Генератор автомобильный устройство и принцип работы: Устройство и принцип работы автомобильного генератора

Содержание

Автомобильный генератор устройство и принцип работы

Функции автомобильного генератора

Автомобильный генератор необходим для того, чтобы превратить механическую работу двигателя в электрическую энергию. Выработанный заряд используется для работы остальных систем автомобиля.

Прибор находится в передней части двигателя. На рынке представлены две основные модели устройства. Это стандартный генератор и его компактная версия. Разница между ними — в габаритах составных элементов. Что касается срока службы прибора, то на нее влияет и мощность аккумулятора транспортного средства, и стиль вождения владельца, и время года, и, наконец, качество сборки самого устройства.

В  генераторе ключевую роль играют статор и ротор
 

Устройство автомобильного генератора и его принцип работы

В устройстве генератора электричества для автомобиля ключевую роль играют статор и ротор. Первый из них представляет собой постоянный магнит, который долго сохраняет заряд. Ротор вращается вокруг этого магнита, тем самым создавая электромагнитное поле на концах обмотки. Выработанное электричество токосъемный узел передает далее — на выпрямитель.

Выпрямитель трансформирует переменный ток ротора в постоянный, который подходит для функционирования других систем транспортного средства. Далее он передает заряд на регулятор напряжения, так как прибор не способен вырабатывать ток одинакового напряжения постоянно, а для функционирования точных механизмов и электронных систем скачки недопустимы. Во время работы устройство ощутимо нагревается. Для его принудительного охлаждения используются две крыльчатки.
 

Режимы работы и прочие тонкости

В автомобильном генераторе — два основных режима работы. В первом режиме он функционирует во время запуска стартера, во втором работает в остальное время. Важно периодически проверять напряжение на выходе прибора. Оно должно составлять 13 — 14 Вольт. Превышение этого предела грозит поломками стартера.

Автомобильный генератор — схема, принцип работы и замена + Видео

Генератор – это электрическая машина, предназначенная для выработки электрической энергии. Генераторы являются основным элементом электроснабжения и обеспечивают бесперебойную работу электрических приемников.

Устройство и принцип работы автомобильного генератора

Генератор состоит из двух основных элементов – это статор и ротор. В статор входит корпус генератора, на котором установлена обмотка статора. Обмотка производится с медной проволоки и выполняется в виде изолированных друг от друга витков по всей окружности стенка статора. Статор выполняется из металла и состоит из двух частей, которые обеспечивают поперечное соединение генератора и его защиту от воздействий окружающей среды.

Ротор, в свою очередь, представляет собой комплекс обмотки, которая уложена в специальные пазы и имеет вал. Вал предназначен для крепления ротора в продольной оси и крепится при помощи двух подшипников на разных частях корпуса статора. На одной из частей вала, во внутренней части статора установлены два контактных кольца с медной пленкой. С наружной части генератора, на валу устанавливается шкив генератора.

 

В нижней части располагаются две железные пластины, скрепленные между собой и между ними, в чередующемся порядке закреплены полупроводниковые элементы – диоды. Также, в статоре укрепляется щеточный узел, чаще всего, в комбинации с реле-регулятором напряжения, щетки которого упираются в контактные кольца вала ротора.

Принцип работы генератора, примерно, следующий. При запуске двигателя, со шкива коленчатого вала через ременную передачу передается вращающий момент не шкив вала генератора. Вал начинает вращение и при помощи полюсов и комплекса обмотки наводит ЭДС (электродвижущую силу) в обмотке ротора. Эта ЭДС передается в виде напряжения переменного тока на щеточный узел. Так как значения напряжения имеют прямопропорциональную зависимость от числа оборотов коленчатого вала, то они не постоянны. Для этого ток выпрямляется при помощи диодного моста на дне генератора и попадает на реле регулятор напряжения, расположенный либо в самом щеточном узле, либо в отдельной части подкапотного пространства.

Таким образом, полученное напряжение выравнивается и становится неизменным.

Данный агрегат обеспечивает питание током бортовую сеть автомобиля, заряжает аккумулятор и снабжает катушку или модуль зажигания достаточным количеством электрической энергии.

Типы и характеристики генератора

Все автомобильные генераторы подразделяются на генераторы постоянного и переменного тока. Изначально, на автомобилях применялся первый вариант, образец которого, впервые был выставлен в 1946 году. На полюсах статора располагается обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле в обмотке ротора. Это поле создает напряжение, которое снимается с контактных колец на валу ротора. Так как данные элементы не подвижны, ток получается постоянным.

Генераторы переменного тока появились в 1954 году. На этот раз магнитное поле возникает в обмотке ротора, которая наводит напряжение в обмотке статора.

Подведение тока осуществляется через щеточный узел и контактные кольца.

 

Характеристики генератора целиком и полностью зависят от бортовой сети автомобиля, мощности двигателя, способа впрыска топлива и множества других параметров. Основными характеристиками любого генератора являются: номинальное напряжение и выходной ток. Как известно, генераторы легковых автомобилей вырабатывают электроэнергию напряжением 14 вольт, однако сила тока может меняться, в зависимости от частоты вращения ротора и имеет определенные максимальные значения. Путем дальнейших преобразований, напряжение снижается до 12 вольт, чтобы обеспечить нормальную работу электрической аппаратуры.

На грузовых автомобилях применяются генераторы, которые выдают 28 вольт. Реле регулятор напряжения позволяет снизить данный параметр до отметок в 24 вольта. Такой генератор имеет большие размеры и массу, по сравнению с генератором для легкового автомобиля. Такое напряжение связано с большим количеством дополнительного оборудования, в том числе, кранового.

Помимо этого, есть ряд определенных генераторов, в которых отсутствует щеточный узел. Напряжение, полученное в результате перемещения магнитного поля, снимается с обмотки статора напрямую. Такие генераторы устанавливались на двигатели: ВАЗ 2112, ВАЗ 2111 и даже ЗМЗ-406. Основным недостатком таких генераторов можно считать повышенный уровень шума и слишком большие габариты, что не позволило им вытеснить щеточные аналоги.

Замена автомобильного генератора

Генератор крепится к двигателю посредством двух болтов, один из которых удерживает агрегат на регулировочной планке, а второй позволяет совершать генератору наклоны для осуществления регулировок. Регулировка предназначена для установки правильного натяжения ремня генератора.

Замена генератора производится в следующем порядке:

  1. Автомобиль можно установить на яму или эстакаду (так удобнее), а можно просто на ровную поверхность. Такой подход зависит от высоты расположения генератора, относительно подкапотного пространства. Клемма аккумулятора должна быть отключена.
  2. В первую очередь выкручивается гайка на регулировочной планке. После этого, ослабляется длинный болт, предназначенный для наклона генератора.
  3. Генератор наклоняют к двигателю автомобиля и снимают ослабевший ремень привода.
  4. После этого, откручивают провода массы со шпильки генератора, а затем вытаскивают штекер с плюсовым проводом.
  5. Теперь выкрутите нижнюю гайку крепления и вытащите длинный болт крепления. После этого генератор демонтируется и на его место устанавливается новый агрегат.
  6. Вставьте длинный болт в нижнее крепление и закрутите гайку, таким образом, чтобы сохранить возможность поворачивать генератор к двигателю.
  7. Вставьте штекер с проводами в специальный разъем, и прикрутите провода массы.
  8. После этого, наденьте ремень привода генератора на шкивы и, вставив небольшую палку между двигателем и генератором, проведите его натяжение, но не слишком тугое. Закрутите гайку крепления регулировочной планки и подтяните нижний болт крепления.

На этом замена генератора завершена. Удачи на дорогах!

Устройство и принцип работы автомобильного генератора


Автомобильный генератор поддерживает в бортовой сети заданное напряжение и выполняет функции по зарядке аккумулятора. Принцип действия генератора основан на переработке механической энергии двигателя в электрическую.

Он и регулятор напряжения вместе образуют генераторную установку автомобиля. На машинах современного производства устанавливаются генераторы переменного тока, наиболее подходящие для использования в автомобилях.

Устройство автомобильного генератора состоит из следующих частей:
корпус, который выполняет и функцию основания, необходимого для статорной обмотки. Он изготавливается из легкосплавного металла. Чаще всего, для этой роли используется дюралюминий. В его конструкции предусмотрены, так называемые «окна», необходимые для охлаждения в процессе работы.

Сзади и спереди, на корпусе, конструктивно предусмотрены подшипники, служащие для крепления ротора;
статорная обмотка из медного провода, которая находится в специальных пазах, специально для этого предусмотренных на сердечнике. Сам сердечник имеет форму круга. Он изготовлен из трансформаторного железа — металла, обладающего повышенными магнитными характеристиками. В соответствии с тремя фазами генератора, на статоре имеется три обмотки, которые образуют форму треугольника. В местах их соединения подключен выпрямительный мост. Провод для фазных обмоток с двойной термоизоляцией, также применяется специализированный лак;
ротор, имеющий на своем валу одну обмотку, выполняет функцию электромагнита. На верхней части обмотки имеется сердечник, выполненный из ферромагнитного материала. Его диаметр на 1,5-2 мм. меньше, чем диаметр в статоре. Имеющиеся на валу кольца, соединенные при помощи графитовых щеток с обмоткой ротора, служат для подачи напряжения на обмотки ротора с реле – регулятора;
реле – регулятор осуществляет регулировку и контроль напряжения на выходе от генератора. Имеет выход к щеткам, устроен в виде электронной схемы. Реле – регулятор может располагаться как на корпусе, так и отдельно от генератора;
выпрямительный мост с шестью диодами прямого тока более 40 Ампер, которые расположены попарно на плюсовом и минусовом токопроводящих основаниях, в соответствии с системой Ларионова. Благодаря этой схеме, на выходе, из трехфазного переменного напряжения получают постоянное.
Принцип работы автомобильного генератора основан на возникновении переменного напряжения под действием магнитного постоянного поля в статорных обмотках, в районе роторного сердечника.

Ротор генератора запускается двигателем посредством ременной передачи. Постоянное напряжение, подаваемое на роторную обмотку, способствует образованию магнитного потока. Сердечник, вращаясь вдоль статорных обмоток, создает в последних ЭДС. Сила магнитного потока зависит от нагрузки с плюсового основания генератора и регулируется при помощи реле-регулятора при уменьшении или увеличении подачи напряжения на щетки.

