Генератор магнитного поля переменного тока: принцип работы устройства и создание своими руками

Содержание

Принцип работы и схема генератора переменного тока

Представить себе жизнь современного человека без электричества крайне сложно. Даже те люди, которые отдалены от цифровых технологий и Интернета, все равно пользуются бытовыми приборами, которые работают на электрической энергии. Часто для ее производства используют генератор переменного тока, ведь именно ток такого поля используется всеми бытовыми установками, подается во все квартиры и частные дома. Упомянутый выше прибор был изобретен уже достаточно давно, но он до сих пор не утратил своей популярности и применяется во многих сферах жизни людей. Про устройство генератора и принцип его работы рассказано в данной статье.

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел

Генератор переменного тока представляет собой специализированную электрическую установку, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Последняя обладает переменной характеристикой. Само превращение основано на механическом вращении катушки из проволоки внутри магнитного поля.

Демонстрация рассматриваемого прибора в разрезе

К сведению! Практически все современные генераторы используют для получения электроэнергии вращающееся магнитное поле, а не катушку.

Как уже было сказано, электрический ток вырабатывается не только при механическом движении катушки в поле магнита, но и тогда, когда силовые линии магнита, находящегося во вращательном движении, пересекают витки катушки. Таким образом появляющиеся электроны начинают свое движение к положительному полюсу магнита, а сам электроток протекает от плюсового полюса к минусовому.

Ток индуцируется в проводнике (катушке). Его течение отталкивает магнит, когда рамка катушки подходит к нему, и отталкивает его, когда рамка удаляется. Его говорить проще, то ток каждый раз меняет свою ориентацию относительно полюсов магнита. Это и вызывает такое явление, как переменный электрический ток.

Демонстрация прибора с помощью простого магнита и контура

Данное приспособление появилось еще в 1832 г. благодаря стараниям Н. Тесла. Именно тогда был создал самый первый однофазный синхронный генератор переменного электрического тока. Самые первые установки производили только постоянный ток, а рассматриваемый генератор переменной характеристики некоторое время не мог найти своего практического применения. Это длилось не долго, так как люди быстро поняли, что переменный ток использовать гораздо практичнее, чем постоянный.

Обратите внимание! Преимущество новой технологии заключалось в том, что такой электроток было легче выработать, а на обслуживание приборов уходило в разы меньше времени и ресурсов, чем на аналоги, работающие на постоянном токе.

Именно благодаря переменному току и его генератору смогли появиться на свет такие электроприборы, как радиоприемник, магнитофон и другие более поздние автоматические и электротехнические установки, без которых представить жизнь современного человека нельзя.

Использование графика для демонстрации переменного и постоянного электротоков

Характеристики генератора переменного тока

Основные технические характеристики генератора переменного тока: внешняя, скоростная регулировочная и токоскоростная. Внешняя характеристика определяется, как зависимость напряженности прибора от генерируемого им тока. Она является константой и может быть определена в процессе самостоятельного и независимого возбуждения.

Скоростная регулировочная характеристика чаще всего высчитывается исходя из нескольких величин электротока нагрузки. Самое маленькое значение возбуждения находится при нагрузочном токе, равном нулю (частота вращений при этом максимальная).

Последняя токоскоростная характеристика определяется как одна из самых важных при выборе или создании генератора. Практически все новые генераторы могут самостоятельно ограничивать свой максимальный ток.

Обратите внимание! Делается это для того, чтобы частота вращения роторов не увеличивалось до частоты индуцированного стартера.

Простой индукционный генератор для использования дома и на предприятии

Принцип работы генератора

Пришло время рассмотреть устройство генератора перемененного тока и принцип его действия. Он заключается в том, что в электроустановке используют специальную систему, которая при функционировании производит магнитный поток большой мощности.

За основу взято два сердечника, изготовленных из электротехнической стали. Пазы одного сердечника предполагают размещение обмотки, которая отвечает за генерацию потока магнитных волн. Второй же используется для индукции электродвижущей силы.

Обычно сердечник, который расположен внутри, находится в горизонтальном или вертикальном положении и вращается по соответствующим орбитам. Его называют ротором. Второй же сердечник, называемый статором, как понятно из его названия, остается в неподвижном состоянии. Чем меньшее расстояние будет между этими элементами, тем больше вырастет индуктивность магнитного потока. Далее рассмотрены назначение устройства и работа генератора переменного тока.

Рассмотрение строения электрогенератора на практике

Назначение генератора переменного тока

Переменные генераторы тока применяют уже достаточно давно. За последние годы сфера применения стала еще более обширной. Используются такие приборы не только в промышленных, но и в бытовых целях. Производственные электроустановки представляют собой самый выгодный вариант для генерации электроэнергии, используемой на заводах и предприятиях, учебных учреждениях, торговых центрах и т. д. Также такие генераторы позволяют значительно ускорить строительство того или иного сооружения в тех местах, где нет возможности провести линию электропередачи.

В быту такие устройства также применяются. Они обладают более компактными размерными характеристиками и универсальностью. Часто их используют для питания частных домов, дачных участков или коттеджей.

Обратите внимание! Бытовые и производственные генераторы перемененного тока пользуются популярностью практически во всех сфера жизни человека. Особенно они полезны там, где постоянно возникают перебои с подачей электроэнергии или ее нет вообще.

Возбуждение генератора переменного тока

Как устроен генератор переменного тока

Устройство генератора крайне простое. Он состоит из двух основных частей: подвижной (ротор или индуктор) и неподвижной (статор или якорь). В ГПТ ротором выступает электрический магнит, создающий магнитное поле, которое и принимает статор. Поверхность якоря обладает впадинами, которые называются пазами. В них виднеется обмотка катушки, выступающей в роли проводника.

Обратите внимание! Обычно якорь изготавливают их спрессованных листов стали толщиной не более 0,3 мм. Их изоляционный слой представляет собой простое лаковое покрытие.

Ротор устанавливают внутри статора. Его вращение осуществляется с помощью двигателя, мощность которого передается через обычный вал и некоторые опорные элементы. На валу также имеется возбудитель с постоянным значением электротока, питающий им обмотки катушки. Также среди компонентов имеется аккумуляторная батарея, которая инициализирует запуск стартера и может подавать электричество, если его не хватает для запуска двигателя, его работы.

Важно! Основное различие между однофазным и трехфазным генераторами электрического тока заключается в том, какое максимальное напряжение выдается прибором. В первом случае это 220 В, а во втором — и 220, и 380 В.

Устройство установки

Виды генераторов переменного тока

Есть несколько типов классификации генераторов. Наиболее распространенный — по мощности. Они бывают маломощными и высокомощными. Для решения бытовых задач применяются компактная и маломощная электроустановки, которые обычно используется в качестве резервного источника питания.

В последнее время популярность обрели сварочные генераторы. С бензиновыми моделями следует быть осторожным, так как они должны использоваться только по своему прямому назначению. В противном случае их срок эксплуатации истечет намного раньше положенного. Диагностика и ремонт таких приборов — достаточно дорогостоящие, и чаще проще купить новый аппарат.

Еще одно разделение — асинхронные и синхронные генераторы. Они отличаются конструкцией ротора. В синхронном приборе катушка находится на роторе, а в асинхронном на валу есть специальные углубления, которые предназначены для вставки обмотки. Подробнее о них далее.

Маломощный генератор

Асинхронные генераторы

Асинхронные двигатели — это приборы, которые работают в тормозящем режиме. В данной ситуации ротор выполняет вращения только в одном направлении, совпадающем с движением магнитного поля, но немного опережает его.

Обратите внимание! Такие установки практически не подвержены коротким замыканиям и обладают повышенной защитой от воздействия внешних факторов.

Асинхронный генератор

Синхронные генераторы

Синхронный двигатель — это электромеханизм, который работает в режиме генерации электрической энергии. Его особенность в том, что частота вращения стартера, а точнее его магнитного поля, равна частоте вращения ротора.

К сведению! Синхронные обладают роторами, которые выполнены в виде постоянных или электрических магнитах. Полюсов у них может быть и 2, и 4, и 6. Главное, чтобы это число было кратным двум.

Синхронный генератор

Какой ток вырабатывает генератор

Характеристика тока, который вырабатывается генератором, зависит от его конструкции. Как уже стало понятно, и переменный генератор, и постоянный генератор содержат в своей конструкции электрический или постоянный магнит, создающий поток магнитного поля. В обоих случаях можно найти обмотку из медного проводника. Она вращается и, занимая различные положения в поле магнита, создает наведенную ЭДС.

Если представить, что обмотка разделена на две одинаковые части, то они поочередно будут занимать то горизонтальное, то вертикальное положение. ЭДС будет сначала максимальной, а затем нулевой. Это и будет генерация переменного тока.

Обратите внимание! Если в процессе полуоборота каким-либо образом переключить потребитель энергии, то он будет получать уже постоянный, но пульсирующий ток. В этом и отличие.

Характеристика переменного и постоянного электрических токов

Схема генератора переменного тока

Принципы работы генератора переменного и постоянного токов уже понятны, как и его основные конструкционные элементы. Необходимо рассмотреть пару схем для обобщения материала и понимания процесса генерации электротока.

Схема обычного устройства генерации электротока

Таким образом, были рассмотрены генератор переменного тока, устройство и принцип его действия.

Принципиальная схема электрического генерирующего устройства

Строение этого аппарата практически не поменялось с момента его создания еще в 1800-х гг. Данное электрооборудование служит для выработки тока, который применяется для бытовых или производственных целей.

VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Конструирование тихоходного дискового трёхфазного генератора переменного тока на мощных неодимовых магнитах

Можекин Д.С. 1

1МАОУ "Лицей №97"

Красавин Э.М. 1Касауров Ю.А. 2

1Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №

2МБУОДО ЦДОД

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Генератор переменного тока – это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле. В первой половине 19 века были созданы первые однофазные многополюсные генераторы переменного тока. Но в самых первых, появившихся в то время электронных устройствах, применялся только постоянный ток, а переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Со временем выяснилось, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций. Генераторы переменного тока более просты по устройству, экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Эти электрические машины были более надёжны в эксплуатации и сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. В течении последних лет, популярность использования электростанций и генераторов переменного тока значительно возросла. Промышленные генераторы являются наилучшим вариантом для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес – центрах, в качестве альтернативного источника питания. Широкое применение, эти электрические машины, нашли на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сф

Генератор переменного тока - типы устройств и принцип работы

Любой генератор переменного тока представляет собой устройство электрического типа, предназначенное для преобразования механической энергии в электроэнергию с переменными токовыми величинами.

В большинстве современных генераторов используется традиционный принцип действия вращающегося магнитного поля.

Электрический генератор переменного тока

Выделяется пара основных видов электрических генераторов, имеющих конструкционные отличия, представленные:
  1. Устройствами, имеющими неподвижную часть в виде статора и вращающийся элемент, который представлен магнитными полюсами. Данный тип популярен у потребителей и очень активно эксплуатируется благодаря наличию неподвижной обмоточной части, не требующей снимать избыточную нагрузку электрической сети.
  2. Устройствами электрического типа, имеющими вращающийся якорь и магнитные неподвижные полюса.

Таким образом, в конструкцию генератора любого типа входят две наиболее важные части: подвижная и неподвижная, а также некоторые связующие элементы, представленные щетками и проводными соединениями. Электрогенераторами переменного тока производится как активная энергия, так и реактивная, передающаяся и распределяемая по электросетям.

Электрические генераторы ПТ, наряду с трансформаторами, рассчитаны на определенные номинальные токовые величины и достаточное количество номинального напряжения, зависящие от конструкционных особенностей такой машины, а также типоразмеры рабочих частей и связующих элементов.

Типы генераторов переменного тока

Существует несколько типов машин или установок, предназначенных для преобразования неэлектрического вида энергии в электроэнергию.

Самые популярные виды представлены:

  • компактным преобразователем Стирлинга, имеющим линейный генератор ПТ;
  • однофазным генератором ПТ;
  • двухфазным генератором ПТ;
  • трехфазным генератором ПТ;
  • генератором ПТ на 380 Вольт без наличия двигателя;
  • стандартным генератором ПТ на 220 Вольт;
  • генератором ПТ на тиристоре;
  • синхронным генератором ПТ;
  • индукционным;
  • переносными.

Генератор переменного тока ЭГВ – 32 У1

В зависимости от конструкционных особенностей выделяются устройства, имеющие:

  1. неподвижные магнитные полюса и вращающийся якорь;
  2. вращающиеся магнитные полюса и неподвижный статор.

В зависимости от способа возбуждения:

  • с обмотками возбуждения, питающимися постоянными токовыми величинами с использованием посторонних источников электроэнергии, включая аккумуляторные батареи;
  • с обмотками возбуждения, питающимися с использованием сторонних генераторов ПТ, которые отличаются маломощными токами с одного вала;
  • с обмотками самовозбуждения, питающимися выпрямленными токовыми величинами;
  • с возбуждением, получаемым в процессе функционирования магнитных элементов постоянного типа.

В зависимости от типа соединения фазной обмотки:

  1. не обладающая практическим значением система Тесла;
  2. подсоединение типа «Звезда»;
  3. подсоединение типа «Треугольник»;
  4. подсоединение типа «Славянка».

Последний вариант сочетает в себе шесть обмоточных элементов типа «Звезда» и одну обмотку «Треугольник» на каждом статоре.

С конструктивной точки зрения могут быть выделены преобразующие энергию устройства или машины электрического типа, имеющие явно и неявно выраженные полюса.

Устройство

Конструкция и внутреннее устройство преобразователя одного вида энергии в другой может иметь существенные отличия. Самыми распространенными являются автомобильные генераторы ПТ, представленные следующими основными конструктивными элементами:

  • двухкрышечной корпусной частью со специальными вентиляционными отверстиями;
  • роторной однообмоточной электромагнитной частью, вращаемой посредством шкива в паре подшипников;
  • двумя медными кольцами и графитовыми щетками, подающими ток на роторную часть;
  • регулирующей релейной частью, отвечающей за выдачу генераторного напряжения в оптимальных пределах.

Общая схема устройства генератора переменного тока

Статорная часть имеет три медных обмотки, объединенные «треугольником» с подключением полупроводникового диодного моста, благодаря которому происходит преобразование типа напряжения.

Современные автомобильные генераторы относятся к категории высокооборотных агрегатов, поэтому частота оборотов может составлять девять тысяч в одну минуту.

Схема генератора переменного тока

Принцип действия генераторов ПТ базируется на свойствах электромагнитной индукции, что и отражается в схеме таких агрегатов:

  1. неподвижная якорная часть;
  2. вращающаяся индукторная часть;
  3. кольца контактного типа;
  4. скользящая щеточная часть.

Характерным отличием трехфазных генераторов является электрическая схема, отображающая особое соединение на фазных обмотках.

Синхронный и асинхронный

В зависимости от принципа работы, генератор может быть представлен устройством синхронного и асинхронного типа. Для любых асинхронных генераторов характерна конструктивная простота и дешевизна изготовления, а также достаточно высокая устойчивость к короткому замыканию или перегрузкам.

Асинхронные электрические генераторы прекрасно зарекомендовали себя в работе с активным уровнем нагрузки, включая лампы накаливания, электронагреватели, современную электронику и электрические конфорки.

Разница синхронного и асинхронного генераторов

Тем не менее, даже в условиях кратковременного перегруза отмечается выход устройства из строя. Именно по этой причине подключение приборов с индуктивной нагрузкой, включая электрические двигатели, не электронные сварочные аппараты и энергозависимый инструмент, потребует применения асинхронного генератора с трех- или четырехкратным запасом по уровню мощности.

Генераторы синхронного типа востребованы в работе любого индуктивного потребителя, имеющего высокие параметры пусковых токовых величин. Современные синхронные устройства электрического типа легко выдерживают пятикратный уровень секундной токовой перегрузки, что обусловлено линейной зависимостью числа оборотов вращения магнитного поля от количества роторных оборотов или угловой скорости генератора.

Асинхронные и синхронные генераторы отличаются своим устройством, но первый вариант принято считать конструктивно более надежным, что объясняется отсутствием в них традиционного щеточного узла.

Однофазный

В соответствии с количеством фаз, все генераторы представлены двумя большими группами:

  1. Однофазными.
  2. Трехфазными.

Первый вариант предназначается исключительно для работы с любыми однофазными потребителями электрической энергии, а трехфазные генераторы относятся к категории универсальных, но дорогостоящих машин, нуждающихся в затратном обслуживании.

Однофазный тип генератора

Простейшие конструкции представлены магнитным полем, вращающейся рамкой и обычным коллекторным щеточным узлом, отводящим ток.

Благодаря коллекторному узлу, рамочное вращение через щетки создает постоянство контакта с половинкой рамки в условиях отсутствия циклического изменения положения. Токовые величины, изменяющиеся в соответствии с законами гармоники, передаются на щетки и в схему потребителей энергии.

Трехфазный тип генератора

Однофазные генераторы в настоящее время являются самыми популярными автономными источниками тока и предназначаются для питания любых однофазных потребителей электрической энергии, к которым относятся практически все бытовые приборы.

Принцип работы

Основным принципом функционирования генераторов переменного тока являются вращательные движения токопроводящей рамки, располагаемой между парой постоянных магнитов, имеющих противоположные полюса. В большинстве случаев, конструкция стандартна и функционал таких устройств достаточно прост.

Схема работы трехфазного генератора

Например, роторы, которые установлены в промышленные индукционные генераторы, вращаются благодаря турбине, а статор бывает дополнен достаточно мощным электромагнитом. Внутри роторных обмоточных витков происходит индукция ЭДС, благодаря чему формируется суммарное напряжение, необходимое для потребителей.

Принцип работы генераторов основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому происходит индукция ЭДС в прямоугольной контурной части проволочной рамки.

Назначение

Генераторы являются основными источниками электроэнергии в системах энергоснабжения, позволяющих обеспечивать питание любых потребителей и заряжать аккумуляторную батарею в процессе функционирования двигателя.

Современные генераторы, имеющие встроенные кремневые диоды, обладают небольшими габаритами, простой конструкцией, надежностью и долгим сроком эксплуатации, что является отличным дополнением высокой удельной мощности таких устройств-преобразователей при малой вращательной частоте.

Некоторое время назад генераторы отличались довольно узкой областью применения, но благодаря усилиям разработчиков, техников и специалистов, преобразователи энергии были в значительной степени усовершенствованы. На сегодняшний день область применения данных устройств очень широка, поэтому генераторы ПТ стали незаменимыми в промышленной и бытовой сфере.

Генератор постоянного тока – принцип действия, устройство, как работает

Генератор постоянного тока предназначен для преобразования кинетической энергии в электрическую. Используется в качестве источника электроэнергии в тепловозах, автомобилях, промышленных установках и т.д.

Представляет собой обратимую электрическую машину. В зависимости от схемы подключения может работать как генератор или как электродвигатель.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Заключается в том, что если проводник передвигается в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.

Важным условием является то, что проводник должен пересекать поле, а не двигаться вдоль него.

Схематично это явление можно описать следующим образом. Если проводник, например, медную проволоку в виде рамки поместить между двумя полюсами подковообразного магнита, он будет находиться в постоянном магнитном поле.

Затем начнем вращать эту рамку. В процессе вращения она будет пересекать магнитный поток. Вследствие этого, внутри проволоки индуцируется электродвижущая сила э.д.с.

Если концы этой рамки соединить, то под воздействием э.д.с., потечет индукционный ток. Если включить в эту цепь амперметр, он покажет наличие в ней тока. Это и есть самый простой макет генератора.

Для того, чтобы подключить рамку к электрической цепи, ее крепят к полукольцам. Две щетки контактируют с вращающимися полукольцами поочередно, и через них индукционный ток поступает далее в электрическую цепь. Полукольца устанавливают на оси, вокруг которой вращается рамка. Это упрощенная схема коллектора.

Когда рамка переходит через горизонтальное положение (нейтраль), щетки одновременно переключаются с одного полукольца на второе. В этот момент стороны рамки магнитных силовых линий не пересекают. В таком положении э.д.с. и, соответственно, ток равны 0. Благодаря этому переключение щеток не сопровождается искрением.

На величину электродвижущей силы влияют следующие факторы:

  • длина проволоки;
  • величина индукции магнитного поля;
  • частота вращения.

Величина э.д.с. (Е) меняется по синусоидальной траектории, с пиками при прохождении рамкой вертикальных положений. В эти моменты она перпендикулярно пересекает максимум силовых линий. Нулевые значения отмечаются при прохождении нейтрали. После ее пересечения э.д.с. меняет свое направление.

В свою очередь, коллектор, чередуя каждые пол оборота полукольца на щетках, выпрямляет переменную э.д.с. На выходе получается пульсирующий, в виде выпрямленной синусоиды, постоянный ток.

КАК НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЕТСЯ ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Для того, чтобы можно было пользоваться генератором, как источником энергии, ток нужно сгладить. Если увеличить количество рамок до двух и расположить их перпендикулярно друг другу. Тогда пиковые значения Е и, соответственно, тока будут возникать уже каждые четверть оборота.

Если их соединить последовательно, индуцируемый ток будет суммироваться. А его выходная характеристика будет иметь вид двух, смещенных между собой на четверть периода выпрямленных синусоид. Пульсация значительно уменьшится.

Если количество последовательных рамок еще увеличивать, тогда значение тока будет все больше приближаться к идеальной прямой. Кроме того, величина электродвижущей силы напрямую зависит от длины проводника. Поэтому количество рамок делают большим, а их совокупность и составляет обмотку вращающейся части генератора — якоря.

Для последовательного соединения витков обмотки, конец предыдущего нужно соединить с началом следующего. Делают это на полукольцах или, как их называют, пластинах. Их количество будет равняться количеству витков.

Другим фактором, влияющим на величину Е, является сила магнитного поля. Индукция магнитного потока обычного магнита слишком маленькая, а потери в среде между двумя полюсами наоборот очень большие.

Для решения первой проблемы вместо постоянного магнита используют гораздо более сильный электромагнит. Для решения второй проблемы сердечник якоря выполняют из стали. Также уменьшают до самого минимума зазор между якорем генератора и полюсами электромагнита.

Ток, протекающий в якоре, образуют своего рода электромагнит, и создает свое магнитное поле. Это явление называется реакция якоря. В нем также возникает реактивная э.д.с. Вместе они искажают магнитное поле. Чтобы это скомпенсировать, устанавливаются добавочные полюса. Они включаются в цепь якоря и полностью перекрывают это негативное воздействие.

По источнику тока возбуждения генераторы бывают:

  • с независимым возбуждением;
  • с самовозбуждением.

Необходимый для работы генератора магнитный поток создается благодаря току, проходящему через обмотки главных полюсов. Этот ток называется током возбуждения. При независимом возбуждении обмотка питается от аккумулятора или другого источника питания. При самовозбуждении питается током якоря.

Благодаря тому, что сердечники полюсов обладают остаточным магнетизмом, они создают небольшой магнитный поток. Если якорь начинает вращаться, этого потока достаточно для появления в витках якоря небольшого индукционного тока.

Этот ток, попадая в обмотку возбуждения полюсов, усиливает рабочий магнитный поток. Это приводит к увеличению тока в якоре и происходит цепная реакция. Таким образом, генератор быстро выходит на расчетную мощность.

По схеме подключения обмотки якоря к обмотке возбуждения генераторы с самовозбуждением делятся на три типа:

  • с параллельным возбуждением;
  • с последовательным возбуждением;
  • со смешанным возбуждением.

Схема возбуждения влияет на характеристики генератора и особенности его применения. Основным его параметром является внешняя характеристика, выражающая зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки при заданной частоте вращения и параметрах возбуждения. Также к основным характеристикам относится мощность и КПД, который достигает 90-95%.

Автомобильные генераторы.


Генераторные установки




Генераторная установка, или, как ее обычно называют – генератор, является основным источником электрического тока на автомобиле. Следует отметить, что генераторная установка включает не только генератор, как таковой, но и его привод, а также устройства для регулирования и преобразования вырабатываемого напряжения.

Генераторами называют электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. В принципе генераторами электрической энергии являются машины, преобразующие любой вид энергии – тепловую, ядерную, химическую, световую и т. д. в электрическую. Но традиционно сложилось так, что генераторами обычно называют машины, преобразующие механическую энергию движения в электроэнергию.
Чаще всего для такого преобразования в генераторах используют механическую энергию вращения одного из элементов конструкции, называемого якорем или ротором.
Принципиально возможно преобразование механической энергии поступательного движения какого-либо тела в электрическую энергию, но такой тип генераторов на практике не используется из-за сложности конструкции и малой эффективности.

Автомобильный генератор получает механическую энергию от коленчатого вала двигателя, с которым связан приводом, чаще всего - клиноременным или плоскоременным. Полученная в результате работы генератора электрическая энергия используется для питания электропотребителей автомобиля - системы зажигания, освещения и сигнализации, электрических приводов и контрольно измерительных приборов, компьютерных устройств и т. п., а также для зарядки аккумуляторной батареи.
Поскольку количество и суммарная мощность потребителей электроэнергии в современных автомобилях прогрессивно растет, используемые для получения электрической энергии генераторы обладают высокой мощностью, которая может достигать 1 кВт и даже более. Эту мощность генератор «отнимает» у двигателя, снижая его динамические и экономические показатели. Тем не менее, с такими потерями приходится мириться, поскольку современный автомобиль, даже дизельный, без электрической энергии далеко не уедет.

На автомобилях могут применяться генераторы постоянного или переменного тока.

***

История изобретения генератора

Работа генератора, преобразующего механическую энергию в электроэнергию, основана на явлении магнитоэлектрической индукции, которое обычно (и не совсем правильно) называют явлением электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция - явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Практически это может быть достигнуто, например, перемещением металлической рамки в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом.
Явление было открыто и описано английским физиком Майклом Фарадеем (Michael Faraday, 1791–1867) в 1831 году.
Изучением природы электрических явлений при воздействии на проводник постоянным магнитом занимались многие ученые, однако Фарадей первым опубликовал свои опыты и сделал надлежащие выводы.

Анализируя результаты опытов по изучению электромагнитной индукции Фарадей обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока - изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.
Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Возникновение ЭДС объясняется действием сил магнитного поля на находящиеся в проводниках свободные электроны, которые начинают направленно перемещаться, скапливаясь на одном из концов проводника. В итоге этого движения электронов на одном конце проводника возникнет отрицательный электрический заряд, а на другом конце - положительный.

Разность потенциалов на концах проводника численно равна индуцированной в проводнике ЭДС. Индуцирование ЭДС в проводнике происходит независимо от того, включен ли он в какую-либо электрическую цепь либо нет. Если присоединить концы этого проводника к какому-либо приемнику электрической энергии, то под воздействием разности потенциалов по замкнутой цепи потечет электрический ток.

Считается, что первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижским изобретателем Ипполитом Пикси (Hippolyte Pixii, 1808–1835). Этот генератор годился лишь для демонстрационных целей, а не для практического использования, поскольку приходилось вручную вращать тяжёлый постоянный магнит, благодаря чему в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.
В дальнейшем генератор Пикси был усовершенствован, и стал применяться в различных областях машиностроения.

***

Генераторы постоянного тока

До 60-х годов основным источником энергии автомобилей являлись генераторы постоянного тока, в которых, как и следует из названия, механическая энергия преобразуется в электрическую энергию постоянного тока.

Генератор постоянного тока состоит из статора - неподвижного корпуса с размещенными в нем электромагнитными элементами, вращающегося якоря с обмотками, и коллектора со щеточным узлом.
Якорь снабжен несколькими обмотками из токопроводящих катушек, которые при вращении якоря пересекают магнитное поле неподвижного статора, в результате чего в обмотках индуцируется электродвижущая сила - ЭДС.
Величина ЭДС в обмотках при вращении якоря постоянно изменяется по величине и по направлению в зависимости от положения катушек относительно магнитного поля статора.
Посредством коллекторного узла индуцируемая в обмотках статора ЭДС снимается в электрическую цепь для дальнейшей обработки и приведения к требуемым параметрам.

Принцип работы генератора постоянного тока основан на том, что если в постоянном магнитном поле вращать токопроводящую рамку с разомкнутыми концами, в ней индуцируется ЭДС, а на ее концах рамки появляется разность потенциалов.

Упрощенная схема генератора постоянного тока приведена на рис. 1.
В магнитном поле постоянного магнита вращается стальной цилиндрический сердечник, в продольных пазах которого размещен диаметральный виток abcd. Начало d и конец a этого витка присоединены к двум взаимно изолированным медным полукольцам, образующим коллектор, который вращается вместе со стальным сердечником.
По коллектору скользят неподвижные контактные щетки А и В, от которых отходят провода к потребителю энергии R. Стальной сердечник с витком (обмоткой) и коллектором образует вращающуюся часть генератора постоянного тока – якорь.

Если с помощью какой-либо внешней силы вращать якорь, то стороны витка будут пересекать магнитное поле, и в обмотках якоря будет возникать ЭДС, величина которой определяется по формуле:

e = 2Blv,

где B – индукция; l – длина стороны витка; v – скорость перемещения пазовых сторон витка.

Так как длина и скорость перемещения пазовых сторон обмотки якоря неизменны, то ЭДС обмотки якоря прямо пропорциональна B, а форма графика ЭДС определяется законом распределения магнитной индукции B, размещенной в воздушном зазоре между поверхностью якоря и полюсом самого магнита. Так, например, магнитная индукция в точках зазора, лежащих на оси полюсов, имеет максимальные значения (рис. 2, а): под северным полюсом (N) – положительное значение и под южным полюсом (S) – отрицательное. В точках n и n’, лежащих на линии, проходящей через середину межполюсного пространства, магнитная индукция равна нулю.

Допустим, что магнитная индукция в воздушном зазоре рассматриваемой схемы распределяется синусоидально:

B = Bmax×sinα.

Тогда ЭДС витка при вращении якоря будет также изменяться по синусоидальному закону. Угол α определяет изменение положения якоря относительно исходного положения.



На рис. 2, а показан ряд положений витка abcd (обмотки) в различные моменты времени за один оборот якоря.
При α = 360˚ ЭДС якоря равна нулю, а при α = 270˚ - имеет максимальное значение, причем отрицательное.
Таким образом, в обмотке якоря генератора постоянного тока наводится переменная ЭДС, и, следовательно, при подключении нагрузки в обмотке будет действовать переменный ток (рис. 2, б – линия 1).

За время второго полуоборота якоря, когда ЭДС и ток в обмотке якоря отрицательны, ЭДС и ток во внешней цепи генератора (в нагрузке) не меняют своего направления, т. е. остаются положительными, как и в течение первой половины оборота якоря.

Действительно, при α = 90˚ щетка А соприкасается с коллекторной пластиной проводника d, расположенного под полюсом N, и имеет положительный потенциал, а щетка В – отрицательный, так как она соприкасается с пластиной коллектора, соединенной со стороной a витка, находящейся под полюсом S.

При α = 270˚, когда стороны a и d поменялись местами, щетки А и В сохраняют неизменной свою полярность, так как полукольца коллектора также поменялись местами и щетка А по-прежнему имеет контакт с коллекторной пластиной, связанной со стороной, находящейся под полюсом N, а щетка В – с коллекторной пластиной, связанно со стороной, находящейся под полюсом S.
В результате ток во внешней цепи не изменяет своего направления (рис. 2, б – линия 2), т. е. переменный ток обмотки якоря с помощью коллектора и щеток преобразуется в постоянный ток.
Ток во внешней цепи постоянен лишь по направлению, а его величина изменяется, т. е. он пульсирует, как показано на графике рис. 2, б.

Пульсация тока и ЭДС значительно ослабляются, если обмотку якоря выполнить из большого числа равномерно расположенных и распределенных по поверхности сердечника витков и увеличить соответственно число коллекторных пластин.
Например, в двух витках на сердечнике якоря (четырех пазовых сторонах), оси которых смещены относительно друг друга на угол 90˚, и четырех пластинах в коллекторе (рис. 3, а).
В этом случае ток во внешней цепи генератора пульсирует с удвоенной частотой, но глубина пульсации значительно меньше (рис. 3, б). Если витков в обмотке якоря от 12 до 16, то ток на выходе из генератора практически постоянен.

На рис. 4 приведена конструкция генератора постоянного тока.

***

Генераторы переменного тока


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Двигатель генератор Грамма | Свободная энергия

Новые электрические машины с обмоткой Грамма. Н.Н. Громов

   Цель настоящей работы - доказательство теоремы о том, что принцип обратимости электрических машин не является всеобщим и выполняется не для всех схем электрических машин.

    Настоящая работа выполнена по результатам теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором в период с декабря 2005 г. по декабрь 2006 г. Доказана теорема опровергающая незыблемость принципа обратимости электрических машин, открытого Э.Х. Ленцем в 1838 г., и позволяющая рассматривать его только как частный случай, определяющий характеристики движения одиночного проводника или рамки с током в магнитном поле. Изложенные в настоящем документе физические принципы и рассмотренные устройства могут быть использованы любым физическим или юридическим лицом, но не могут быть запатентованы и использованы для монопольного производства технических устройств на этих физических принципах.

   Введение.

   Вплоть до 1870 г. ни одна из существовавших машин даже при употреблении вместо стальных магнитов более сильных электромагнитов не давала возможности получать мало изменяющийся по силе ток. Только в этом году, благодаря употреблению Граммом вышеописанного железного цилиндра (или кольца), обмотанного проволокой и помещенного между концами электромагнита, намагничивающегося тем же током, который развивается во вращающейся обмотке, впервые появилась электромагнитоэлектрическая машина, способная давать почти вполне постоянный ток. Железный, цилиндрический или имеющий форму кольца сердечник, окруженный кольцевой проволочной обмоткой, т. е. так называемое кольцо Грамма, представляет собой изобретение, положившее начало всей современной электротехнике.

   Машина Грамма представляла собой машину постоянного тока современного типа. Однако она была изменена в 70-80-х годах 19 века. Одно из наиболее существенных изменений заключалось в замене кольцевого якоря барабанным, и было осуществлено в 1873 г. немецким электротехником Ф. Гефнер-Альтенеком. Тогда считалось, что основным недостатком кольцевого якоря являлось плохое использование меди в его обмотке, так как части витков обмотки, находившиеся на внутренней поверхности кольца, не использовались. Другой аргументации в исторической литературе не приводится. В барабанном якоре обе стороны каждой секции участвуют в генерировании э.д.с., а не работают только лобовые части обмотки. С 1878 г. барабанный якорь стали делать зубчатым, к началу 90-х годов 19 века последовал еще ряд изменений в барабанном якоре для повышения его эффективности и кольцевой якорь Грамма перестал широко применяться. Однако до наших дней ходят слухи о каких-то особенных свойствах кольцевого якоря Грамма.

   Фролов Александр Владимирович в интервью Спецвыпуску Xakep, номер 2001-11, стр. 011-020-4 сказал «... Думаю, что многое придется заново изобретать, даже генератор Грамма. Этот тип генератора был изобретен раньше привычного нам барабанного генератора и мотора. Из генератора Грамма нельзя получить мотор, если подать на обмотку напряжение. Но именно поэтому его ротор, в отличие от ротора барабанного типа, не тормозится при подключении нагрузки. В таком генераторе слабый механический привод (тогда применялись паровые машины или водяное колесо) может производить любую мощность, которая определяется параметрами магнитов и обмотки. Тогда думали об эффективности системы и не ограничивались 100%».

   Фролов А.В. посвятил этому вопросу ряд статей и провел экспериментальные исследования с целью подтверждения этих слухов. Однако они не увенчались успехом. В период с декабря 2005 г. по декабрь 2006 г. автором проводился комплекс теоретических и экспериментальных исследований по теме «Необратимая униполярная электрическая машина» и в процессе их проведения выяснились некоторые особенности, связанные с кольцевой обмоткой Грамма. Настоящая работа выполнена по результатам этих теоретических и экспериментальных исследований.

   В настоящей работе намеренно не приводится математический аппарат, а основное внимание уделено физике процессов. Читатель может самостоятельно «привязать» математику в объеме своих знаний. Для понимания излагаемых физических процессов, достаточно математического аппарата в объеме средней школы.

Синхронный генератор с обмоткой Грамма

   Практически во всех учебниках по электротехнике приводится схема синхронного генератора с обмотками Грамма Рис. 1, которая сопровождается примерно таким «невнятным» описанием.

Рис. 1

   «Если вращать ротор генератора с помощью двигателя и подавать в обмотку возбуждения постоянный ток, то магнитное поле, создаваемое ротором, будет пересекать обмотки, расположенные на статоре, и наводить в них напряжение. Когда возле обмотки будет проходить северный полюс электромагнита, ток потечет в одном направлении, когда около этой же обмотки будет проходить южный полюс электромагнита, то ток потечет в обратном направлении. Изменение тока происходит плавно по синусоиде».

   Однако «дыма без огня не бывает». И решение о каких-то особенных свойствах кольцевого якоря Грамма должно быть очень простым, учитывая уровень развития электротехники в конце 19 века. Поэтому в длительных размышлениях о «генераторе Грамма» не имеющем сопротивления вращению ротора, секрет изготовления которого считался утерянным навсегда, пришел к выводу о том, что для устранения, тормозящего электромагнитного момента у синхронного генератора, необходимо свести к минимуму взаимодействие магнитных полюсов обмотки якоря и обмотки возбуждения. Для этого у синхронного генератора обмотки якоря необходимо намотать по схеме Грамма. Обмотки, выполненные по схеме Грамма, имеют возможность генерирования электрической мощности без взаимодействия своих полюсов с полюсами обмотки возбуждения. Генерирование электрической мощности в них осуществляется только за счет пересечения проводников с одной стороны обмотки движущимся вектором магнитной индукции обмотки возбуждения.

   В промежутках между обмотками ток нагрузки будет создавать магнитные полюсы, за счет которых возникает электромагнитный момент сопротивления вращению ротора и механическую мощность для поддержания заданной частоты вращения по мере увеличения нагрузки необходимо повышать.

   Исключить взаимодействие магнитных полюсов статора с магнитными полюсами ротора можно очень простым способом, который заключается в «развороте» магнитных полюсов обмотки якоря на 180 градусов и их «короткое магнитное замыкание» по не рабочей поверхности.

   На Рис. 2 приведен поперечный разрез простейшего трехфазного синхронного генератора, не имеющего тормозящих электромагнитных моментов. Принцип его работы понятен из рисунка и особых пояснений не требует. Для вращения ротора и получения максимальной электрической мощности «по железу и обмоткам» следует преодолеть только трение вращения в подшипниках, и аэродинамическое трение ротора. Исполнение может быть однофазным, двухфазным или трехфазным.

   Для подобной конфигурации ротор «не видит» магнитные полюсы статора и электромагнитного момента между ротором и статором не возникает.

   Проверить это высказывание можно элементарно с использованием законов Ома и Кирхгофа для магнитной цепи. Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем и током нагрузки в рабочем зазоре за счет перпендикулярного входа магнитных силовых линий в поверхность ротора прикладываются к его оси и тангенциальных составляющих для ротора не имеют.

Рис. 2

Рис. 3

   На Рис. 3 приведен поперечный разрез однофазного синхронного генератора. В принципе возможно создание генераторов с обмотками Грамма на различное количество полюсов. Генераторы, построенные по приведенным выше схемам, не могут работать в качестве электродвигателей из-за отсутствия электромагнитного момента вращения.

   Из изложенного выше можно сделать вывод о том, что открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующее свойство материального мира, заключающееся в том, что в синхронном генераторе с обмотками по схеме Грамма, при магнитном замыкании полюсов обмоток якоря по независимому магнитному пути, тормозящий электромагнитный момент ротора внешнему вращению исключается и остается только сопротивление трения в подшипниках и аэродинамическое сопротивление вращающегося ротора.

   На основе, проведенной инженерной оценки синхронного генератора с обмотками типа Грамма, можно сделать вывод о том, что в процессе его работы существует возможность отбора части электрической мощности и преобразования ее в механическую мощность для обеспечения собственных нужд (вращения ротора генератора). На Рис. 4 приведен один из вариантов схемы такого отбора.

Рис. 4

   Неподвижность симметричного магнитного поля относительно аксиальной оси намагничивания.

   В процессе выполнения настоящей работы столкнулся с тем, что для постоянных магнитов и электромагнитов нигде не описано экспериментально открытое А.Л Родиным свойство симметричных, относительно оси вращения, их полюсных окончаний сохранять магнитное поле неподвижным. Открытие этого свойства для постоянных магнитов и электромагнитов имеет очень большое практическое значение. Постараемся это увидеть при дальнейшем изложении результатов теоретических и экспериментальных исследований свойств постоянных магнитов и электромагнитов.

   С удовольствием прочитал вышедшую в 1994 г. книгу М. Ф. Острикова «Новые проявления магнетизма». Он нашел несколько применений для кольцевых постоянных магнитов и защитил их авторскими свидетельствами и патентами. Однако широкого применения в технике и повседневной жизни они не получили.

   Следует отметить, что в книге много внимания уделено магнитному «балджу» и теоретизированию о строении Вселенной, магнитном монополе и т.п., таким вопросам, якобы вытекающим из строения постоянного кольцевого магнита, которые далеки от реалий. Однако совсем не упоминаются эффекты, открытые А.Л Родиным которые, опубликованы в журнале "Изобретатель и рационализатор", № 2, 1962 г. «Туман над магнитным полем». О. Сердюков.

   Приведу две выдержки из этой статьи.

«…- Ну а теперь, если вращать магниты и диск вместе, соединив их в единый ротор?

- Да вроде бы не должно быть тока, - уже неуверенно сказал я. - Ведь они относительно неподвижны...

Однако вращающиеся вместе диск и магниты ток дали».

«…А затем Родин продемонстрировал мне двигатель без статора, подсоединив один из проводов, идущих от выпрямителя, к оси, на которой сидят диск и магниты, а другой поднес прямо к диску - вся система закрутилась».

   Попробуем несколько рассеять «туман над магнитным полем». Рассмотрим постоянный кольцевой магнит с точки зрения подхода Ампера к магнитным полюсам. По его теореме, эквивалентную схему постоянного кольцевого магнита можно представить двумя токами, протекающими в противоположных направлениях, по внешней и внутренней радиальным сторонам кольца. Эквивалентная схема приведена на Рис.1.

Рис. 5

   Рассматривая схему Рис.5 можно уверенно говорить, что при вращении тела магнита вокруг аксиальной оси структура магнитного поля остается неподвижной, поэтому оно и не взаимодействует с проводниками, расположенными в его силовых линиях. На вопрос – «Почему так получается?» можно ответить следующим образом – магнитное поле это результат протекания тока (движения зарядов) и дополнительное внешнее движение по ходу или против хода зарядов на структуру и положение магнитных силовых линий влияния не оказывает. С целью проверки этого утверждения был изготовлен электромагнитный аналог кольцевого магнита постоянного тока. Его схематическое изображение приведено на Рис. 6.

Рис. 6

   С его использованием были повторены опыты А.Л. Родина. Результаты опытов полностью подтвердились. На Рис. 7 – Рис. 9 приведены конструкция электрической машины А.Л. Родина и схемы ее работы в генераторном и двигательном режиме. Работу конструкции электродвигателя А.Л. Родина без статора можно объяснить тем, что проводящий диск (ротор) увлекает вместе с собой магниты статора. Магниты вращаются, но поле статора неподвижно.

   Работа в режиме генератора без статора объясняется точно так же. Проводящий диск ротора с жестко закрепленными на нем магнитами статора вращается под действием внешнего момента в неподвижном магнитном поле статора. В своих конструкциях А.Л. Родин использовал именно кольцевые постоянные магниты с аксиальным намагничиванием.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

   Исследованию подвергались также дисковые и стержневые постоянные магниты и электромагниты с аксиальным намагничиванием. В результате был сформулирован вывод: «Для постоянных магнитов и электромагнитов присуще свойство симметричных, относительно оси вращения совпадающей с осью намагничивания, их полюсных окончаний сохранять в неподвижности магнитное поле». 

   Этот вывод дает ответ на многие вопросы, связанные с использованием кольцевых, дисковых и стержневых постоянных магнитов и электромагнитов в качестве роторов электродвигателей. Его всегда следует учитывать при конструировании электрических машин.


   Электродвигатель с обмоткой Грамма.

   В процессе проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований по темам «Необратимая униполярная электрическая машина» и «Электрическая машина с вращающимися полюсами в цепи возбуждения» рассматривалась возможность применения кольцевой обмотки Грамма.

Рис. 10

 Эксперименты и теоретические исследования показали высокую эффективность применения обмотки Грамма при построении униполярных электродвигателей постоянного тока. На Рис. 10 приведена схема одного из экспериментов с использованием обмотки Грамма.

Рис. 11

 При проведении эксперимента наличие вращательного движения было четко выражено. Этот факт был положен в основу разработанного электродвигателя постоянного тока торцевой конструкции без коллектора и инвертора Рис. 11. Разработанная схема электродвигателя без коллектора и инвертора предназначена для работы в сложных условиях (вакууме, при наличии легковоспламеняющихся смесей в атмосфере и т.п.). Вместо постоянного кольцевого магнита для возбуждения электродвигателя применен электромагнит, у которого более подходящая картина магнитного поля для работы электродвигателя. Якорь из двух обмоток типа Грамма, соленоид возбуждения и магнитная система двигателя выполнены неподвижными. Силовое взаимодействие между якорем и ротором в рабочих зазорах обеспечивается за счет «магнитных линз». Эти взаимодействия могут быть использованы при получении СЭ без «абракадабры» об эфире и т.п., а на основе только классических физических законов и понятий. 

   Дальнейшее изучение обмотки типа Грамма применительно к электродвигателям постоянного тока дало результаты, которые не ожидались:

  1. Открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующее свойство материального мира, заключающееся в том, что тороидальный сердечник с обмотками по схеме Грамма, в комбинации с постоянными магнитами или электромагнитами может вращаться вокруг аксиальной оси, образуя электродвигатель постоянного тока без статора и при этом ЭДС вращения в обмотках не индуцируется.

  2. Открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующее свойство материального мира, заключающееся в том, что тороидальный сердечник с обмотками по схеме Грамма, в комбинации с постоянными магнитами или электромагнитами может осуществлять движение без опоры за счет протекания постоянного тока через обмотки и при этом противодействующая ЭДС в обмотках не индуцируется.

   Это привело меня в шок, который до сих пор не прошел. Не буду детально расписывать процессы, происходящие в двигателе и движителе без опоры. Приведу только рисунки и данные по сердечникам и обмоткам.

   Эксперименты проводились с двумя типами кольцевых сердечников 64х37х12 2500 НМ и 35х25х20 пермаллой. Две обмотки располагались симметрично по диаметру сердечников и содержали по 200 витков провода ПЭЛ 0,35 намотанных виток к витку в пять слоев. Магниты использованы «разнокалиберные» ферритовые от магнитных защелок. В качестве дополнительных магнитопроводов использовались четырехслойные конструкции из белой жести от консервных банок. Испытания проводились на крутильных весах с подвесом 12 см из мононити (рыболовная леска 0,1 мм). Питание подавалось о выпрямителя =14 В через ограничительное сопротивление R = 8 Ом. Эффекты, отраженные на рисунках настолько отчетливы, что просто шокируют.

Рис. 12

Рис. 13

   Теорема о том, что принцип обратимости электрических машин не является всеобщим и выполняется не для всех схем электрических машин, доказана.

   В условиях действующих промышленных предприятий выпускающих электродвигатели можно в кратчайшие сроки наладить серийное производство, как энергосберегающих электродвигателей, так и движителей, не требующих опоры.

   Тот, кто будет первым, тот и выиграет. Жаль, что Российские бизнес и власть не понимают этого.

   Литература:

1. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик- Романов и др. – М.: Сов. энциклопедия, 1983.

2. Хвостов В.С. Электрические машины. Машины постоянного тока: Учеб. для студ. электром. спец. вузов / Под ред. И.П. Копылова. – М.: Высш . шк., 1988.

3. Бут Д. А. Бесконтактные электрические машины. – М.: Высшая школа, 1990.

4. Громов Н.Н. Электрическая машина с вращающимися полюсами в магнитной цепи возбуждения. Нижний Новгород, 2006.

5. Громов Н.Н. Необратимая униполярная электрическая машина. Нижний Новгород, 2001.

Н.Н. Громов

Нижний Новгород

2006 г.

Материал взят с сайта www.skif.biz

Переменный ток - IB Physics Stuff

11.3.1 Опишите ЭДС. индуцируется в катушке, вращающейся в однородном магнитном поле.
11.3.2 Объясните работу основного генератора переменного тока (переменного тока).

В обоих случаях выше напряжение непостоянно, напряжение зависит от угла наклона катушки. Помните, что э.м.ф. наведенная на проводник в магнитном поле:

(1)

\ begin {align} \ epsilon = \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} = \ frac {\ Delta (AB \ cos \ theta)} {\ Delta t} \ end {align}

Если рычаг приводится в движение внешней силой, то будет генерироваться ток, а механическая энергия преобразуется в электрическую.И наоборот, если приложено напряжение, рычаг будет вращаться, генератор работает как двигатель. Единственное различие между электрическим генератором и электродвигателем заключается в том, к какому концу приложена внешняя сила.

Блок питания переменного тока на принципиальной схеме обозначен символом:

Может представлять генератор или любой другой источник переменного тока.

11.3.3 Определите понятия среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока.

Напряжение и ток в цепи переменного тока изменяются от положительных до одинаково отрицательных значений, так что каковы напряжение и ток.Как вы проводите расчеты с цепью переменного тока? Среднее значение напряжения и тока равно нулю, что бесполезно. Вместо этого мы определяем среднюю мощность.

Мощность определяется как:

(2)

\ begin {уравнение} P = VI \ end {уравнение}

Среднюю мощность можно определить как:

(3)

\ begin {align} P = \ frac {V_0 I_0} {2} \ end {align}

Где $ V_0 $ и $ I_0 $ - пиковое или максимальное значение напряжения и тока соответственно. Отсюда мы можем написать:

(4)

\ begin {align} P = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}} \ frac {I_0} {\ sqrt {2}} \ end {align}

Что математически эквивалентно приведенной выше формуле, отсюда мы можем определить так называемое среднеквадратичное напряжение и среднеквадратичный ток:

(5)

\ begin {align} V_ {rms} = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}} \ end {align}

(6)

\ begin {align} I_ {rms} = \ frac {I_0} {\ sqrt {2}} \ end {align}

Эти уравнения находятся в вашей книге формул IB.

Обратите внимание, что этот аргумент на самом деле обратный. Среднеквадратичные значения являются средними значениями синусоидальной функции (найдите ее), и оттуда мы переходим к средней мощности

При выполнении расчета для цепи переменного тока правила Кирхгофа и определение сопротивления остаются в силе до тех пор, пока используются среднеквадратичные значения тока и напряжения.

11.3.4 Решение проблем цепи переменного тока для омических резисторов.
11.3.5 Опишите компоненты и характеристики идеального трансформатора и объясните его работу

Трансформатор предназначен для изменения напряжения в электрической цепи.Это делается в системах передачи энергии, компьютерах и большей части электрического оборудования.

Базовый трансформатор состоит из железного сердечника, часто имеющего форму полого прямоугольника. Вход и выход находятся на противоположных сторонах трансформатора. Вход и выход намотаны или намотаны вокруг трансформатора, соотношение входных и выходных катушек определяет, как преобразовываются напряжение / ток.

Трансформатор должен подчиняться закону сохранения энергии. В идеальном трансформаторе входная мощность равна выходной мощности.Таким образом, если трансформатор используется для повышения напряжения, ток должен уменьшаться, если трансформатор используется для понижения напряжения, ток должен повышаться.

Так как это работает? Входом является переменный ток, который генерирует переменное магнитное поле в железном сердечнике, которое, в свою очередь, генерирует переменный ток в выходных катушках. Следует отметить, что трансформаторы описанного выше типа работают только в цепях переменного тока.

Коэффициент изменения магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой (входом), составляет:

(7)

\ begin {align} \ frac {\ Delta \ Phi_p} {\ Delta t} = -N_p \ epsilon_p \ end {align}

Изменение потока во вторичной катушке пропорционально изменению потока в первичной катушке:

(8)

\ begin {align} \ frac {\ Delta \ Phi_p} {\ Delta t} \ propto \ frac {\ Delta \ Phi_s} {\ Delta t} \ end {align}

Если трансформатор на 100% эффективен (идеальный трансформатор), мы можем сказать:

(9)

\ begin {align} -N_p \ epsilon_p = -N_s \ epsilon_s \ end {align}

Таким образом, соотношение напряжений (т.е.м.д.) равно отношению количества витков или витков вокруг катушки трансформатора:

(10)

\ begin {align} \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {N_p} {N_s} \ end {align}

Где нижний индекс p соответствует первичному (или входу), а s - вторичному (или выходному). Это уравнение есть в вашей книге формул IB.

11.3.6 Объяснить использование повышающих и понижающих трансформаторов высокого напряжения при передаче электроэнергии.

Когда передается мощность, требуются очень высокие напряжения и токи для передачи энергии, достаточной для домашнего или промышленного использования.2 R \ end {формула}

Таким образом, если используется большой ток, большая часть мощности теряется на тепло, прежде чем оно попадет к пользователю. Поэтому, когда мощность передается на большие расстояния, используются трансформаторы для повышения напряжения, чтобы ток был низким и тратится лишь небольшое количество энергии. В высоковольтных линиях электропередачи мощность передается при напряжениях более 100 000 В! Это приводит к очень слабому току, но более опасно, поскольку высокое напряжение может вызвать искрение на больших расстояниях, что делает его не очень подходящим для использования в домашних условиях.В результате используется другой трансформатор для понижения напряжения до того, как оно попадет к пользователю. Часто бывает несколько трансформаторов, последний из которых находится в последнем здании или на небольшом расстоянии (10-30 м).

На принципиальной схеме трансформаторы имеют обозначение:

11.3.7 Решить проблемы эксплуатации идеальных трансформаторов и передачи энергии

Хм, наверное, тоже неплохо бы добавить. 🙂


Хотите добавить или прокомментировать эти заметки? Сделайте это ниже.

PPT - Генератор переменного тока Презентация PowerPoint, скачать бесплатно

  • By FLORENCE OCTAVIA PGT - PHY KV2 AFS, TAMBARAM Генератор переменного тока

  • Определение: • Переменное напряжение может создаваться вращением катушки в магнитном поле или вращая магнитное поле внутри неподвижной катушки. • Величина генерируемого напряжения зависит от • количества витков в катушке • силы поля • скорости вращения катушки или магнитного поля

  • ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

  • ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

  • Принцип E.М.И. (Электромагнитная индукция) • Когда замкнутая катушка вращается в однородном магнитном поле с осью, перпендикулярной магнитному полю, магнитный поток, связанный с катушкой, изменяется, и возникает наведенная ЭДС и, следовательно, возникает ток.

  • конструкция • Полевой магнит: сильный постоянный магнит или электромагнит. (N-S) • Якорь: ABCD - прямоугольная катушка. Состоит из большого изолированного медного провода без витков, намотанного на цилиндрический сердечник из мягкого железа. Он вращается вокруг оси, перпендикулярной магнитному полю полевого магнита.• Контактные кольца: два латунных кольца соединены с двумя концами катушки. При вращении катушки якоря контактные кольца также вращаются вокруг оси вращения. • Щетки: два графитовых стержня B1 и B2 остаются фиксированными в своем положении, но поддерживают скользящий контакт с контактными кольцами, а ток, индуцированный в катушке, подается во внешнюю цепь через щетки.

  • МАГНИТ КОЛЬЦЕВАЯ ЩЕТКА АРМАТУРЫ

  • НАПРАВЛЕНИЕ АРМАТУРЫ

  • рабочее • По мере вращения якоря связанный с ним поток изменяется, и в нем индуцируется ток.• Когда катушка вращается, согласно правилу Флеминга, ток течет в одном направлении в течение первой половины оборота катушки. • Во время второго полуоборота направление тока меняется на противоположное. • Направление тока меняется на противоположное после каждого полупериода. Следовательно, переменный ток вырабатывается генератором.

  • ИНДУЦИРОВАННАЯ ПЕРЕМЕННАЯ ЭДС

  • Фазорная диаграмма

  • Выражение для индуцированной ЭДС • Пусть N = количество витков в катушке A = площадь каждого витка B = величина магнитного поля поле Ө = угол, который нормальный к катушке образует с полем B в любой момент времени t.ω = угловая скорость, с которой вращается катушка.

  • Индуцированная ЭДС • Магнитный поток, связанный с катушкой в ​​любое время t, будет ф = NBAcosӨ = NBAcosωt индуцированная ЭДС E = -dф / dt = -d (NBAcos ωt) / dt = NBAωsin ωt E = E0 sin ωt, где E0 = NAB ω - пиковое значение наведенной ЭДС, а наведенная ЭДС синусоидально изменяется со временем.

  • Электромагнитные силы и поля

    Стержневой магнит притягивает железные предметы к своим концам, называемым полюсами .Один конец - это северный полюс , а другой - южный полюс . Если стержень подвешен так, чтобы он мог свободно двигаться, магнит выровняется так, чтобы его северный полюс указывал на географический север Земли. Подвешенный стержневой магнит действует как компас в магнитном поле Земли. Если два стержневых магнита поднести близко друг к другу, одинаковые полюса будут отталкивать друг друга, а разные полюса притягиваться друг к другу. (Примечание: согласно этому определению, магнитный полюс под северным географическим полюсом Земли является южным полюсом магнитного поля Земли.)

    Это магнитное притяжение или отталкивание можно объяснить как влияние одного магнита на другой, или можно сказать, что один магнит создает магнитное поле в области вокруг себя, которое воздействует на другой магнит. Магнитное поле в любой точке - это вектор. Направление магнитного поля ( B ) в определенной точке - это направление, в котором северный конец стрелки компаса указывает в этом положении. Линии магнитного поля , аналогичные силовым линиям электрического поля, описывают силу, действующую на магнитные частицы, находящиеся внутри поля.Железные опилки выровняются, чтобы обозначить структуру силовых линий магнитного поля.

    Сила движущегося заряда

    Если заряд движется через магнитное поле под углом, он испытывает силу. Уравнение задается следующим образом: F = q v × B или F = qvB sin θ, где q - заряд, B - магнитное поле, v - скорость и θ - угол между направлениями магнитного поля и скорости; таким образом, используя определение перекрестного произведения, определение магнитного поля равно

    Магнитное поле выражается в единицах СИ как тесла (Тл), которую также называют Вебером на квадратный метр:

    Направление F определяется по правилу правой руки, показанному на рисунке 1.

    Рисунок 1

    Используя правило правой руки, найдите направление магнитной силы на движущийся заряд.

    Чтобы найти направление силы, действующей на заряд, плоской рукой направьте большой палец в направлении скорости положительного заряда, а пальцы - в направлении магнитного поля.Направление силы находится вне ладони. (Если движущийся заряд отрицательный, укажите большим пальцем в направлении, противоположном его направлению движения.) С математической точки зрения эта сила представляет собой перекрестное произведение вектора скорости и вектора магнитного поля.

    Если скорость заряженной частицы перпендикулярна однородному магнитному полю, сила всегда будет направлена ​​к центру круга радиусом r , как показано на рисунке 2. x символизирует магнитное поле в плоскость бумаги - хвост стрелки.(Точка символизирует вектор из плоскости бумаги - кончик стрелки.)

    Рисунок 2

    Сила, действующая на заряд, движущийся перпендикулярно магнитному полю, направлена ​​к центру круга.

    Магнитная сила обеспечивает центростремительное ускорение:

    или

    Радиус пути пропорционален массе заряда.Это уравнение лежит в основе работы масс-спектрометра , который может разделять одинаково ионизированные атомы немного разных масс. Однократно ионизированным атомам придаются равные скорости, и поскольку их заряды одинаковы и они проходят через один и тот же B , они будут двигаться немного разными путями и затем могут быть разделены.

    Сила на проводнике с током

    Заряды, удерживаемые в проводах, также могут испытывать силу в магнитном поле.Ток (I) в магнитном поле ( B ) испытывает силу ( F ), заданную уравнением: F = I l × B или F = IlB sin θ, где l - длина провода, представленная вектором, указывающим в направлении тока. Направление силы можно определить по правилу правой руки, аналогичному показанному на рисунке. В этом случае направьте большой палец в сторону тока - направления движения положительных зарядов.Ток не будет испытывать силы, если он параллелен магнитному полю.

    Крутящий момент в токовой петле

    Цепь тока в магнитном поле может испытывать крутящий момент, если она свободно вращается. На рисунке (а) изображена квадратная петля из проволоки в магнитном поле, направленном вправо. Представьте на рисунке (b), что ось провода повернута на угол (θ) с магнитным полем, и что вид смотрит вниз на верхнюю часть петли. Размер x в круге обозначает ток, идущий на страницу от зрителя, а точка в круге обозначает ток, выходящий со страницы к зрителю.

    Рисунок 3

    Измерение поля переменного тока (ACFM®)

    • Интернет-магазин
    • Служба поддержки клиентов
    • О нас
    • Карьера
    • Свяжитесь с нами
    • FR
    • CN
    • ES
    • Продукты
    • Приложения
    • Промышленность
    • ресурсов
    • Академия Эддифи
    • Блог

    Приложения

    Поиск по активам

    Поиск по типу дефекта

    • Самолеты и космические аппараты
    • Болты и резьба
    • Теплообменники
    • Offshore
    • Трубопроводы
    • Железная дорога
    • Корабли
    • Танки
    • Трубы
    • Турбины
    • Суда
    • Дефекты отливки
    • Составные дефекты
    • Коррозия
    • Коррозия под изоляцией (CUI) и противопожарная защита (CUF)
    • Трещины
    • Дефекты трубок теплообменника
    • Картирование коррозии фазированных решеток
    • Контроль сварных швов с фазированной решеткой
    • Коррозионное растрескивание под напряжением
    • Дефекты сварки

    О компании Eddyfi Technologies

    • О нас
    • Наши бренды
    • Управленческая команда
    • Довольных клиентов
    • Новости
    • События

    Отрасли промышленности

    • Академические исследования и обучение
    • Аэрокосмическая промышленность
    • Энергия
    • Продукты питания и напитки
    • Тяжелая промышленность и горнодобывающая промышленность
    • Морское судоходство и судоходство
    • Городское водоснабжение и канализация
    • Морские и подводные работы
    • Энергетика
    • Железнодорожная и автомобильная промышленность
    • Безопасность и оборона

    Ресурсы

    • Примечания по применению
    • Программное обеспечение
    • Технологии
    • Видео и вебинары
    • Литература
    Ресурсы

    Программное обеспечение

    • Эддифи Лифт
    • Eddyfi Lyft Pro
    • Эддифи Магнифи
    • Eddyfi SurfacePro 3D
    • Eddyfi TubePro
    • Инуктун ИКОНА
    • Inuktun ICON Диагностика
    • M2M Приобрести
    • M2M Capture

    Генерация переменного напряжения - значение и процесс генерации переменного напряжения

    Напряжение, полярность которого меняется через определенные промежутки времени, называется переменным напряжением.Один полный цикл переменного количества состоит из двух полупериодов. И направление полупериода меняется через каждый определенный промежуток времени. Машина, генерирующая переменное напряжение, известна как генератор переменного тока.

    Переменное напряжение генерируется двумя способами.

    • Путем вращения катушки в однородном магнитном поле с постоянной скоростью
    • Путем вращения магнитного поля вокруг неподвижной катушки с постоянной скоростью.

    В небольших генераторах переменного тока катушка вращается между магнитным полем, тогда как в большом генераторе переменного тока магнитное поле вращается вокруг катушки из-за некоторых экономических соображений.

    Процесс создания переменного напряжения

    Рассмотрим неподвижные места катушки внутри однородного магнитного поля. Нагрузка подключается к катушке с помощью щеток и контактных колец. Когда катушка вращается против часовой стрелки с постоянной угловой скоростью ω, в катушке индуцируется электродвижущая сила. Поперечное сечение катушки в другом положении показано на рисунке ниже.

    Величина наведенной в катушке ЭДС зависит от скорости ослабления магнитного потока в проводнике.На рисунке ниже показано, что в катушке нет тока, когда они параллельны силовой линии магнитного поля. то есть в позиции (1), (2) и (3) . И общий поток, отсекаемый проводником, становится равным нулю.

    Величина индукционной ЭДС становится максимальной, когда проводник становится перпендикулярным магнитной силовой линии . В этом положении проводник отсекает максимальный поток.

    Направление индукции ЭДС в проводнике определяется правилом правой руки Флеминга.Когда катушка находится в положении (2), ЭДС индуцирует наружу от проводника, тогда как в положении (4) направление индуцирующей ЭДС становится внутрь.

    Другими словами, направление индукции ЭДС в проводнике в положениях (2) и (4) становится противоположным друг другу.

    Генератор вращающегося магнитного поля Тесла

    Уведомление о конфиденциальности для «Бесплатная энергия | в поисках бесплатной энергии и обсуждение бесплатной энергии»


    В соответствии с законодательством Европейского Союза мы обязаны информировать пользователей, осуществляющих доступ к сайту www.overunity.com "изнутри ЕС о файлах cookie, которые использует этот сайт, и информации, которую они содержат, а также о предоставлении им средств для "согласия" - другими словами, разрешить сайту устанавливать файлы cookie. Файлы cookie - это небольшие файлы, которые хранятся в вашем браузере, и у всех браузеров есть опция, с помощью которой вы можете проверять содержимое этих файлов и при желании удалите их.

    В следующей таблице подробно указано имя каждого файла cookie, его источник и то, что мы знаем об этой информации. файлы cookie:

    Cookie

    Происхождение

    Стойкость

    Информация и использование

    ecl_auth www.overunity.com Истекает через 30 дней Этот файл cookie содержит текст «Закон ЕС о файлах cookie - файлы cookie LiPF разрешены». Без этого файла cookie программное обеспечение Форумов не может устанавливать другие файлы cookie.
    SMFCookie648 www.overunity.com Истекает согласно выбранной пользователем продолжительности сеанса Если вы входите в систему как участник этого сайта, этот файл cookie содержит ваше имя пользователя, зашифрованный хэш ваш пароль и время входа в систему.Он используется программным обеспечением сайта для обеспечения таких функций, как указание Вам указываются новые сообщения форума и личные сообщения. Этот файл cookie необходим для правильной работы программного обеспечения сайта.
    PHPSESSID www.overunity.com Только текущая сессия Этот файл cookie содержит уникальное значение идентификации сеанса. Он установлен как для участников, так и для не-члены (гости), и это важно для правильной работы программного обеспечения сайта.Этот файл cookie не является постоянным и должен автоматически удаляться при закрытии окна браузера.
    pmx_upshr {ИМЯ} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie настроены для записи ваших предпочтений отображения страницы портала сайта, если панель или отдельный блок свернут или развернут
    pmx_pgidx_blk {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie предназначены для записи номера страницы для страницы портала сайта, если страница для индивидуальный блок изменен.
    pmx_cbtstat {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie настроены для записи состояния раскрытия / свертывания содержимого блока CBT Navigator.
    pmx_poll {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie настроены на запись идентификатора текущего опроса в блоке с несколькими опросами.
    pmx_ {fadername} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie предназначены для записи состояния блока Opac-Fader.
    pmx_LSBsub {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie предназначены для записи текущей категории и состояния статического блока категории.
    pmx_shout {ID} www.overunity.com Только текущая сессия Эти файлы cookie предназначены для записи текущего состояния блока окна крика.
    pmx_php_ckeck www.overunity.com Время загрузки страницы Этот файл cookie, вероятно, никогда вас не увидит. Устанавливается, если инициирована проверка синтаксиса блока PHP. и будет удален при выполнении функции.
    pmx_YOfs www.overunity.com Время загрузки страницы Этот файл cookie, вероятно, никогда вас не увидит. Он устанавливается на действия портала, такие как щелчок по номеру страницы.Файл cookie оценивается при загрузке нужной страницы и затем удаляется. Используется для восстановления вертикального положения экрана. как до щелчка.

    Примечания:
    1 Нам известно, что Google использует дополнительные файлы cookie, которые он хранит на вашем компьютере, и когда вы просматриваете наш сайт и все другие места. Они используются для таргетинга рекламы, и в настоящее время Google делает это без вашего разрешения. Четыре из эти файлы cookie, о которых мы знаем, называются «Rememberme», «NID», «PREF» и «PP_TOS_ACK» и хранятся в кеше Google на вашем компьютере.
    2 Если вы заходите на этот сайт с чужого компьютера, пожалуйста, спросите разрешения владельца, прежде чем прием файлов cookie.
    3 Ваш браузер предоставляет вам возможность проверять все файлы cookie, хранящиеся на вашем компьютере. Кроме того, ваш браузер отвечает за удаление файлов cookie «только текущего сеанса» и тех, срок действия которых истек; если ваш браузер не делая этого, вы должны сообщить об этом авторам вашего браузера.
    4 Приносим извинения и приносим извинения за любые неудобства участникам и гостям, посещающим наш веб-сайт. из-за пределов Европейского Союза. В настоящее время мы не можем опросить ваш браузер и получить информация о местоположении, чтобы решить, предлагать ли вам принимать файлы cookie.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *