю конструкцию.
В виду этого синхронные генераторы чувствительны к условиям окружающей среды.
Асинхронные генераторы в большинстве случаев имеют закрытый корпус и нечувствительны к большому пусковому току энергопотребителей.
Однако для их работы нужен внешний мощный подмагничивающий ток. В целом асинхронные генераторы вырабатывают нестабильное напряжение. Достаточно широко такие генераторы распространены как источники энергии для сварочных аппаратов.
Синхронные генераторы распространены как преобразователи механической энергии в электрическую на гидростанциях, ТЭЦ, в качестве бытовых бензо- и дизельгенераторов, в качестве бортовых источников энергии на транспорте.
Принцип работы и устройство генератора переменного тока
Рис. 1
Статоры синхронного и асинхронного генератора не отличаются друг от друга по конструкции.
Сердечник статора состоит из нескольких пластин электротехнической стали, изолированных между собой и собранных в единую конструкцию (Рис. 1 ). На пазы с внутренней стороны статора устанавливаются катушки обмоток.
Для каждой фазы обмотка включает в себя две катушки, установленные напротив друг друга и соединенные последовательно. Такая схема обмоток называется двухполюсной.
Всего на статоре установлено три катушечные группы (Рис. 2), со сдвигомв 120 градусов. Фазовые группы соединены между собой в «звездой» или «треугольником». Встречаются катушечные группы с большим числом полюсов. Угол
Рис. 2
сдвига катушки относительно друг друга рассчитывается в общем случае по формуле (2π/3)/n, где n–количество полюсов обмотки.
Ротор генератора представляет собой электромагнит, возбуждающий в статоре переменное магнитное поле. Для малогабаритных генераторов небольшой мощности зачастую на роторе расположены обычные магниты.
Рис. 3
Ротор синхронного генератора нуждается во внешнем возбудителе – генераторе постоянного тока, в простейшем случае установленному на том же валу что и ротор.
Возбудитель должен обеспечивать изменение тока в роторе для регулирования режима работы и возможность быстрого гашения магнитного поля при аварийном отключении.
Роторы различаются на явнополюсные и не явнополюсные. Конструкция явнополюсных роторов (Рис. 3)состоит из полюсов электромагнитов 1, образованных полюсными катушками 2, соединенными с сердечником 3. Возбуждение на обмотку подается через кольцевые контакты 4.
Такие роторы применяются при небольшой частоте вращения, например в гидротурбинах. При более быстром вращении вала, возникают значительные центробежные силы, которые могут разрушить ротор.
В этом случае используют не явнополюсные роторы (Рис. 4). Не явнополюсный ротор содержит пазы 1, образованные в сердечнике 2. В пазах закрепляются роторные обмотки (на Рис. 4 условно не показаны). Внешнее возбуждение также передается через контакты 3. Таким образом, ротор с неявными полюсами представляет собой статор «наизнанку».
Рис. 4
Магнитное двухполюсное поле вращающего ротора можно заменить аналогичным полем постоянного магнита, вращающегося с угловой скоростью ротора. Направление тока в каждой обмотке определяется по правилу буравчика.
Если ток, например направлен от начала обмотки А к точке X, то такой ток будет условно принят за положительный (Рис. 5 ). При вращении ротора в обмотке статора возникает переменный ток, со сдвигом по фазе в 2 π/3.
Рис. 5
Для привязки изменения тока фазы А к графику рассмотрим вращение по часовой стрелки. В начальный момент времени, магнитное поле ротора не создает ток в катушечной группе фазы А, (Рис. 6, положение а).
В обмотке фазы B действует отрицательный (от конца обмотки к началу), а в обмотке фазы С – положительный токи. При дальнейшем вращении ротор сдвигается на 90 градусов вправо (Рис.6, б). Ток в обмотке А занимает максимальное положительное значение, а в фазовых обмотках Bи С – промежуточное отрицательное.
Магнитное поле ротора сдвигается еще на четверть периода, ротор сдвинут на угол в 180 градусов(Рис. 6, в). Ток в обмотке А снова достигает нулевого значения, в обмотке В положительный, в обмотке фазы С – отрицательный.
При дальнейшим вращении ротора в точке фазовый ток обмотке А достигает максимального отрицательного значения, ток в обмотках В и С – положительный (Рис. 6, г). Дальнейшее вращение ротора повторяет все предыдущие фазы.
Рис. 6
Синхронные генераторы предназначены для подключения нагрузки с большим коэффициентом мощности (cosϕ>0.8). При росте индуктивной составляющей нагрузки возникает эффект размагничивания ротора, приводящий к снижению напряжения на выводах.
Для его компенсации, приходится увеличивать ток возбуждения, приводящий к увеличению температуры обмоток. Емкостная нагрузка напротив, увеличивает подмагничивание ротора и увеличивает напряжение.
Однофазные генераторы достаточно мало распространены в промышленности. Для получения однофазного тока фазовые обмотки трехфазного соединяют в общую цепь. При этом возникают небольшие потери по мощности по сравнению с трехфазным включением.
Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
elektronchic.ru
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.
eksin-retail.ru