Поделиться новостью с друзьями:

Похожее

Автомобильный генератор. Устройство и принцип работы генератора

Если сравнить по аналогии с человеческим организмом автомобиль то двигатель внутреннего сгорания станет сердцем, ну а роль нервной системы достанется генератору вкупе с бортовой проводкой. Будет ли двигаться автомобиль без генератора? Будет, но не долго, ровно до тех пор, пока не разрядится аккумуляторная батарея. Вот именно для зарядки аккумулятора и поддержания рабочего напряжения в бортовой сети и служит автомобильный генератор.

 

Устройство генератора автомобиля

 

Строение генератора автомобиля представляет собой совокупность отдельных элементов собранных в одном корпусе.

  1. Корпус генератора является одновременно и основанием для статорной обмотки. Выполнен из легко сплавных металлов (чаще дюралюминий), и имеет «окна» для лучшего охлаждения во время работы. В задней и передней частях корпуса расположены подшипники для крепления на них ротора.
  2. Статорная обмотка генератора выполнена из медного провода и уложена в пазах сердечника. Сердечник выполнен в виде круга и изготавливается из металла с улучшенными магнитными характеристиками (трансформаторное железо). Поскольку генератор автомобиля является трехфазным производителем энергии, поэтому статор имеет три обмотки, соединенные между собой треугольником. В местах соединения фазных обмоток к ним подключается выпрямительный мост. Провод для изготовления фазных обмоток имеет двойную термоустойчивую изоляцию, чаще всего применяется специальный лак.
  3. Ротор представляет собой электромагнит и имеет одну обмотку. Обмотка располагается на валу ротора. Сверху обмотки ротора расположен сердечник из ферро магнитного материала. Диаметр сердечника на 1,5-2 мм меньше диаметра статора. Для подачи напряжения управления с реле-регулятора на обмотки ротора, применяются медные кольца, которые располагаются на валу и соединены с обмоткой ротора посредством графитовых щеток.
  4. Реле-регулятор, выполняет функцию контроля и регулировки напряжения на выходе генератора. Выполнен в виде электронной схемы и имеющий выходы к щеткам. Реле-регулятор может устанавливаться как непосредственно в корпусе генератора, в этом случае регулятор выполняется в одном корпусе со щетками. Или отдельно от генератора, тогда щетки устанавливаются на щеткодержатель.
  5. Выпрямительный мост имеет шесть диодов с прямым током более 40 Ампер. Диоды располагаются на токопроводящих основаниях (плюсовом и минусовом), попарно и соединены по схеме Ларионова. Соединение по этой схеме позволяет на выходе получить постоянное напряжение из трёхфазного переменного. В народе выпрямительный мост именуется «подковой», потому, что токопроводящие основания диодов для удобного расположения в корпусе, имеют вид подковы.

 

Принцип работы автомобильного генератора

В основу работы автомобильного генератора положен принцип порождения переменного электрического напряжения в обмотках статора под воздействием постоянного магнитного поля, которое образуется вокруг сердечника ротора.

Двигатель приводит в действие ротор генератора при помощи ременной передачи. На обмотку возбуждения (ротора) подается постоянное электрическое напряжение, достаточное для образования магнитного потока. При вращении сердечника вдоль обмоток статора, в последних наводится ЭДС. Сила магнитного потока регулируется реле-регулятором, увеличением или уменьшением подаваемого напряжения на щетки, и зависит от нагрузки, снимаемой с плюсовой клеммы генератора. Напряжение на выходе генератора колеблется в пределах 13,6 в летнее время и 14,2 в зимний период (для реле-регуляторов у которых имеется встроенный контроль температуры окружающего воздуха). Такого напряжения достаточно для дозаряда аккумулятора и поддержания его в заряженном состоянии. Бортовая сеть так же питается от клеммы генератора автомобиля и включена параллельно аккумулятору.

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Принцип работы и устройство автомобильного генератора

Генератор входит в электрическую систему любого автомобиля. Его задача – преобразование механической работы в электроэнергию, необходимую для питания всех электрических систем. Автомобильный генератор должен отвечать следующим условиям:

  1. Его характеристики должны быть подобраны так, чтобы при любом режиме движения они позволяли превышать прогрессивную разрядку аккумулятора.
  2. Выдаваемое напряжение должно оставаться стабильным в широком диапазоне частоты вращения генератора, чтобы не повредить устройства бортовой сети автомобиля.


Принцип работы генератора и его конструктивные узлы одинаковы на всех автомобилях, эти устройства различаются только выходными параметрами, размерами и надежностью, которая зависит от качества изготовления.

Теоретические основы

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Если взять катушку с проводом и присоединить к ней гальванометр (чувствительный амперметр для фиксации малых значений силы тока), замкнув проводник, и поднести к ней магнит, в ней возникнет электрический ток, что и покажет гальванометр.

При этом учитывайте, что ток возникает в тех случаях, когда магнит движется, причем, при его приближении ток идет в одну сторону, а при удалении – в другую, что и фиксирует стрелка гальванометра. Из этого можно сделать выводы об условиях, необходимых для возникновения электрического тока:

  • требуется замкнутый проводник с большим количеством витков;
  • он должен попасть в переменное магнитное поле, которое нарастает при приближении магнита и уменьшается при его удалении;
  • ток, возникший при увеличении магнитного поля, будет противоположен току, возникающему при его уменьшении.

Чтобы обеспечить постоянное изменение магнитного поля, пронизывающего катушку с проводником, его можно просто вращать, добившись изменения направления тока, равного частоте вращения магнита, поскольку к ней будут поочередно приближаться то южный, то северный полюс магнита. Эта принципиальная система и лежит в основе устройства генератора переменного тока.

Конструкция и принципы функционирования

Устройство генератора автомобиля намного сложнее, чем принципиальная схема, воспроизводящая суть явления электромагнитной индукции. Из специальных стальных пластин набирается конструкция с пазами, в которые укладываются катушки с проводниками, соединяемые в единую электрическую цепь. Это называется обмоткой статора, если внутри нее начать вращения магнита, на контактах его цепи появится напряжение. Величина этого напряжения будет напрямую зависеть от силы магнита и скорости его вращения.

Устройство ротора

Чтобы избавиться от этого негативного эффекта, ведь автомобильный генератор переменного тока должен выдавать напряжения в строго определенных параметрах, вместо постоянного магнита в статор устанавливают электромагнит. Он представляет собой стальной сердечник с намотанным медным проводом, через который пропускается электрический ток. В этом случае сердечник превращается в магнит, сила которого зависит от величины тока, пропускаемого через провод. Обмотка подключается к аккумулятору через медные кольца и графитовые щетки, один контакт через замок зажигания присоединяется к плюсовой клемме, а второй – через массу к минусовой. Для придания магнитному полю нужного направления обмотка помещается в шестиполюсные сердечники. Этот элемент называется ротор и помещается вовнутрь сердечника.

При замыкании цепи через ключ зажигания через обмотку проходит электрический ток, сердечник намагничивается, создавая достаточно мощное магнитное поле. Но, поскольку работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции, ротор должна вращать сторонняя сила. Для этого он присоединяется к коленчатому валу двигателя. Ось ротора устанавливается на подшипники на передней и задней крышках генератора, чтобы он мог свободно вращаться.

В заднюю крышку монтируется узел со щетками и реле регулятора напряжения генератора, а также диодный мост, к которому подключена обмотка статора. Диодный мост в генераторе нужен, чтобы преобразовать переменный ток, получаемого на статоре в постоянный.

Принцип работы диодного моста состоит в том, что группа диодов, находящихся в нем, пропускает ток только в одном направлении, выравнивая его характеристики, в результате на выходе получается постоянный ток с напряжением 12 В, который подается на выводной контакт. Щетки поджимаются мягкими пружинками к кольцам ротора для поддержания постоянного контакта.

Интегральный регулятор напряжения, который устанавливается сверху на щеткодержатель, снижает ток от замка зажигания, что приводит к снижению напряжения в обмотке статора при увеличение оборотов двигателя и частоты вращения ротора.

Получение электрического тока

Назначение генератора – в обеспечении всех электрических систем автомобиля энергией. Чтобы в обмотке статора появился электрический ток, ротор должен создавать переменное магнитное поле, вращаясь внутри статора. Для этого используется энергия вращения коленчатого вала двигателя.

На вал ротора устанавливают клинообразный шкив, надежно закрепленный гайкой. Он соединяется с подобным шкивом на коленвале ременной передачей. Ранее для этого использовался вспомогательный ролик, теперь же используется только два шкива с поликлиновым ремнем. Ротор, вращаясь вместе с валом двигателя, создает магнитное поле, на статоре возбуждается напряжение, питающее все элементы системы автомобиля.

На современных автомобилях в шкиве ротора появилась обгонная муфта генератора. Она позволяет существенно продлить срок службы этого устройства и его приводного ремня. При разгоне и торможении, на холостом ходу, двигатель работает под различными нагрузками, поэтому частота вращения коленчатого вала будет отличаться. Если он резко замедляется, то вал генератора будет по инерции пытаться вращаться с прежней скоростью, что приведет к рывку на ремне и негативно скажется на механическом состоянии всей системы. При постоянном повторении такой ситуации ремень очень скоро, как правило, через 20 тыс. км, просто разорвется.

Обгонная муфта в шкиве генератора состоит и внутренней и внешней обоймы. Внешняя присоединена через ремень к коленвалу, а внутренняя – к валу ротора. В момент резкого замедления вала она проскальзывает и ротор продолжает вращаться по инерции, в то же время подклинивающие элементы не дают ей проскальзывать, когда частота вращения вала увеличивается. В этом устройство и принцип действия генератора постоянного тока на автомобиле схожи с обычным велосипедом, когда при вращении педалей заднее колесо раскручивается, а при их остановке продолжает вращаться по инерции. Теперь ремни генераторов ходят по 100 тыс. км и более.

Реле регулятора напряжения

Интегральный регулятор напряжения необходим, чтобы в бортовую сеть подавалось напряжение, соответствующее ее номинальным параметрам. Устройство простейшего генератора таково, что при увеличении частоты вращения скорость изменения магнитного потока ротора пропорционально увеличивается, как и выходное напряжение. Если этим процессом не управлять, то напряжение достигнет той величины, при которой все бортовые системы выйдут из строя.

Принцип работы реле регулятора генератора состоит в том, что при увеличении частоты вращения статора, оно через специальный датчик, присоединенный к цепи статора, отслеживает опасное увеличение напряжения. При помощи механической или электронной системы управления контактами, реле уменьшает ток, подаваемый на обмотку ротора, в результате чего увеличение частоты компенсируется снижением силы магнитного поля, и значение напряжения остается в норме.

Видео: Как работает генератор простыми словами


Помимо описанных ключевых элементов асинхронного электродвигателя, в его конструкцию также входит вентилятор для охлаждения обмоток, клеммная коробка и вал, передающий генерируемое вращение на рабочие механизмы оборудования, работа которого обеспечивается данным двигателем.

Работа асинхронных электрических двигателей основывается на законе электромагнитной индукции, утверждающем, что электродвижущая сила может возникнуть лишь в условиях разности скоростей вращения ротора и магнитного поля статора. Таким образом, если бы эти скорости были равны, ЭДС не могла бы появиться, но воздействие на вал таких «тормозящих» факторов, как нагрузка и трение подшипников, всегда создает достаточные для работы условия.

Синхронные

Конструкция синхронных электродвигателей переменного тока несколько отлична от устройства асинхронных аналогов. В этих машинах ротор крутится вокруг своей оси со скоростью, равной скорости вращения магнитного поля статора. Ротор или якорь этих устройств тоже оснащается обмотками, которые одними концами подключены друг к другу, а другими – к вращающемуся коллектору. Контактные площадки на коллекторе смонтированы так, что в определенный момент времени возможна подача питания через графитовые щетки лишь на два противоположных контакта.

Принцип работы синхронных электродвигателей:

  1. При взаимодействии магнитного потока в обмотке статора с током ротора возникает вращающий момент.
  2. Направление движения магнитного потока изменяется одновременно с направлением переменного тока, благодаря чему сохраняется вращение выходного вала в одну сторону.
  3. Настройка нужной частоты вращения осуществляется регулировкой входящего напряжения. Чаще всего, в быстроходном оборудовании, например, перфораторах и пылесосах, эту функцию выполняет реостат.

Чаще всего причинами выхода синхронных электродвигателей из строя является:

  • износ графитовых щеток или ослабление прижимной пружины;
  • износ подшипников вала;
  • загрязнение коллектора (чистится наждачной бумагой или спиртом).

История изобретения

Изобретение простейшего способа преобразования энергии из электрической в механическую принадлежит Майклу Фарадею. В 1821 году этот великий английский ученый провел эксперимент с проводником, опущенным в сосуд с ртутью, на дне которого лежал постоянный магнит. После подачи электричества на проводник он приходил в движение, вращаясь соответственно силовым линиями магнитного поля. В наши дни этот опыт часто проводят на уроках физики, заменяя ртуть рассолом.

Дальнейшее изучение вопроса привело к созданию Питером Барлоу в 1824 году униполярного двигателя, названного колесом Барлоу. В его конструкцию входят два зубчатых колеса из меди, расположенных на одной оси между постоянными магнитами. После подачи тока на колеса, в результате его взаимодействия с магнитными полями, колеса начинают вращаться. Во время опытов ученый установил, что направление вращения можно изменить, поменяв полярность (перестановкой магнитов или контактов). Практического применения «колесо Барлоу», но сыграло важную роль в изучении взаимодействия магнитных полей и заряженных проводников.

Первый рабочий образец устройства, ставшего прародителем современных двигателей, был создан русским физиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Принцип использования вращающегося ротора в магнитном поле, продемонстрированный в этом изобретении, практически в неизменном виде применяется современных двигателях постоянного тока.

А вот создание первого двигателя с асинхронным принципом работы принадлежит сразу двум ученым – Николе Тесла и Галилео Феррарис, по удачному стечению обстоятельств продемонстрировавшим свои изобретения в один год (1888). Через несколько лет двухфазный бесколлекторный двигатель переменного тока, созданный Николой Тесла уже использовался на нескольких электростанциях. В 1889 году русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский усовершенствовал изобретение Теслы для работы в трехфазной сети, благодаря чему смог создать первый асинхронный двигатель переменного тока мощностью более 100 Вт. Ему же принадлежит изобретение используемых сегодня способов подключения фаз в трехфазных электродвигателях: «звезда» и «треугольник», пусковых реостатов и трехфазных трансформаторов.

Подключение к однофазным и трехфазным источникам питания

По типу питающей сети электродвигатели переменного тока классифицируют на одно- и трехфазные.

Подключение асинхронных однофазных двигателей осуществляет очень легко – для этого достаточно подвести к двум выходам на корпусе фазный и нулевой провод однофазной 220В сети. Синхронные двигатели тоже можно запитывать от сети данного типа, однако подключение немного сложнее – необходимо соединить обмотки ротора и статора так, чтобы их контакты однополюсного намагничивания были расположены напротив друг друга.

Подключение к трехфазной сети представляется несколько более сложным. В первую очередь, следует обратить внимание, что клеммная коробка содержит 6 выводов – по паре на каждую из трех обмоток. Во-вторых, это дает возможность использовать один из двух способов подключения («звезда» и «треугольник»). Неправильное подключение может привести в поломке двигатель от расплавления обмоток статора.

Главное функциональное отличие «звезды» и «треугольника» заключается в различном потреблении мощности, что сделано для возможности включения машины в трехфазные сети с различным линейным напряжением — 380В или 660В. В первом случае следует соединять обмотки по схеме «треугольник», а во втором – «звездой». Такое правило включения позволяет в обоих случаях иметь напряжение 380В на обмотках каждой фазы.

На панели подключения выводы обмоток располагаются таким образом, чтобы перемычки, используемых для включения, не перекрещивались между собой. Если коробка выводов двигателя содержит только три зажима, значит, он рассчитан для работы от одного напряжения, которое указано в технической документации, а обмотки соединены между собой внутри устройства.

Преимущества и недостатки электрических двигателей переменного тока

В наши дни среди всех электродвигателей устройства для переменного тока занимают лидирующую позицию по объему использования в силовых установках. Они обладают низкой себестоимостью, простой в обслуживании конструкцией и КПД не менее 90%. Кроме того, их устройство позволяет плавно изменять скорость вращения, не прибегая к помощи дополнительного оборудования вроде коробок передач.

Главным недостатком двигателей переменного тока с асинхронным принципом работы является тот факт, что регулировать их частоту вращения вала можно только изменяя входную частоту тока. Это не позволяет добиться постоянной скорости вращения, а также снижает мощность. Для асинхронных электродвигателей характерны высокие пусковые токи, но низкий пусковой момент. Для исправления этих недостатков применяется частотный привод, однако его цена противоречит одному из главных достоинств этих двигателей – низкой себестоимости.

Слабым местом синхронного двигателя является его сложная конструкция. Графитовые щетки довольно быстро выходят из строя под нагрузкой, а также теряют плотный контакт с коллектором из-за ослабления прижимной пружины. Кроме того, эти двигатели, как и асинхронные аналоги, не защищены от износа подшипников вала. К недостаткам также относится более сложный пуск, необходимость наличия источника постоянного тока и исключительно частотная регулировка частоты вращения.

Применение

На сегодняшний день электродвигатели со спецификацией на переменный ток распространены во всех сферах промышленности и жизнедеятельности. На электростанциях они устанавливаются в качестве генераторов, используются в производственном оборудовании, автомобилестроении и даже бытовой технике. Сегодня в каждом доме можно встретить как минимум одно устройство с электрическим двигателем переменного тока, например, стиральную машину. Причины столь большой популярности заключаются в универсальности, долговечности и легкости обслуживания.

Среди асинхронных электрических машин наибольшее распространение получили устройства с трехфазной спецификацией. Они являются наилучшим вариантом для использования во многих силовых агрегатах, генераторах и высокомощных установках, работа которых связана с необходимостью контроля скорости вращения вала.

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

  1. Функции генератора
  2. Виды генераторов
  3. Устройство генератора переменного тока
  4. Корпус
  5. Привод
  6. Ротор
  7. Статор
  8. Выпрямительный блок или диодный мост
  9. Регулятор напряжения
  10. Щеточный узел
  11. Принцип работы
  12. Параметры генератора
  13. Мощность автогенератора
  14. Основные неисправности
  15. Механические неисправности
  16. Электрические неисправности

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

  • привод со шкивом, подшипниками и валом;
  • ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
  • статор с сердечником и обмоткой;
  • корпус, состоящий из двух крышек;
  • регулятор напряжения;
  • выпрямительный блок или диодный мост;
  • щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Диодный мост

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

http://topmekhanik.ru/kak-rabotaet-generator-avtomobilya/
http://tokidet.ru/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/ustroystvo-motora-peremennogo-toka.html
http://techautoport.ru/elektrooborudovanie-i-elektronika/istochniki-pitaniya/generator.html

Устройство и принцип работы автомобильного генератора JMC

  1. Статьи

Основным назначением генератора любого автомобиля является преобразование механической энергии, получаемой от двигателя, в электрическую. Практически все грузовые и легковые автомобили, в том числе и марки JMC, оборудованы генераторами переменного тока.

Какие требования предъявляются генератору JMC

  1. Генератор должен вырабатывать такое напряжение, чтобы на любых режимах работы автомобиля не происходил разряд аккумуляторной батареи;
  2. Напряжение в электросети автомобиля, которое создаёт генератор, должно быть стабильным в независимости от частоты вращения двигателя и его нагрузки.

Последнее требование объясняется тем, что аккумулятор чувствителен к изменениям напряжения в сети. Из-за низкого напряжения батарея недостаточно заряжается, в результате чего происходит затрудненный запуск двигателя, а из-за высокого напряжения наоборот происходит перезаряд батареи, и её рабочий ресурс и срок эксплуатации уменьшается.

Конструктивное устройство и принцип работы генератора одинаков для любой автомобильной техники, различия могут проявиться: по качеству изготовления, расположением присоединительных узлов и в габаритах устройства.

Основные составные части генератора JMC

  1. Шкив – передаёт механическую энергию при помощи ремня от двигателя к валу генератора. На автомобилях марки JMC шкив под клиновой ремень;
  2. Корпус генератора состоит из 2-х частей (крышек): передняя (где находится сам шкив) и задняя (где находятся все контакты подключения, электрическая часть и т.д.). Также на этих крышках находятся кронштейны крепления к двигателю, а внутри расположены подшипники (передний и задний) на которых вращается вал ротора. Также в задней крышке находится щеточный узел, диодный мост, регулятор напряжения и фишка подключения к системе электрооборудования. На автомобилях марки JMC ещё дополнительно установлен вакуумный насос, назначение которого, создание вакуума, необходимого для правильной работы вакуумного усилителя тормозов.
  3. Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками треугольной формы, между которыми расположена обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. В основном генераторы оборудованы медными контактными кольцами цилиндрической формы;
  4. Статор — имеет форму трубы и состоит из стальных пластин. В его пазах размещена трехфазная обмотка, в которой образуется мощность генератора;
  5. Диодный мост — состоит из шести мощных диодов, запрессованных по 3 в положительный и отрицательный теплоотводы;
  6. Реле – обеспечивает напряжением всю электросеть автомобиля в необходимых пределах при изменении скорости вращения ротора генератора, температуры окружающей среды и электрической нагрузки;
  7. Щеточный узел – съемный пластиковый элемент. В нём установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора. Щетки генератора на автомобиле JMC можно поменять отдельно. На автомобилях марки JMC реле — регулятор напряжения идёт в сборе с щётками и диодным мостом, номинальным током 80 Ампер.
  8. Защитная крышка диодного модуля – (может присутствовать, или отсутствовать в зависимости от модели).

Отдельные элементы генератора состоят также из нескольких элементов.

Ротор генератора

  1. вал ротора;
  2. полюса ротора;
  3. обмотка возбуждения;
  4. контактные кольца.

Статор генератора

  1. обмотка статора;
  2. выводы обмоток;
  3. магнитопровод.

Диодный мост

  1. силовые диоды;
  2. дополнительные диоды;
  3. теплоотвод.

Причины неисправности генератора и их устранение.

Генератор для двигателя автомобиля — это как мини электростанция, которая заряжает энергией всю бортовую сеть, включая аккумулятор (АКБ).

Неисправность генератора может привести к полной разрядке АКБ, в результате чего вы не сможете завести двигатель.

Можно выделить основные причины плохого запуска двигателя, стартер плохо крутит, если:

  • АКБ старая либо неисправная и не держит зарядку;
  • Провода АКБ обеспечивают ненадежный контакт, например, из-за окисления клемм;
  • Отсутствие, либо плохой контакт массы двигателя с кузовом;
  • Генератор не вырабатывает необходимый заряд;
  • Слабое натяжение приводного ремня, из-за чего ротор генератора крутится не в полную силу, и тем самым при нагрузке ремень проскальзывает.

Итак, приведём самые распространенные примеры поломки генератора JMC:

  • Обрыв проводов питания к узлу;
  • Пробой диодного моста;
  • Реле регулятор напряжения генератора неисправен;
  • Замыкание (перегорание, обрыв) роторной или статорной обмотки;
  • Износ переднего, либо заднего подшипника вала ротора;
  • Износ или поломка щёток генератора.

Меры предосторожности и правила безопасности при проверке

Чтобы не повредить генератор и его составные части, нужно фиксировать в процессе разборки и диагностики осуществляемые действия, и быть предельно внимательным.

Запрещено:

  • Проверять генератор «на искру» — с помощью короткого замыкания.
  • Соединять клемму «30» (символ «В+») с клеммой 67 («D+») или «массой».
  • Оставлять генератор в работающем состоянии при отключении его от АКБ.
  • При напряжении выше 12 В. проверять вентили генератора.

Не запрещено:

  • Использовать для проверки вольтметр или амперметр.
  • Отключайте контакты от генератора и АКБ, если собираетесь осуществлять сварочные работ на кузове автомобиля.
  • Меняя проводку в системе генератора, подбирайте её с таким же сечением и длиной, как у оригинальных проводов.

Перед проверкой генератора осмотрите состояние всех соединений и клемм, а также правильное натяжение ремня генератора. При нажатии на середину ремня его просадка не должна превышать 10-15 мм.

Мастерская Всполье — Устройство и принцип работы генератора скутера

Не искушенному в электрических делах обывателю — генератор скутера может показаться очень сложным девайсом. Отчасти это верно: электрический ток — вещь глазу не видимая и, если механические неисправности мы можем увидеть или пощупать, то об неисправностях в электрике скутера мы можем только догадываться или выявить их с помощью специальных измерительных устройств.

Впрочем, «не Боги горшки обжигают» и если у человека есть к чему-то желание, то эта статья будет неплохим подспорьем, а тем кто ничего не хочет — не стоит и продолжать.

Генератор скутера относится к генераторам маховичного типа с возбуждением от постоянных магнитов. Данный тип генераторов применяется на подавляющем большинстве скутеров, а также мопедов и малокубатурных мотоциклов.

Обозначение основных элементов генератора

Генератор скутера состоит из ротора (по-колхозному — «якорь») и статора. Ротор устанавливается непосредственно на коленчатый вал и во время работы двигателя ротор совершает вращательные движения вокруг катушек статора

Статор крепится непосредственно к картеру двигателя. И при работе двигателя остается неподвижным. Статор представляет собой металлическую основу выполненную из нескольких пластин специального трансформаторного железа. На основании статора есть специальные выступы (катушки) поверх которых в строго определенном порядке намотан медный провод — образующий собой обмотки генератора.

В зависимости от модели генератора — обмоток может быть две или три. На генераторе представленном ниже — обмоток три: питающая, управляющая и высоковольтная

На внутренней поверхности ротора установлены постоянные магниты. Магниты имеют разную полярность. В стоке магниты закрыты крышкой, если ее снять, то их можно увидеть

Каждый из магнитов образует вокруг себя статическое (постоянное) магнитное поле. В свою очередь — поле каждого магнита будет разное: синее — отрицательное («север»), красное — положительное («юг»)

Если вложить статор в ротор таким образом как это сделано на двигателе, то мы увидим, что катушки статора будут находится в магнитном поле расположенных рядом с ними магнитов.

После того как мы запустим двигатель — магниты ротора начнут вращаться вокруг катушек статора. Во время вращения ротора к катушкам, которые всегда стоят неподвижно будут подходить разные по своей полярности магниты и поле в котором находятся катушки будет меняться с очень большой скоростью. За счет быстрой смены магнитных полей в катушках генератора возникнет магнитная индукция и генератор начнет вырабатывать электрический ток.

Ток — это хорошо. Но ток генератора с возбуждением от постоянных магнитов величина непостоянная и напрямую зависит от оборотов двигателя: чем выше обороты двигателя тем чаще меняется поле катушек — индукция нарастает как следствие растет напряжение в катушках. Вот и получается, что на холостых оборотах двигателя напряжение генератора будет 8-10V, а на максимальных 60-70V.

Чтобы стабилизировать напряжение генератора до заданных пределов в систему энергообеспечения скутера внедрили специальный модуль регулирующий напряжения генератора. Он так и называется: реле-регулятор генератора.

Принцип работы реле-регулятора очень простой: на статоре генератора есть три обмотки: питающая, высоковольтная и управляющая. Питающая обмотка является основной и предназначена для питания лампочек, звукового сигнала и зарядки аккумуляторной батареи.

Управляющая обмотка является вспомогательной и в случае повышения напряжения в питающей обмотке — реле-регулятор подает напряжение на управляющую обмотку — индукция сбивается и как следствие падает напряжение в питающей обмотке генератора.

При понижении напряжения происходит обратное: реле-регулятор прекращает подачу тока на управляющею обмотку, индукция восстанавливается, напряжение в питающей обмотке возрастает.

Управляющая и вспомогательная обмотка генератора намотана на одни и те же катушки.

Высоковольтная обмотка намотана на отдельные катушки или катушку. Высоковольтная катушка нужна для формирования искры на свече зажигания и отношение к генератору имеет лишь от части. Скорее, она относится к системе зажигания, а это отдельный модуль и к работе генератора он имеет мало отношения.

Еще одним вспомогательным модулем генератора является нагрузочный резистор. Он нужен для того, чтобы генератор не работал без нагрузки. Для устройств обеспечивающих генерацию тока — работа без нагрузки смерти подобна. Конструкторы заранее предусмотрели эту вероятность и чтобы исключить работу генератора вхолостую немного подгрузили питающую обмотку на резистор.

Помимо вышеописанных элементов в систему энергообеспечения скутера внесен датчик зажигания, который, в нужный момент обеспечивает формирование искры на свече зажигания.

Данный модуль представляет из-себя тот же самый генератор только в миниатюре и и работает он точно по такому же принципу

На внешней стороне ротора есть небольшой магнитик в виде прямоугольного выступа. Этот магнит точно также как и его большие собратья формирует вокруг себя постоянное магнитное поле, а что происходит дальше вы уже наверное догадались: во время работы двигателя поле проходит через катушку датчика и в нем генерируется небольшой ток, который идет напрямую к коммутатору управляя в нем моментом искрообразования.

Оригинал статьи…

Принцип работы автоматического регулятора напряжения | by Starlight Generator

Регулятор напряжения лежит в основе устройств, часто называемых стабилизаторами мощности. Типичный стабилизатор напряжения представляет собой автоматический регулятор напряжения в сочетании с одной или несколькими другими функциями обеспечения качества электроэнергии, такими как:

1) Подавление перенапряжения

2) Защита от короткого замыкания (автоматический выключатель)

3) Снижение шума в линии

4) Баланс междуфазного напряжения

5) Фильтрация гармоник и т. Д.

Стабилизаторы мощности обычно используются в системах с низким напряжением (<600 В) и мощностью менее 2000 кВА.

В общем, автоматический регулятор напряжения переменного тока (АРН) представляет собой устройство, предназначенное для автоматического регулирования напряжения, то есть для того, чтобы принимать колеблющийся уровень напряжения и превращать его в постоянный уровень напряжения.

Принцип работы АРН

Регулятор напряжения — это регулирующее устройство, которое регулирует выходное напряжение генератора в заданном диапазоне.Его функция состоит в том, чтобы автоматически контролировать напряжение генератора и поддерживать его постоянным при изменении скорости вращения генератора, чтобы предотвратить слишком высокое напряжение генератора, чтобы сжечь электрооборудование и вызвать перезарядку аккумулятора. В то же время он также предотвращает слишком низкое напряжение генератора, которое может привести к неисправности электрооборудования и недостаточному заряду аккумулятора.

Поскольку передаточное отношение генератора к двигателю фиксировано, частота вращения генератора будет изменяться с изменением частоты вращения двигателя.Электропитание генератора к электрическому оборудованию и зарядка аккумулятора требуют, чтобы его напряжение было стабильным, поэтому необходимо регулировать выходное напряжение генератора, если напряжение в основном поддерживается на определенном уровне.

Регулятор синхронного генератора, который поддерживает напряжение синхронного генератора на заданном уровне или изменяет напряжение на клеммах в соответствии с планом.

При изменении напряжения на клеммах и реактивной мощности синхронного двигателя выходной ток возбудителя автоматически регулируется в соответствии с соответствующим сигналом обратной связи для достижения цели автоматического регулирования напряжения на клеммах или реактивной мощности синхронного двигателя.

По принципу работы регулятор напряжения генератора подразделяется на:

1. Регулятор напряжения контактного типа

Регулятор напряжения контактного типа применялся ранее, частота колебаний контакта регулятора низкая, есть механическая инерция и электромагнитная инерция, точность регулирования напряжения низкая, контакт легко искры, большие радиопомехи, низкая надежность, короткий срок службы теперь устранены.

2.Транзисторный регулятор

С развитием полупроводниковой технологии был принят транзисторный регулятор. Преимущества — высокая частота переключения триода, отсутствие искр, высокая точность настройки, малый вес, небольшой объем, длительный срок службы, высокая надежность, небольшие радиопомехи и т. Д. Сейчас он широко используется в автомобилях среднего и низкого класса.

3. Ic-регулятор (стабилизатор интегральной схемы)

Помимо преимуществ транзисторного регулятора, стабилизатор интегральной схемы имеет сверхмалые размеры и устанавливается внутри генератора (также известного как встроенный в регуляторе), что уменьшает внешнюю проводку и улучшает охлаждающий эффект.Сейчас он широко используется в автомобилях Santana, Audi и других моделях.

4. Регулятор с компьютерным управлением

После того, как детектор электрической нагрузки измеряет полную нагрузку системы, на компьютер генератора отправляется сигнал, затем регулятор напряжения генератора управляется компьютером двигателя, и цепь магнитного поля включается и выключается своевременно, тем самым надежно обеспечивая нормальную работу электрической системы, аккумулятор полностью заряжен и может снизить нагрузку на двигатель и улучшить экономию топлива.Такие регуляторы используются на автомобильных генераторах, таких как Shanghai Buick и Guangzhou Honda.

Как работает электрическая система автомобиля? Разъяснил

Электрооборудование автомобиля:

Электрооборудование автомобиля состоит из множества компонентов. К ним относятся генераторы, жгут проводов, разъемы и многое другое. Со временем электрическая система получила обновления, улучшения и дополнения. Это происходит главным образом потому, что количество компонентов, работающих от электроэнергии, увеличилось, и, следовательно, существенно увеличилось потребление энергии.

Электрическая система автомобиля: цепь зарядки

Основная функция электрической системы — генерировать, накапливать и подавать электрический ток в различные системы автомобиля. Он управляет электрическими компонентами / деталями в транспортных средствах. Эти компоненты включают несколько электрических датчиков, цифровые устройства, электрические стеклоподъемники, механизмы центрального замка и многое другое.

Большинство компонентов автомобилей предыдущего поколения были преимущественно механическими по характеру и принципу действия. Со временем эти компоненты начали работать электрически / электронно, утратив свою чисто механическую функцию, которую использовали более ранние автомобили.В настоящее время большинство автомобильных систем имеют электрическую функцию для простоты эксплуатации и точного управления. Даже более совершенные системы рулевого управления, такие как рулевое управление с электроусилителем (EPAS), также работают от электроэнергии. Следовательно, инженеры почувствовали потребность в постоянстве выработки электроэнергии. Таким образом, они использовали различные механизмы для эффективного генерирования, регулирования, хранения и подачи электрического тока в автомобили.

Отрицательная Земля:

В автомобилях предыдущего поколения в своей электрической системе в основном использовалось положительное заземление.В этой системе положительная клемма аккумулятора была прикреплена к шасси, а отрицательная клемма была под напряжением. Однако позже эта система была снята с производства. Сегодня современные автомобили используют отрицательную землю в своей электрической системе. Как правило, в большинстве автомобилей используется электрическая система на 12 В. Тем не менее, некоторые маленькие велосипеды по-прежнему используют систему 6 вольт, тогда как некоторые коммерческие автомобили используют систему 24 вольт.

Электрооборудование автомобиля состоит из следующих основных компонентов:

  1. Магнето
  2. Генератор
  3. Генератор
  4. Отключение / регулятор напряжения
  5. Аккумулятор

Электрооборудование автомобиля: Магнето

Магнето — электрическое устройство, генерирующее периодические импульсы переменного тока.Однако в нем используются постоянные магниты. У магнето нет «коммутатора», который вырабатывает постоянный ток (DC), как у динамо. Производители относят магнето к генератору переменного тока. Однако он отличается от других генераторов переменного тока, в которых вместо постоянных магнитов используются катушки возбуждения.

Электрическая система автомобиля: Магнето

Раньше во многих устройствах использовались магнито-генераторы с ручным приводом, которые вырабатывали электрический ток. Позже производители автомобилей использовали магнето для создания импульсов высокого напряжения в системах зажигания некоторых бензиновых двигателей.Эти импульсы были ответственны за подачу электрического тока к свечам зажигания.

Магнето состоит из следующих частей:

  1. Набор постоянных магнитов
  2. Катушка
  3. Коленчатый механизм (обычно удар мотоцикла)

Таким образом, магнето преобразует механическую энергию двигателя в электрическую, чтобы двигатель работал бесперебойно. Напряженность магнитного поля Магнето постоянна. Основное преимущество магнето в том, что его выход стабильный независимо от колебаний нагрузки.Однако, если двигатель останавливается, ему снова требуется внешний вход для перезапуска.

Сегодня использование таких магнето для зажигания очень ограничено. Однако немногие мотоциклы, маленькие велосипеды и квадроциклы все еще используют магнито-систему. Главное преимущество этой системы — уменьшенный вес. Изначально вам понадобится вход от аккумуляторной батареи для запуска двигателя. Затем магнито вырабатывает электрическую энергию за счет ввода механической энергии.

Электрооборудование автомобиля: Динамо-генератор

Динамо-генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.Он подает электроэнергию для зарядки аккумуляторной батареи автомобиля. Генератор получает привод от двигателя, обычно через ремень вентилятора. В автомобилях более раннего поколения вы можете увидеть этот тип компоновки. Скорость генератора во многом зависит от скорости двигателя. По мере увеличения частоты вращения двигателя увеличивается и частота вращения генератора. Она в значительной степени меняется в зависимости от частоты вращения двигателя в соответствии с его диапазоном мощности. Однако ситуация требует, чтобы мощность генератора оставалась почти постоянной.

Схема генератора

Еще одно название автомобильного генератора — Dynamo. Кроме того, автомобильный генератор вырабатывает постоянный ток (DC). Это потому, что электрические компоненты нуждаются в постоянном токе для работы. В автомобильной промышленности чаще всего используются генераторы с шунтирующей обмоткой. Первоначально производители использовали генераторы для производства постоянного тока (DC), который другие электрические компоненты / устройства могли напрямую использовать / потреблять. Однако генератор теперь заменен генератором переменного тока, который вырабатывает переменный ток (AC).Затем он преобразуется в постоянный ток (DC) с помощью диодов.

Основные компоненты генератора:

  1. Рама
  2. Якорь
  3. Катушки возбуждения

Электрическая система автомобиля: Генератор

Генератор переменного тока также известен как генератор переменного тока. Это устройство, вырабатывающее переменный ток (AC) вместо постоянного (DC). Следовательно, он известен как генератор переменного тока и работает по тому же принципу. В начале 60-х генератор переменного тока заменил генератор постоянного тока из-за его явных преимуществ перед последним.

Схема генератора: соединение звездой

Однако автомобильная электрическая система использует только постоянный ток. Итак, вам нужен механизм для преобразования переменного тока в постоянный. Генератор преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC) с помощью диодов.

Основные компоненты генератора:

  1. Рама или корпус
  2. Ротор (с электромагнитами)
  3. Статор
  4. Контактное кольцо и втулки

Электрооборудование автомобиля: реле отключения

Механизм отключения регулирует и отключает выходной ток, идущий на батарею.Когда двигатель работает на очень малых оборотах, выходная мощность генератора обычно ниже, чем выходное напряжение аккумуляторной батареи, составляющее 12 вольт. Следовательно, этого недостаточно для зарядки аккумулятора.

Реле отключения

В таком сценарии батарея начинает разряжаться в генератор, потому что напряжение батареи выше, чем выходное напряжение генератора. Чтобы батарея не разряжалась, производители используют регулятор напряжения / выключатель. Он подключает / отключает генератор от аккумуляторной батареи.

Когда выходная мощность генератора ниже напряжения батареи, он отключает генератор от батареи.Напротив, когда выходная мощность выше, он снова подключает генератор к батарее. Таким образом, он предотвращает разрядку аккумулятора при низких оборотах двигателя.

Электрооборудование автомобиля: аккумулятор

Основное назначение батареи — хранить электрическую энергию в форме постоянного тока для будущего использования. Аккумулятор автомобиля или мотоцикла похож на любой другой аккумулятор с двумя полюсами: положительным и отрицательным. Современные автомобили используют технологию отрицательной земли. Положительный полюс представляет Южный полюс, а отрицательный полюс — Северный полюс.Положительный вывод обычно больше в диаметре, чем отрицательный вывод. Это сделано для предотвращения его неправильной установки.

В электромобилях

используются более совершенные литий-ионные или литий-ионные батареи. Эти батареи могут хранить больше тока и требовать меньше времени для зарядки по сравнению с обычными батареями. Литий-ионные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии и низкими характеристиками саморазряда. Следовательно, они предлагают долгие часы работы, прежде чем потребуется подзарядка.

Bosch, Denso, Lucas и Motherson Sumi — некоторые из поставщиков автомобильных электрических систем для транспортных средств.

Посмотрите, как работает бортовая сеть автомобиля:

Читайте дальше: здесь электрическая дорога

О CarBikeTech

CarBikeTech — это технический блог. Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Как работают электродвигатели и генераторы

Электромобили используют исключительно электродвигатели для движения, а гибриды используют электродвигатели, чтобы помочь своим двигателям внутреннего сгорания при передвижении.Но это не все. Эти самые двигатели могут использоваться и используются для выработки электроэнергии (в процессе рекуперативного торможения) для зарядки бортовых аккумуляторов этих транспортных средств.

Самый частый вопрос: «Как это может быть … как это работает?» Большинство людей понимают, что для работы двигатель приводится в действие электричеством — они каждый день видят это в своих бытовых приборах (стиральных машинах, пылесосах, кухонных комбайнах).

Но идея о том, что двигатель может «вращаться в обратном направлении», фактически вырабатывая электричество, а не потребляя его, кажется почти магией.Но как только связь между магнитами и электричеством (электромагнетизм) и концепция сохранения энергии становится понятной, загадка исчезает.

Электромагнетизм

Электроэнергия и выработка электроэнергии начинаются со свойства электромагнетизма — физических отношений между магнитом и электричеством. Электромагнит — это устройство, которое действует как магнит, но его магнитная сила проявляется и контролируется электричеством.

Когда провод, сделанный из проводящего материала (например, меди), движется через магнитное поле, в проводе создается ток (элементарный генератор).И наоборот, когда электричество проходит через провод, намотанный вокруг железного сердечника, и этот сердечник находится в присутствии магнитного поля, он будет двигаться и скручиваться (очень простой двигатель).

Мотор / генераторы

Мотор / генераторы — это действительно одно устройство, которое может работать в двух противоположных режимах. Вопреки тому, что иногда думают люди, это не означает, что два режима двигателя / генератора работают в обратном направлении друг от друга (что в качестве двигателя устройство вращается в одном направлении, а в качестве генератора оно вращается в противоположном направлении).

Вал всегда вращается одинаково. «Смена направления» заключается в потоке электричества. В качестве двигателя он потребляет электричество (поступает) для производства механической энергии, а в качестве генератора он потребляет механическую энергию для производства электроэнергии (вытекает).

Электромеханическое вращение

Электродвигатели / генераторы обычно бывают двух типов: переменного (переменного тока) или постоянного (постоянного тока), и эти обозначения указывают на тип электроэнергии, которую они потребляют и генерируют.

Если не вдаваться в подробности и не затушевывать проблему, то вот разница: переменный ток меняет направление (чередуется) по мере прохождения через цепь. Постоянный ток течет в одном направлении (остается неизменным) при прохождении через цепь.

Тип используемого тока в основном зависит от стоимости устройства и его эффективности (двигатель / генератор переменного тока, как правило, дороже, но также намного эффективнее). Достаточно сказать, что в большинстве гибридов и во многих более крупных полностью электрических транспортных средствах используются двигатели / генераторы переменного тока — так что это тип, на котором мы сосредоточимся в этом объяснении.

Двигатель / генератор переменного тока состоит из 4 основных частей:

  • Якорь (ротор) на валу с проволочной обмоткой
  • Поле магнитов, которые индуцируют электрическую энергию, уложенную бок о бок в корпусе (статоре)
  • Контактные кольца, пропускающие переменный ток к / от якоря
  • Щетки, которые контактируют с контактными кольцами и передают ток в / из электрической цепи

Генератор переменного тока в действии

Якорь приводится в движение механическим источником энергии (например, при промышленном производстве электроэнергии это будет паровая турбина).Когда этот намотанный ротор вращается, его проволочная катушка проходит над постоянными магнитами в статоре, и в проводах якоря создается электрический ток.

Но поскольку каждая отдельная петля в катушке сначала проходит через северный полюс, а затем последовательно через южный полюс каждого магнита, когда он вращается вокруг своей оси, индуцированный ток постоянно и быстро меняет направление. Каждое изменение направления называется циклом и измеряется в циклах в секунду или герцах (Гц).

В Соединенных Штатах частота цикла составляет 60 Гц (60 раз в секунду), тогда как в большинстве других развитых стран мира она составляет 50 Гц.Отдельные контактные кольца установлены на каждом из двух концов проволочной петли ротора, чтобы обеспечить путь для выхода тока из якоря. Щетки (которые на самом деле являются угольными контактами) скользят по контактным кольцам и завершают путь для тока в цепь, к которой подключен генератор.

Двигатель переменного тока в действии

Действие двигателя (подача механической энергии), по сути, противоположно действию генератора. Вместо того, чтобы вращать якорь для выработки электричества, ток подается по цепи через щетки и контактные кольца в якорь.Этот ток, протекающий через ротор (якорь) с обмоткой, превращает его в электромагнит. Постоянные магниты в статоре отражают эту электромагнитную силу, заставляя якорь вращаться. Пока электричество течет по цепи, двигатель будет работать.

Электрические машины — генераторы и двигатели | Электродинамика

11.2 Электрические машины — генераторы и двигатели (ESCQ4)

Мы видели, что когда проводник перемещается в магнитном поле или когда перемещается магнит около проводника в проводнике течет ток.Величина тока зависит от:

  • скорость, с которой проводник испытывает изменяющееся магнитное поле,
  • количество витков, составляющих проводник, и
  • положение плоскости проводника по отношению к магнитному поле.
Влияние ориентации проводника относительно магнитного поля проиллюстрирован на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1: Серия рисунков, показывающих, что магнитный поток, проходящий через проводник, зависит от от угла, который плоскость проводника составляет с магнитным полем.Величайший поток проходит через проводник, когда плоскость проводника перпендикулярна силовые линии магнитного поля, как на Рисунке 11.1 (а). Номер силовых линий, проходящих через проводник, уменьшается, так как проводник вращается до тех пор, пока он параллелен магнитному полю Рис. 11.1 (c).

Если наведенная ЭДС и ток в проводнике были представлены как функция угла между плоскостью проводника и магнитным полем для проводника, имеющего постоянной скорости вращения, то наведенные ЭДС и ток будут варьируются, как показано на рисунке 11.2. Ток меняется около нуля. и известен как переменный ток (сокращенно AC).

Рисунок 11.2: Изменение наведенной ЭДС и тока как угол между плоскостью проводника и проводником. магнитное поле изменяется.

Угол изменяется как функция времени, поэтому приведенные выше графики могут быть нанесены на временную ось. также.

Вспомните закон Фарадея, о котором вы узнали в 11 классе:

Закон Фарадея

ЭДС, \ (\ mathcal {E} \), индуцированная вокруг одиночной петли проводника, пропорциональна скорость изменения магнитного потока φ через площадь, \ (A \) петли.Математически это можно выразить как:

\ [\ mathcal {E} = -N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \]

, где \ (\ phi = B · A \ cos \ theta \) и \ (B \) — напряженность магнитного поля.

Закон Фарадея связывает наведенную ЭДС со скоростью изменения магнитного потока, который является произведением напряженности магнитного поля и поперечного сечения область, через которую проходят силовые линии. Площадь поперечного сечения изменяется при вращении петли проводника. что дает фактор \ (\ cos \ theta \).\ (\ theta \) — угол между нормаль к поверхности витка проводника и магнитному полю. Когда проводник замкнутого контура меняет ориентацию по отношению к магнитному полю, величина магнитного потока, проходящего через область контура, изменяется, и в проводящем контуре индуцируется ЭДС.

Электрогенераторы (ESCQ5)

Генераторы переменного тока (ESCQ6)

Используется принцип вращения проводника в магнитном поле для генерации тока. в электрических генераторах.Генератор преобразует механическую энергию (движение) в электрическую.

Генератор

Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

Схема простого генератора переменного тока показана на рисунке 11.3. Проводник представляет собой катушку с проволокой, помещенную в магнитное поле. В проводник вручную вращается в магнитном поле. Это порождает чередование ЭДС.Переменный ток нужно передать от проводника к нагрузке, это система, для функционирования которой требуется электрическая энергия.

Нагрузка и проводник соединены контактным кольцом. Скользящее кольцо это соединитель, который может передавать электричество между вращающимися частями машины. Он состоит из кольца и щеток, одна из которых неподвижна. по отношению к другому. Здесь кольцо прикрепляется к проводнику и щеткам. прикреплены к нагрузке.Ток генерируется во вращающемся проводнике, проходит в контактные кольца, которые вращаются против щеток. Ток передается через щетки в нагрузку, и, таким образом, система получает питание.

Рисунок 11.3: Схема генератора переменного тока.

Направление тока меняется с каждой половиной оборота катушки. Когда одна сторона петли переходит в другую полюс магнитного поля, ток в контуре меняет направление.Этот тип тока, который меняет направление, известен как переменный. current, а на рис. 11.4 показано, как это происходит. как проводник вращается.

Рисунок 11.4: Красные (сплошные) точки обозначают ток, исходящий со страницы, а крестики показывают текущий ток. переходя на страницу. Генераторы переменного тока

также известны как генераторы переменного тока. Они используются в легковых автомобилях для зарядки автомобильного аккумулятора.

Генератор постоянного тока (ESCQ7)

Простой генератор постоянного тока устроен так же, как генератор переменного тока, за исключением того, что представляет собой одно контактное кольцо, которое разделено на две части, называемые коммутатором, поэтому ток в внешняя цепь не меняет направление.Схема генератора постоянного тока показана на Рисунок 11.5. Коммутатор с разъемным кольцом учитывает изменение направление тока в контуре, создавая тем самым постоянный ток (DC), проходящий через щетки и в цепь. Ток в петле меняет направление, но если вы посмотрите Внимательно изучив 2D-изображение, вы увидите, что секция коммутатора с разъемным кольцом также изменилась. какой стороны цепи он касается. Если ток меняет направление одновременно что коммутатор меняет местами стороны внешней цепи всегда будет иметь ток, идущий в в том же направлении.

Рисунок 11.5: Схема генератора постоянного тока.

Форма ЭДС от генератора постоянного тока показана на рисунке 11.6. ЭДС не является постоянной, но представляет собой абсолютное значение синусоидальной / косинусоидальной волны.

Рисунок 11.6: Изменение ЭДС в генераторе постоянного тока.

Генераторы переменного и постоянного тока (ESCQ8)

Проблемы, связанные с замыканием и разрывом электрического контакта с движущейся катушкой, — это искрение и нагрев, особенно если генератор вращается с высокой скоростью.Если атмосфера, окружающая машину, содержит легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов еще больше.

Если вращается магнитное поле, а не катушка / проводник, тогда в генераторе переменного тока (генераторе) не нужны щетки, поэтому у генератора переменного тока не будет тех же проблем, что и у генераторов постоянного тока. Те же преимущества переменного по сравнению с постоянным током для конструкции генератора применимы и к электродвигателям. В то время как электродвигатели постоянного тока нуждаются в щетках для электрического контакта с движущимися катушками провода, электродвигатели переменного тока этого не делают.Фактически, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы. Электродвигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки с проволокой, заставляющими магнит вращаться. Двигатель постоянного тока зависит от замыкания и размыкания щеточных контактов. соединения для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

Электродвигатели (ESCQ9)

Основные принципы работы электродвигателя такие же, как и у генератора, за исключением того, что электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).

Электродвигатель

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

Если поместить движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, она испытал бы силу, называемую силой Лоренца .

Сила Лоренца

Сила Лоренца — это сила, испытываемая движущейся заряженной частицей в электрическом и магнитное поле.{-1} $} \)) и \ (B \) — напряженность магнитного поля (в теслах, Тл).

На этой диаграмме показано движение положительного заряда между двумя противоположными полюсами магнитов. В направление движения заряда указано оранжевой стрелкой. Он испытает Сила Лоренца, которая будет направлена ​​зеленой стрелкой.

Токоведущий провод, в котором ток идет в направлении оранжевого стрелка, также будет испытывать магнитную силу, зеленая стрелка, из-за Лоренца сила на движущиеся отдельные заряды в текущем потоке.

Если направление тока обратное для того же направления магнитного поля, то направление магнитной силы также будет обратным, как показано на этой диаграмме.

Мы можем, если есть два параллельных проводника с током в противоположных направлениях, они будут испытывать магнитные силы в противоположных направлениях.

Электродвигатель работает за счет использования источника ЭДС, заставляя ток течь по петле проводник так, чтобы сила Лоренца на противоположных сторонах петли была противоположной направления, которые могут вызвать вращение петли вокруг центральной оси.

Сила, действующая на проводник с током из-за магнитного поля, называется законом Ампера.

Направление магнитной силы перпендикулярно обоим направлениям потока. тока и направления магнитного поля и можно найти используя Правило правой руки , как показано на рисунке ниже. Используйте ваш правая ; ваш первый палец указывает в сторону ток, второй палец по направлению магнитного поля и большой палец будет указывать в направлении силы.

И двигатели, и генераторы можно объяснить с помощью катушки, вращающейся в магнитном поле. В генераторе катушка присоединена к внешней цепи, которая вращается, что приводит к изменению потока, вызывающему ЭДС. В двигателе катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, создавая крутящую силу (называемую крутящим моментом , , произносится как «разговор»), которая заставляет ее вращаться.

Если используется переменный ток, для создания двигателя переменного тока требуются два контактных кольца.Двигатель переменного тока показан на рисунке 11.7

.

Рисунок 11.7: Схема двигателя переменного тока.

Если используется постоянный ток, для создания двигателя постоянного тока требуются коммутаторы с разъемным кольцом. Это показано на рисунке 11.8.

Рисунок 11.8: Схема двигателя постоянного тока.

Реальные приложения (ESCQB)

Автомобили

В автомобиле есть генератор. Когда двигатель автомобиля работает, Генератор заряжает аккумулятор и питает электрическую систему автомобиля.

Генераторы

Постарайтесь выяснить, какие значения тока генерируют генераторы переменного тока для разных типов машин. Сравните их, чтобы понять, какие числа имеют смысл в реальном мире. Вы найдете разные значения для автомобилей, грузовиков, автобусов, лодок и т. Д. Попытайтесь выяснить, какие другие машины могут иметь генераторы переменного тока.

Автомобиль также содержит электродвигатель постоянного тока, стартер, который вращает двигатель и запускает его. Стартер состоит из очень мощного электродвигателя постоянного тока и соленоида стартера, прикрепленного к двигателю.Стартерному двигателю требуется очень большой ток для запуска двигателя, и он соединен с аккумулятором с помощью больших кабелей для передачи большого тока.

Производство электроэнергии

Для производства электроэнергии для массового распределения (в дома, офисы, фабрики и т. д.) обычно используются генераторы переменного тока. Электроэнергия, производимая массивными электростанции обычно имеют низкое напряжение, которое преобразуется в высокое напряжение. это эффективнее распределять электроэнергию на большие расстояния в виде высоких напряжение в линиях электропередач.

Затем высокое напряжение снижается до 240 В для потребления в домах и офисах. Этот обычно делается в пределах нескольких километров от того места, где он будет использоваться.

Рисунок 11.9: Генераторы переменного тока используются на электростанциях (все типы, гидро- и угольные станции) для выработки электроэнергии.

Зарегистрируйтесь, чтобы получить стипендию и возможности карьерного роста. Используйте практику Сиявулы, чтобы получить наилучшие возможные оценки.

Зарегистрируйтесь, чтобы разблокировать свое будущее.

Генераторы и двигатели.

Упражнение 11.1

Укажите разницу между генератором и двигателем.

Электрический генератор — это механическое устройство для преобразования энергии источника в электрическую.

Электродвигатель — это механическое устройство для преобразования электрической энергии из источника в энергию другого вида.

Используйте закон Фарадея, чтобы объяснить, почему в катушке, вращающейся в магнитном поле, индуцируется ток.

Закон Фарадея гласит, что изменяющийся магнитный поток может индуцировать ЭДС, когда катушка вращается в магнитном поле. Вращение может изменять поток, тем самым вызывая ЭДС.

Если вращение катушки такое, что поток не меняется, т.е. поверхность катушки остается параллельно магнитному полю, то наведенной ЭДС не будет.

Объясните основной принцип работы генератора переменного тока, в котором катушка механически вращается в магнитном поле.Нарисуйте диаграмму, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Объясните, как работает генератор постоянного тока. Нарисуйте диаграмму, подтверждающую ваш ответ. Также опишите, чем генератор постоянного тока отличается от генератора переменного тока.

Решение пока недоступно

Объясните, почему катушка с током, помещенная в магнитное поле (но не параллельно полю), будет вращаться. Обратитесь к силе, действующей на движущиеся заряды со стороны магнитного поля и крутящего момента на катушке.

Катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, параллельно магнитному полю, создавая крутящую силу (называемую крутящим моментом), которая заставляет его вращаться. Любая катушка, по которой проходит ток, может чувствовать силу в магнитном поле. Сила обусловлена Магнитная составляющая силы Лоренца на движущихся зарядах в проводнике, называемая законом Ампера. Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды движется в противоположных направлениях.

Объясните основной принцип работы электродвигателя. Нарисуйте диаграмму, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Приведите примеры использования генераторов переменного и постоянного тока.

Автомобили (как переменного, так и постоянного тока), производство электроэнергии (только переменного тока), везде, где требуется электропитание.

Приведите примеры использования двигателей.

Насосы, вентиляторы, бытовая техника, электроинструменты, бытовая техника, оргтехника.

Разница между двигателем и генератором (со сравнительной таблицей)

Электрический двигатель Motor и генератор различаются по различным факторам, таким как основной принцип работы или функция двигателя и генератора. Потребление или производство электроэнергии, ее ведомый элемент, наличие тока в обмотке.За правилом Флеминга следуют двигатель и генератор.

Отличия между двигателем и генератором объяснены ниже в виде таблицы.

ОСНОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЬ ГЕНЕРАТОР
Функция Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.
Электричество Используется электричество. Вырабатывает электроэнергию
Ведомый элемент Вал двигателя приводится в движение магнитной силой, развиваемой между якорем и полем. Вал прикреплен к ротору и приводится в действие механической силой.
Ток В двигателе ток должен подводиться к обмоткам якоря. В генераторе ток вырабатывается в обмотках якоря.
Соблюдение правила Двигатель следует правилу левой руки Флеминга. Генератор следует правилу правой руки Флеминга.
Пример Электромобиль или велосипед — это пример электродвигателя. Энергия в виде электроэнергии вырабатывается на электростанциях.

Двигатель и генератор почти аналогичны с точки зрения конструкции, поскольку оба имеют статор и ротор. Основное различие между ними заключается в том, что двигатель представляет собой электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.Генератор противоположен этому двигателю. Он преобразует механическую энергию в электрическую.

Разница между двигателем и генератором.

  1. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую, а генератор — наоборот.
  2. Электроэнергия используется в двигателе, но генератор производит электричество.
  3. Вал двигателя приводится в движение магнитной силой, развиваемой между якорем и обмотками возбуждения, тогда как в случае генератора вал прикреплен к ротору и приводится в движение механической силой.
  4. Ток должен подаваться на обмотки якоря в случае двигателя, а в генераторе ток создается в обмотках якоря.
  5. Двигатель следует правилу левой руки Флеминга, а генератор — правилу правой руки Флеминга.
  6. Примером Motor является электромобиль или велосипед, где электрический ток подается на машину или устройство, и он преобразуется в механическое движение, и в результате автомобиль или велосипед движется. Примером генератора является то, что на электростанциях турбина используется как устройство, которое преобразует механическую энергию силы воды, падающей с плотины, для выработки электроэнергии.

Вышеупомянутые пункты позволяют сравнивать двигатель и генератор.

Генератор

| Encyclopedia.com

Принцип работы

Генераторы переменного тока

Коммерческие генераторы

Генераторы постоянного тока

Ресурсы

Генератор — это машина, с помощью которой механическая энергия преобразуется в электрическую. Генераторы можно разделить на две основные категории, в зависимости от того, является ли производимый ими электрический ток переменным (AC) или постоянным (DC) током.Оба типа генераторов работают по одному и тому же основному принципу, хотя детали их конструкции различаются. Генераторы также можно классифицировать по источнику механической энергии (или первичному двигателю), которым они приводятся, например, по мощности воды или пара.

Научный принцип, на котором работают генераторы, был открыт почти одновременно примерно в 1831 году английским химиком и физиком Майклом Фарадеем (1791–1867) и американским физиком Джозефом Генри (1797–1878).Представьте, что катушка с проволокой помещена в магнитное поле, а концы катушки присоединены к некоторому электрическому устройству, например, измерителю тока. Если катушка вращается в магнитном поле, измеритель тока показывает, что в катушке наведен ток. Величина индуцированного тока зависит от трех факторов: силы магнитного поля, длины катушки и скорости, с которой катушка движется в поле.

На самом деле, не имеет значения, вращается ли катушка в магнитном поле или магнитное поле заставляет вращаться вокруг катушки.Важным фактором является то, что провод и магнитное поле движутся по отношению друг к другу. Как правило, большинство генераторов постоянного тока имеют стационарное магнитное поле и вращающуюся катушку, в то время как большинство генераторов переменного тока имеют стационарную катушку и вращающееся магнитное поле.

В электрическом генераторе вышеупомянутый измеритель тока должен быть заменен каким-либо электрическим устройством. Например, в автомобиле электрический ток от генератора используется для управления фарами, автомобильным радиоприемником и другими электрическими системами в автомобиле

.Концы катушки прикрепляются не к гальванометру, а к контактным кольцам или собирающим кольцам. Каждое контактное кольцо, в свою очередь, прикреплено к щетке, через которую электрический ток передается от контактного кольца во внешнюю цепь.

Когда металлическая катушка проходит через магнитное поле в генераторе, вырабатываемая электрическая мощность постоянно изменяется. Сначала генерируемый электрический ток движется в одном направлении (слева направо). Затем, когда катушка достигает положения, параллельного магнитным силовым линиям, ток вообще не возникает.Позже, когда катушка продолжает вращаться, она прорезает магнитные силовые линии в противоположном направлении, и генерируемый электрический ток распространяется в противоположном направлении (справа налево).

Таким образом, вращающаяся катушка в фиксированном магнитном поле описанного здесь типа будет производить переменный ток, который течет в одном направлении в течение некоторого момента времени, а затем в противоположном направлении в следующий момент времени. Скорость, с которой ток переключается вперед и назад, называется его частотой.Например, ток, используемый для большинства бытовых устройств, составляет 60 герц (60 циклов в секунду).

КПД генератора можно повысить, заменив описанную выше проволочную катушку якорем. Якорь состоит из цилиндрического железного сердечника, вокруг которого намотан длинный кусок проволоки. Чем длиннее кусок провода, тем больший электрический ток может генерировать якорь.

Одним из наиболее важных практических применений генераторов является производство большого количества электроэнергии для промышленного и бытового использования.Двумя наиболее распространенными первичными двигателями, используемыми в генераторах переменного тока, являются вода и пар. Оба этих первичных двигателя могут приводить в движение генераторы на очень высоких скоростях вращения, при которых они работают наиболее эффективно, обычно не менее 1500 оборотов в минуту.

Гидроэлектроэнергия (энергия, обеспечиваемая проточной водой, как в больших реках) является особенно привлекательным источником энергии, поскольку ее производство ничего не стоит. Однако у него есть недостаток, заключающийся в том, что должны быть построены довольно прочные надстройки, чтобы использовать механическую энергию движущейся воды и использовать ее для приведения в действие генератора.

Промежуточным устройством, необходимым для выработки гидроэлектроэнергии, является турбина. Турбина состоит из большого центрального вала, на котором установлен ряд лопаток в форме вентилятора. Когда движущаяся вода ударяется о лопасти, она

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Переменный ток —Электрический ток, который течет сначала в одном направлении, затем в другом; сокращенно AC.

Якорь — Часть генератора, состоящая из железного сердечника, вокруг которого намотана проволока.

Коммутатор — Разъемное кольцо, которое служит для изменения направления электрического тока в генераторе на противоположное.

Постоянный ток (DC) —Электрический ток, который всегда течет в одном и том же направлении.

Первичный двигатель —Источник энергии, приводящий в действие генератор.

Контактное кольцо — Устройство в генераторе, которое обеспечивает соединение между якорем и внешней цепью.

заставляет центральный вал вращаться.Если центральный вал затем присоединяется к очень большому магниту, он заставляет магнит вращаться вокруг центрального якоря, генерируя электричество, которое затем может передаваться для промышленных и жилых помещений.

Электрогенерирующие установки также обычно работают на пару. На таких установках сжигание угля, нефти или природного газа или энергия, полученная из ядерного реактора, используется для кипячения воды. Произведенный таким образом пар затем используется для привода турбины, которая, в свою очередь, приводит в движение генератор.

Генератор переменного тока может быть модифицирован для производства электроэнергии постоянного тока (DC). Для замены требуется коммутатор. Коммутатор — это просто контактное кольцо, разрезанное пополам, причем обе половины изолированы друг от друга. Щетки, прикрепленные к каждой половине коммутатора, расположены так, что в момент изменения направления тока в катушке они скользят от одной половины коммутатора к другой. Следовательно, ток, который течет во внешнюю цепь, всегда течет в одном и том же направлении.

См. Также Электромагнитное поле; Электрический ток; Электроснабжение; Эффект Фарадея.

КНИГИ

Маколей, Дэвид и Нил Ардли. Как все устроено . Бостон: Компания Houghton Mifflin, 2004.

Гросс, Чарльз А. Электрические машины. Нью-Йорк: CRC, 2006.

Дэвид Э. Ньютон

Генератор | Инжиниринг | Фэндом

Генератор представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую энергию переменного тока.

В большинстве генераторов переменного тока используется вращающееся магнитное поле. Иногда используются и другие геометрические формы, например линейный генератор для двигателей Стирлинга. В принципе, любой генератор переменного тока можно назвать генератором переменного тока, но обычно это слово относится к небольшим вращающимся машинам, приводимым в движение автомобильными и другими двигателями внутреннего сгорания.

Генераторы переменного тока вырабатывают электричество по тому же принципу, что и генераторы постоянного тока, а именно, когда магнитное поле вокруг проводника изменяется, в проводнике индуцируется ток.В типичном современном генераторе переменного тока вращающийся магнит, называемый ротором, вращается в стационарном наборе проводников, намотанных катушками на железном сердечнике, называемом статором. Поле пересекает проводники, генерируя электрический ток, поскольку механическое воздействие заставляет ротор вращаться.

Магнитное поле ротора может создаваться индукцией (в «бесщеточном» генераторе), постоянными магнитами (обычно в очень маленьких машинах) или обмоткой ротора, питаемой постоянным током через контактные кольца и щетки.В автомобильных генераторах переменного тока всегда используются щетки и контактные кольца, что позволяет управлять напряжением, генерируемым генератором, путем изменения тока в обмотке возбуждения ротора. Машины с постоянными магнитами избегают потерь из-за тока намагничивания в роторе, но имеют ограниченные размеры из-за стоимости материала магнита. Поскольку поле постоянного магнита постоянно, напряжение на клеммах напрямую зависит от скорости генератора. Бесщеточные генераторы переменного тока обычно являются более крупными машинами, чем те, что используются в автомобилях.

Генераторы переменного тока используются в автомобилях для зарядки аккумулятора и питания всех электрических систем автомобиля при работающем двигателе. Генераторы переменного тока имеют большое преимущество перед генераторами постоянного тока в том, что они не используют коммутатор, что делает их проще, легче и надежнее, чем генераторы постоянного тока. Более прочная конструкция генераторов позволяет им вращаться с более высокой скоростью, позволяя автомобильному генератору вращаться с удвоенной частотой вращения двигателя, улучшая выходную мощность при работе двигателя на холостом ходу. Доступность недорогих твердотельных диодов примерно с 1960 года позволила автопроизводителям заменить генераторы постоянного тока генераторами переменного тока.В автомобильных генераторах переменного тока используется набор выпрямителей (диодный мост) для преобразования переменного тока в постоянный. Чтобы обеспечить постоянный ток с низкой пульсацией, автомобильные генераторы имеют трехфазную обмотку.

В более поздние автомобильные генераторы переменного тока встроили регулятор напряжения. Типичные автомобильные генераторы переменного тока генерируют поле с помощью постоянного тока через контактные кольца. Ток возбуждения намного меньше, чем выходной ток, снимаемый с неподвижных обмоток статора, поэтому контактные кольца повышенной прочности не требуются. Например, в генераторе переменного тока, рассчитанном на выработку постоянного тока 70 ампер, ток возбуждения будет менее 2 ампер.Стабилизатор напряжения работает, модулируя небольшой ток возбуждения, чтобы обеспечить постоянное напряжение на выходе статора. Во многих старых моделях автомобилей обмотки возбуждения первоначально запитываются через выключатель зажигания и контрольную лампу заряда, поэтому индикатор светится, когда зажигание включено, но двигатель не работает. Когда двигатель работает и генератор вырабатывает, диод питает ток возбуждения от основного выхода генератора, тем самым выравнивая напряжение на сигнальной лампе, которая гаснет.Провод, по которому подается ток возбуждения, часто называют проводом «возбудителя».

Эта система проста и избавляет от необходимости использовать сверхмощный выключатель в выходной цепи главного генератора, который может выдерживать очень высокие токи — до 100 ампер (хотя типичные автомобили имеют генераторы переменного тока на 40–60 ампер). Одним из недостатков этой конструкции является то, что при выходе из строя сигнальной лампы или отключении провода «возбудителя» на обмотки возбуждения генератора не поступает ток поджига, и поэтому генератор не будет генерировать никакой энергии.Однако некоторые генераторы переменного тока самовозбуждаются, когда двигатель разгоняется до определенной скорости. Водитель может проверить неисправность цепи возбудителя, убедившись, что сигнальная лампа горит при остановленном двигателе. Современные системы имеют более сложный электронный контроль и должны предупреждать водителя при возникновении таких проблем.

Современные автомобили всегда имеют генератор переменного тока вместо генератора постоянного тока. Он имеет встроенную группу выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный. Этот блок становится более надежным, поскольку в нем отсутствуют коммутатор и угольные щетки генераторов постоянного тока.

Очень большие автомобильные генераторы переменного тока, используемые на тяжелом оборудовании или автомобилях скорой помощи, могут вырабатывать 150 ампер. Очень старые автомобили с минимальным освещением и электронными устройствами могут иметь только 30-амперный генератор переменного тока. Гибридные автомобили заменяют отдельные генератор и стартер на комбинированный двигатель / генератор, который выполняет обе функции, проворачивая двигатель внутреннего сгорания при запуске, обеспечивая дополнительную механическую мощность для ускорения и заряжая большую аккумуляторную батарею, когда транспортное средство движется с постоянной скоростью.Эти вращающиеся машины имеют значительно более мощные электронные устройства для управления, чем простой автомобильный генератор переменного тока, описанный выше.

В 1891 году Фредерик Томас Траутон прочитал лекцию, в которой утверждалось, что если электрический генератор переменного тока будет работать на достаточно большой скорости, он будет генерировать беспроводную энергию [1]. Шаблон Николы Теслы: патент США « Метод эксплуатации дуговых ламп » (10 марта 1891 г.) описывает генератор переменного тока, который вырабатывает высокочастотный ток в течение этого периода времени, около 10 000 циклов в секунду (позже будет известен как герц. ).Его запатентованное нововведение заключалось в подавлении неприятного звука гармоник промышленной частоты, производимого дуговыми лампами, работающими на частотах в диапазоне человеческого слуха. Производимая частота находилась в длинноволновом диапазоне радиовещания (VLF-диапазон).

В 1904 году Реджинальд Фессенден заключил контракт с General Electric на генератор переменного тока, который генерировал частоту 100 000 Гц для радио « непрерывный ». Э. Ф. В. Александерсон разработал генератор переменного тока Alexanderson, который вырабатывал такие переменные токи в General Electric.Генератор Alexanderson широко использовался для длинноволновой радиосвязи на береговых станциях, но был слишком большим и тяжелым, чтобы его можно было установить на большинстве кораблей. Позже Александерсон получит патент США в 1911 году на свое устройство. Генератор Alexanderson был первой формой радиопередатчика, который был модулирован для передачи звука человеческого голоса. Как и высокочастотный генератор Теслы, генератор Alexanderson использовал принцип периодического изменения магнитной проницаемости цепи поля. стр. 17

  • Уайт, Томас Х., «Разработка преобразователя-генератора (1891-1920) «. EarlyRadioHistory.us.
  • Другие статьи
    • « Генераторы переменного тока ». Интегрированная публикация (TPub.com).
    • « Деревянный низкооборотный генератор «. ForceField, Форт-Коллинз, Колорадо, США.
    • Манн, Х., « Однофазный генератор переменного тока «. Электромеханические системы, DynLAB — Курс моделирования и моделирования.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *