Из чего состоит генератор переменного тока: Принцип работы генератора переменного тока автомобиля

Содержание

из чего состоит, типы, схема и назначение

Содержание статьи:

Генератор постоянного тока – это электротехническое оборудование, которое продуцирует напряжение постоянной величины. Устройство имеет довольно сложное техническое строение, которое можно назвать совершенством технической мысли.

Принцип действия

Генератор постоянного тока

Каждый проводник оснащен магнитом, к концам которого подключена нагрузка. При ее подключении по ним непрерывно протекает переменный ток. Природа его происхождения объясняется тем, что во время работы полюса магнита непрерывно меняются местами. На этом принципе основывается работа генератора переменного тока.

Чтобы ток не изменял своего направления, требуется успевать соединять точки коммутации нагрузки со скоростью аналогичной скорости вращения магнита. Справиться с поставленной задачей может только контроллер – небольшое электротехническое устройство, которое состоит из нескольких токопроводящих секторов, разделенных диэлектрическими пластинами. Оно фиксируется на якоре устройства и вращается с ним синхронно.

Электрическая энергия с якоря удаляется с помощью щеток. Используются чаще всего кусочки графита, обладающие высокой электропроводностью и низким коэффициентом трения.

Все эти процессы способствуют образованию на выходе электротехнической установки пульсирующего напряжения одной величины. Для сглаживания этой пульсации применяется несколько якорных обмоток. Чем их больше установлено, тем меньше будут броски напряжения на выходе.

Характеристики и строение

Как и абсолютное большинство других электрических агрегатов, генератор постоянного тока в свой состав включает статор и якорь.

Якорь изготавливают из стальных пластин с небольшими углублениями, в них помещаются обмотки. Их концы обязательно коммутируют с коллектором, который изготовлен из медных пластин, разделенных диэлектриками. По окончании сборки вал, якорь с обмотками и коллектор становятся одним целым.

Статор выполняет не только свою непосредственную функцию, но и является корпусом, к внутренней поверхности которого крепятся электрические магниты и постоянные.

Предпочтительнее первый вариант, их сердечники могут быть набраны из металлических пластин или отлиты вместе с корпусом. Еще на корпусе предусмотрены специальные отверстия для крепления токосъемных щеток.

Количество графитов будет изменяться в зависимости от количества полюсов магнитов, которыми оснащен статор. Количество щеток равно количеству пар полюсов.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила генератора постоянного тока или ЭДС представляет собой величину, которая прямо пропорциональна потоку магнитов, количеству активных проводников и частоте вращения якоря. При уменьшении или увеличении этих показателей удается управлять величиной электродвижущей силы и напряжением. Установить требуемые параметры можно с помощью регулировки частоты вращения якоря.

Мощность оборудования и КПД

Мощность генератора постоянного тока встречается как полная, так и полезная. При постоянной электродвижущей силе генератора полная мощность пропорциональна силе тока.

Еще одной важной технической характеристикой альтернатора является его коэффициент полезного действия. Это понятие представляет собой отношение полезной мощности к полной.

На холостом ходе КПД равно нулю, максимальные показатели достигаются при номинальных нагрузках. В мощных инновационных моделях генераторов постоянного тока коэффициент полезного действия приближается к 90%.

Разновидности по способу возбуждения

По способу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на два вида:

  • с самовозбуждением;
  • с независимым возбуждением обмоток.

Для самовозбуждения оборудования обязательно требуется электричество, которое им же и вырабатывается. По принципу коммутации обмоток самовозбуждающиеся якоря альтернаторов делятся на следующие разновидности:

  • оборудование с параллельным возбуждением;
  • устройства с последовательным возбуждением;
  • генераторы смешанного типа, которые получили название – компудные.

Каждая разновидность имеет свои конструктивные особенности, преимущества и недостатки.

Для обеспечения оптимальных условий для работы оборудования требуется наличие стабильного напряжения на зажимах. Особенность устройства заключается в параллельном возбуждении выводов катушки, которые подсоединены через регулировочный реостат, расположенный параллельно обмотке якоря.

Для оборудования с независимым возбуждением источником питания выступают внешние устройства или аккумуляторные батареи. В маломощных модификациях устанавливаются постоянные магниты, обеспечивающие создание основного магнитного потока. Основное достоинство заключается в том, что на напряжение на зажимах не влияет возбуждающий ток.

Устройства со смешанным возбуждением сочетают положительные качества вышеописанных разновидностей. Конструктивные особенности – две катушки индуктивности, основная и вспомогательная. Цепь параллельной обмотки включает в себя реостат, который используется для регуляции силы тока возбуждения.

Область применения

Система постоянного тока в самолете

Генераторы постоянного тока имеют довольно обширный список применения. Его активно используют практически во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении и при сооружении российских локомотивов нового поколения, которые оснащают асинхронные двигатели, характеризующиеся работой на переменном токе.

Также электротехническое оборудование может использовать в быту для портативных сварочных аппаратов с автономной системой питания и для бытовой техники, оснащенной мощными пусковыми двигателями.

Перед покупкой следует проанализировать, с какими целями электротехническое оборудование должно будет справляться. Исходя из этого подбирается наиболее подходящая модификация генераторов постоянного тока.

Приобрести оборудование можно в специализированных магазинах или на интернет-площадках. При покупке важно проверить наличие всей необходимой сопроводительной документации и гарантийного талона. Предварительно также осматривается целостность корпуса и наличие повреждений: если таковые имеются, лучше воздержаться от покупки. При покупке через интернет стоит внимательно ознакомиться с отзывами о магазине на различных форумах.

устройство, принцип работы и схемы подключения, виды генераторов, особенности их конструкции и работы

Генераторный узел представляет собой электродвигатель, предназначенный для преобразования механической энергии в электрическую. В зависимости от типа и назначения габариты, устройство и принцип работы генераторов переменного тока могут будут отличаться.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Как работает генератор переменного тока?

Работа генератора заключается в создании электродвижущей силы в проводнике под действием изменяющегося магнитного поля.

Схема и устройство простейшего генератора

По конструкции электрогенератор включает в себя следующие элементы:

  • вращающаяся индукторная составляющая, называющаяся рамкой;
  • движущая щеточная часть;
  • коллекторное приспособление, оснащенное щетками, предназначенное для отвода напряжения;
  • магнитное поле;
  • контактные кольца.

Схема простейшего генераторного устройства переменного тока

Принцип действия

Образование электродвижущей силы в обмотках статорного механизма осуществляется после появления электрополя. Для последнего характерны вихревые образования. Данные процессы происходят в результате изменения магнитного потока. Причем последний меняется из-за быстрого вращения роторного механизма.

Ток от него поступает в электроцепь посредством контактных элементов, выполненных в виде деталей скольжения. Для более упрощенного прохождения напряжения к концам обмотки производится подсоединение колец. К этим контактным составляющим подключаются неподвижные щеточные элементы. С их помощью между электропроводкой и обмоткой роторного устройства появляется связь.

В витках магнитного элемента происходит образование поля, в нем формируется ток небольшой величины. По сравнению с напряжением, которое выдает простейший генераторный агрегат на внешнюю электроцепь. Если узел характеризуется небольшой мощностью, то в нем поле образует постоянный магнит, который может прокручиваться. Благодаря такому устройству и принципу работы генератора переменного тока в целом упрощается вся система. Поэтому из конструкции можно убрать щетки и контактные элементы.

Канал «Top Generators» наглядно и схематично в видеоролике показал принцип функционирования агрегата.

Основные виды генераторов переменного тока

Между собой устройства, позволяющие генерировать напряжение, делятся на синхронные и асинхронные. Они могут использоваться в различных сферах жизнедеятельности, но работать будут по разному принципу.

Синхронный генератор

Одним из свойств такого типа устройств является то, что частота тока, который оно воспроизводит, пропорциональна скорости вращения роторного механизма.

Между собой синхронные агрегаты делятся на несколько типов:

  1. Повышенной частоты. В основе принципа функционирования устройства лежит процесс изменения магнитного потока, достигающегося путем вращения роторного механизма касательно неподвижного статора. Такой тип агрегатов используется преимущественно для питания антенн длинноволновых станций на расстоянии до 3 км. Подключать устройства для работы с более короткими волнами не получится, поскольку необходимо увеличить значение частоты.
  2. Гидротурбинные агрегаты работают за счет активации гидравлической турбины, которая приводит в движение узел. В таких устройствах роторный механизм устанавливается на одном шкиве с колесом турбинного элемента. Его мощность может составить до 100 тысяч кВт, если скорость вращения будет 1500 оборотов в минуту, а напряжение — до 16 тыс. В. По массе и габаритам такой тип агрегатов считается самым большим, поскольку в них диаметр одного ротора составляет 15 метров. На величину мощности кружения турбины влияют три параметра — скорость вращения, длина электролинии, а также маховый момент роторного механизма.
  3. Паротурбинные агрегаты, которые приводятся в действие посредством активации паровой турбины. Такой тип устройств функционирует со скоростью вращения 1,5-3 тысячи оборотов в минуту и они бывают двухполосными и четырехполосными. Роторный механизм выполнен в виде большого железного цилиндра, оснащенного прямоугольными пазами, внутри элемента располагается обмотка возбуждения. Корпус статорного устройства всегда неразъемный и выполнен из стали. Общий диаметр агрегата составляет до 1 метра, однако длина его ротора может быть до 6,5 м.
Схема и устройство

Синхронный агрегат конструктивно включает в себя два основных элемента:

  1. Ротор. Это подвижная составляющая оборудования. Она предназначена для преобразования системы вращающихся электрических магнитов, которые питаются от внешнего источника.
  2. Статорный механизм или неподвижная составляющая агрегата. В обмотке этого устройства посредством образования магнитного поля появляется ЭДС, которая идет на наружную электроцепь оборудования. Благодаря таким конструктивным особенностям в цепях нагрузок синхронных электрогенераторов не используются скользящие контакты. Магнитный поток от оборудования, который появляется посредством вращения ротора, возбуждается от стороннего источника. Последний монтируется на общем валу или может подключаться к нему с помощью муфты либо ременной передачи.

Схематическое устройство синхронного генераторного агрегата

Особенности работы

Принцип действия может незначительно отличаться в зависимости от типа устройства — явнополюсного либо неявнополюсного. Количество пар полюсных элементов роторного механизма определяется скоростью вращения узла. Если частота образующейся ЭДС составляет 50 Гц, то при 3 тысячах об/мин неявнополюсное устройство обладает одной парой полюсов. В явнополюсных агрегатах, вращающихся при 50-750 оборотах в минуту, количество пар полюсных элементов составит от 60 до 4.

В маломощных синхронных агрегатах питание обмотки возбуждения осуществляется посредством воздействия выпрямленного тока. Электроцепь появляется в результате активации трансформаторных устройств, которые входят в общую цепь нагрузки узла. Также она включает в себя полупроводниковый выпрямительный блок, который может собираться по любой схеме, но обычно как трехфазный мост. Основная электроцепь включает в себя обмотку возбуждения агрегата с регулировочным реостатным устройством.

Процедура самовозбуждения оборудования состоит в следующем:

  1. При запуске установки в магнитной составляющей образуются небольшие ЭДС, это происходит благодаря явлению остаточной индукции. Одновременно в рабочей обмотке агрегата появляется ток.
  2. В результате ЭДС образуется во вторичных электрообмотках трансформаторных устройств. А в электроцепи появляется небольшой ток, который способствует усилению общей индукции магнитного поля.
  3. Увеличение параметра ЭДС осуществляется до момента, пока магнитная система агрегата не возбудится до конца.

Асинхронный генератор

Такой узел представляет собой устройство, производящее электроэнергию с использованием принципа действия асинхронного двигателя. Данный тип агрегатов именуется индукционным. Асинхронное устройство обеспечивает оперативный поворот роторного механизма, а его скорость вращения намного выше по сравнению с синхронным. Простой двигатель может применяться в качестве генераторной установки без дополнительных настроек.

Асинхронные агрегаты используются в разных сферах:

  • для моторов ветровых электрических станций;
  • для автономного питания жилых помещений и частных домов либо в качестве миниатюрных ГЭС-станций;
  • для инверторных агрегатов сварки;
  • с целью организации бесперебойного питания от переменного тока.
Схема и устройство

Схематическое подключение асинхронного агрегата

Основными составляющими элементами данного типа устройств считаются статорный механизм и ротор. Первый является неподвижным, а второй прокручивается внутри него. Ротор отделен от статорного механизма воздушным зазором. Чтобы снизить величину вихревых токов, сердечники составляющих элементов делаются из отдельных листов электротехнической стали. Их толщина в зависимости от производителя может составить от 0,35 до 0,5 мм. Сами листы оксидируются при изготовлении, то есть подвергаются термической обработке, что позволяет увеличить их поверхностное сопротивление.

Сердечник статорного механизма устанавливается внутрь станины, которая является наружной частью агрегата. На внутренней стороне детали располагаются пазы, в них находится обмотка. Статорная электрообмотка зачастую выполняется из катушек с небольшим шагом. В ее основе используется медный изолированный проводник.

Особенности работы

Асинхронный тип двигателей производит электроэнергию при увеличенной скорости прокручивания роторного механизма. Этот параметр всегда выше, чем у синхронных агрегатов. При прокручивании роторного устройства и выработки электричества потребуется сильный крутящий момент. Если в двигателе используется так называемый вечный холостой ход, это обеспечит равную скорость прокручивания в течение всего ресурса эксплуатации установки.

Схемы подключения

По числу использующихся фаз все генераторные агрегаты делятся на две группы:

  • однофазные;
  • трехфазные.

Однофазный генератор

Схема подключения оборудования с одной фазой

Этот тип устройств используется для работы с любыми потребителями электроэнергии, главное — чтобы они были однофазными.

Самые простые конструкции состоят из:

  • магнитного поля;
  • прокручивающейся рамки;
  • коллекторного устройства, предназначенного для отвода тока.

Благодаря наличию последнего в результате рамочного прокручивания через щетки образуется постоянный контакт с рамкой. Параметры тока, который меняется с учетом закона гармоники, будут разными и передаются на щеточный узел, а также в схему потребителей напряжения. На сегодняшний день однофазные агрегаты являются наиболее популярным типом автономного источника питания. Они могут использоваться для подключения практически всех бытовых электроприборов.

Трехфазный генератор

Такой тип устройств относится к классу универсальных, но более дорогих агрегатов. Отличительная особенность трехфазных генераторов заключается в необходимости постоянного и дорогостоящего технического обслуживания. Несмотря на это, данный тип установок получил наибольшее распространение.

Это обусловлено следующими преимуществами:

  1. В основе агрегата используется вращающееся круговое магнитное поле. Это обеспечивает возможность хорошей экономии при разработке оборудования.
  2. Трехфазные генераторы состоят из уравновешенной системы. Это обеспечивает ресурс эксплуатации агрегата в целом.
  3. В работе трехфазного устройства одновременно используется два напряжения — линейное и фазовое. Оба применяются в единой системе.
  4. Одно из основных преимуществ — повышенные экономические показатели. Это обеспечивает снижение материалоемкости силовых проводов, а также трансформаторных агрегатов. Благодаря данной особенности упрощается процедура передачи электричества на большие расстояния.
Схема соединения «звездой»

Данный тип подключения подразумевает электросоединение концов обмоток в определенной точке, которая именуется «нулем». При выполнении такого подсоединения нагрузку к генераторному узлу можно подать посредством трех или четырех кабелей. Проводники от начала обмоток считаются линейными. А основной кабель, который идет от нулевой точки, является нулем. Параметр напряжения между проводниками считается линейным (эта величина выше в 1,73 раза по сравнению с фазной).

Схема типа «звезда» для подключения трехфазного оборудования

Одной из основных особенностей данного варианта является равенство токов. Четырехпроводной тип «звезды» с нейтральным кабелем считается самым распространенным. Его использование позволяет предотвратить перекос фаз при подсоединении несимметричной нагрузки. К примеру, если на одном контакте она активная, а на другом — реактивная или емкостная. При использовании такого варианта обеспечивается максимальная защищенность включенного электрооборудования.

Схемы соединения «треугольником»

Данный метод подключения представляет собой последовательное подсоединение обмоток трехфазного агрегата. Конец первой намотки должен быть соединен с началом второй, а ее контакт — с третьей. Затем проводник от обмотки под номером 3 подсоединяется к началу первого элемента.

При такой схеме линейные кабели отводятся от точек подключения обмоток. Параметр линейного напряжения по величине соответствует фазному. А значение первого тока выше второго в 1,73 раза. Описанные свойства актуальны исключительно в случае равномерной нагрузки фаз. Если она будет неравномерной, то параметры необходимо пересчитать графическим или аналитическим способом.

Электросхемы соединений агрегата «треугольником»

Особенности генераторов с разными типами двигателя

Автомобильные и бытовые установки могут разделяться между собой в соответствии с видом топлива, на котором они функционируют. Генераторный узел может работать на бензине или дизеле.

Бензогенераторы

В таких устройствах источником механической энергии является двигатель. Агрегат относится к классу четырехконтактных карбюраторных ДВС. В бензогенераторах используются двигатели, рассчитанные на 1-6 кВт. В продаже можно встретить агрегаты, разработанные для функционирования при 10 кВт, с их помощью можно обеспечить питание всех световых и электроприборов в частном доме.

Бензогенераторы могут похвастаться невысокой стоимостью и длительным ресурсом эксплуатации, хотя по сравнению с дизельными — они немного меньше. Выбор агрегата осуществляется с учетом нагрузок, в условиях которых он будет функционировать. Если узел работает с большим пусковым током и применяется для электросварки, то лучше отдать предпочтение синхронным устройствам. При выборе асинхронного типа агрегата двигатель сможет справиться с пусковыми токами. Но важно, чтобы генераторная установка была полностью загружена, в противном случае топливо будет расходоваться нецелесообразно.

Канал «Olifer TV» рассказал о выборе агрегатов для частного дома в соответствии с типом горючего, на котором он будет использоваться.

Дизельные генераторы

Такой агрегат приводит в действие мотор, функционирующий на дизеле.

В его основе используется:

  • механическая составляющая;
  • панель с кнопками, предназначенная для управления;
  • система подачи топлива;
  • охладительный узел;
  • система смазки трущихся компонентов и узлов.

Мощность генераторной установки полностью определяется аналогичным параметром самого двигателя. Если она будет невысокой, к примеру, для запитки бытового электрооборудования, то лучше отдать предпочтение бензиновым установкам. Дизельный тип агрегатов целесообразно использовать там, где требуется высокая мощность. Двигатели внутреннего сгорания обычно применяются с верхней установкой клапанов. Они обладают более компактными размерами, а также высокой надежностью.

Кроме того, дизельные ДВС при функционировании выделяют меньше токсичных газов, опасных для здоровья человека, и более удобны в плане ремонта. Специалисты рекомендуют отдать предпочтение агрегатам, корпус которых выполнен из стали, так как пластмасса имеет меньший ресурс использования.

Более надежными являются генераторные дизельные установки, не оснащенные щетками.

Напряжение, которое они вырабатывают, стабильнее. В среднем, если бак заправлен дизельным горючим под завязку, это обеспечит возможность работы генератора в течение семи часов. Если агрегат будет установлен стационарно, то его конструкцию можно дополнить внешним резервуаром для залива топлива.

Канал «Фабрика Тока» продемонстрировал работу дизельного агрегата, использующегося для обеспечения энергией частного дома.

Инверторные генераторы

Производство электрической энергии осуществляется аналогично, как на любой классической модели генератора. В первую очередь производится выработка переменного тока. Он выпрямляется и подается на инверторный узел, а затем преобразуется опять в переменный, только с необходимыми техническими параметрами.

В основе агрегата используется электронный модуль, включающий в себя:

  • выпрямительный узел;
  • микропроцессорное устройство;
  • преобразовательный механизм.

По типу выходного напряжения инверторные агрегаты могут разделяться на:

  1. Прямоугольные. Такой вид устройств считается наиболее дешевым. Его энергии хватит только для запитки электроинструментов и маломощных приборов.
  2. Устройства с трапецеидальным сигналом. Могут использоваться для питания большинства электроприборов, кроме высокочувствительной техники. Стоимость таких агрегатов средняя.
  3. Устройства, работающие с синусоидальным напряжением. Такие генераторы характеризуются стабильными характеристиками и подходят для большинства электрических приборов.
  1. Прямоугольные. Такой вид устройств считается наиболее дешевым. Его энергии хватит только для запитки электроинструментов и маломощных приборов.
  2. Устройства с трапецеидальным сигналом. Могут использоваться для питания большинства электроприборов, кроме высокочувствительной техники. Стоимость таких агрегатов средняя.
  3. Устройства, работающие с синусоидальным напряжением. Такие генераторы характеризуются стабильными характеристиками и подходят для большинства электрических приборов.

Инверторные агрегаты могут функционировать без перерыва либо промежутками. В качестве объектов потребления энергии обычно выступают учреждения, где нельзя допустить перепадов напряжения.

Основные преимущества инверторных установок:

  • маленькие размеры и масса;
  • низкий расход горючего в результате регулировки выработки определенного объема электричества, необходимого в конкретный момент времени;
  • инверторные агрегаты могут функционировать в течение короткого временного интервала с перегрузкой.

Минусы:

  • высокая стоимость устройств по сравнению с классическими вариантами генераторных установок;
  • повышенная чувствительность к температурным изменениям в электронной составляющей;
  • невысокий уровень мощности установки;
  • дорогостоящий ремонт электронного модуля при его поломке.

Использование инверторных устройств актуально в случае, когда требуемая величина мощности составляет не больше 6 кВт. Если агрегат будет использоваться на постоянной основе, то лучше отдать предпочтение классическому типу.

Канал «Garage КАХОВКА» протестировал бензиновую установку инверторного класса от производителя «ПилоД».

Как сделать генератор переменного тока своими руками

Для самостоятельного изготовления асинхронного агрегата понадобится следующее:

  1. Мотор. Двигатель можно соорудить своими руками, но эта процедура слишком длительная и трудоемкая. Поэтому лучше использовать агрегат от старого неработающего бытового электрооборудования. Оптимальным вариантом будет применение двигателя от дренажного насосного устройства, стиральной машинки либо пылесоса.
  2. Статорный механизм. Рекомендуется приобрести готовое устройство, оборудованное обмоткой.
  3. Комплект электрических проводов.
  4. Изолента, допускается применение термоусадочных трубок.
  5. Трансформаторный узел или выпрямительный блок. Этот элемент потребуется в случае, если на выходе генератора переменного тока энергия будет иметь разную мощность.

Перед началом работ необходимо сделать несколько манипуляций, которые позволят правильно выполнить расчет параметра мощности агрегата:

  1. Использующийся двигатель подключается к электросети для определения скорости вращения. Чтобы выполнить эту задачу, потребуется специальное устройство — тахометр. После считывания информации полученное значение надо записать и прибавить к нему еще 10%. Это — компенсаторная величина. Если добавить 10% к скорости вращения, это позволит предотвратить перегрев агрегата во время функционирования.
  2. Выполняется подбор конденсаторных элементов с учетом требуемой величины мощности. Если на этом этапе возникли сложности, можно воспользоваться таблицей.
  3. Генераторная установка во время работы продуцирует электроэнергию, соответственно, заранее необходимо продумать заземление устройства. При его отсутствии и некачественной изоляции агрегат не только износится быстрее, но и может представлять опасность для человека.
  4. После подготовки выполняется процедура сборки, она не займет много сил. К двигателю, который будет использоваться в основе, подключаются конденсаторные элементы в соответствии со схемой. В ней указана очередность подсоединения компонентов. Надо учесть, что величина емкости каждой конденсаторной детали соответствует предыдущему устройству.
Схема сборки простого генератора переменного тока
Таблица выбора емкости конденсатора для агрегата

Полученный узел сможет обеспечить энергией электрическую пилу, циркулярку или болгарку, т. е. любой маломощный инструмент.

При использовании самодельного генератора переменного тока нельзя допустить перегрева двигателя, иначе это приведет к его поломке и даже взрыву.

В процессе сборки и эксплуатации надо учитывать следующие нюансы:

  1. Если коэффициент полезного действия падает прямо пропорционально в соответствии с длительностью работы, это норма. Данный нюанс связан с тем, что периодически генераторный агрегат должен отдыхать и остывать. Важно время от времени снижать температуру двигателя до 40 градусов Цельсия.
  2. Поскольку в простой схеме устройства не используется автоматика, потребитель должен сам контролировать все процессы работы приспособления. Время от времени к агрегату необходимо подключать измерительное оборудование — тахометр, вольтметр.
  3. Перед выполнением сборки нужно правильно подобрать электроприборы в соответствии с расчетом его технических параметров и свойств. Приведенная схема наиболее простая в плане реализации.

Видео «Принцип действия генераторного устройства»

Канал «Halyk Smart» рассказал о нюансах функционирования агрегата переменного тока.

 Загрузка ...

О генераторах переменного тока: устройство прибора, технические характеристики

Хорошо известный генератор тока (старое название –  «альтернатор») – это агрегат особой конструкции, обеспечивающий получение электрической энергии за счет механической работы, совершаемой при вращении вала. В качестве источника внешнего импульса могут использоваться любые бытовые приводные механизмы, включая традиционный дизель (смотрите расположенное ниже фото), гидравлический привод или ветряной двигатель.

Дизельный генератор

Все основные конструктивные решения генераторов тока переменного направления и величины используют при своей работе один и тот же принцип действия. Он заключается в преобразовании механической работы в электрическую энергию. Рассмотрим особенности превращения энергии вращения в электрическую ЭДС более подробно.

Принцип работы

Для того чтобы понять, как работает генератор переменного тока, сначала следует разобраться с тем, в чем состоит принцип действия преобразователя вращательного движения в электричество. В основе такой трансформации лежит эффект взаимодействия полей вращающегося ротора и неподвижного статора. За счет воздействия создаваемого подвижным ротором поля на неподвижную статорную катушку в ней наводится собственная э/м ЭДС, под воздействием которой в подключенной к выходу нагрузке начинает течь переменный ток.

Суть или общий принцип работы генератора переменного тока удобнее всего пояснить на примере взаимодействия обычной рамки из электропроводящего материала с полем постоянного магнита (рисунок, представляющий простую рамку с током, приводится ниже по тексту). Ее можно рассматривать в качестве простейшего генератора переменного тока.

Рамка в поле магнита

Отметим, что приведенная на этом рисунке схема может служить моделью генератора переменного тока. При вращении рамки с определенной скоростью внешний магнитный поток через ее площадь будет непрерывно меняться как по направлению, так и по величине. А это, согласно закону э\м индукции Фарадея, вызовет появление в ней гармонически меняющейся ЭДС.

Если соорудить на валу рамки что-то вроде токосъемника, изготовленного в виде колец с отводами, такое приспособление позволит снимать с нее наведенное напряжение, под действием которого в активной нагрузке потечет ток синусоидальной формы.

Обратите внимание! Этот пример использования эффекта э/м индукции можно несколько видоизменить, вращая постоянный магнит внутри неподвижной проволоки с током.

В этом случае рамка будет напоминать статор, а вращающийся магнит – высокоскоростной ротор генератора тока. Получаемый в результате этого электромагнитный эффект будет в этом случае тем же самым.

Виды и конструкция генераторов

Типы генераторов

Классический индукционный генератор переменного тока по характеру взаимодействия своей подвижной части и неподвижной статорной катушки подразделяется на следующие типы: синхронный или асинхронный.

Дополнительная информация. Этим агрегаты для получения электрической энергии напоминают такие широко распространенные в электротехнике устройства, какими являются известные каждому электродвигатели.

Напомним всем интересующимся этим вопросом, что при их конструировании применяется абсолютно та же схема, что и при разработке генераторов напряжения. Отличие состоит лишь в том, что в случае с генератором задействована обратная последовательность преобразования (используется принцип обратимости).

И те, и другие электрические машины представлены механизмами синхронного и асинхронного типа, которые, в свою очередь, отличаются отсутствием или наличием такого характерного для всех электрических машин явления, как скольжение ротора.

Основное отличие по этому признаку проявляется в том, что при вращении ротора в асинхронной системе он немного отстает от индуцируемого в катушке магнитного поля (как бы «скользит» вдоль нее).

В отличие от рассмотренного случая, синхронный двигатель при своей работе не обнаруживает эффекта скольжения, что объясняется особенностями конструктивного исполнения. В равной мере это касается и его аналога, представляющего синхронный генератор.

Особенности конструкции

Для того чтобы разобраться с тем, из чего состоит генератор, достаточно внимательно изучить его устройство, представленное на приведенной ниже фотографии.

Конструкция типового генератора

Из размещенного выше рисунка видно, как устроен сам генератор, и что в его состав входят следующие узлы:

  • Корпус с передней и задней крышками и подшипниковой парой;
  • Статор и ротор электрогенератора;
  • Электронный регулятор с блоком выпрямительных диодов;
  • Набор контактных колец.

Основные части генератора (статор и ротор) монтируются в корпусе с обязательной их центровкой, исключающей возможность появления так называемых «биений».

Трехфазные генераторы

Во всех приведенных выше материалах рассматривался простейший однофазный генератор переменной ЭДС (точнее описывающая его работу модель). В реальной жизни в основном применяются генераторы трехфазного тока, характерным признаком которых является наличие в статоре трех отдельных обмоток, устанавливаемых с пространственным смещением на 120 градусов.

Применение такого способа их взаимного расположения приводит к определенному порядку чередования фаз. В этом случае при вращении ротора в обмотках катушек наводятся электрические сигналы, смещенные на те же 120 градусов, что соответствует стандарту трехфазного генератора.

Важно! Для подключения обмоток к внешней нагрузке, как правило, используется схема «звезда» (смотрите рисунок ниже).

Включение обмоток звездой и треугольником

В отдельных случаях, связанных с особенностями подключения потребителя, может применяться другая схема, известная как «треугольник». Независимо от выбранного способа включения обмоток, для передачи электроэнергии потребителю прокладываются три фазных провода и один нулевой.

Классический трехфазный генератор любого типа хорошо вписывается в системы энергообеспечения различных объектов с включенным в качестве нагрузки силовым электрооборудованием (как в электростанциях).

Автогенераторы

Устройство генератора переменного тока позволяет использовать его даже в тех случаях, когда к системе предъявляются достаточно жесткие требования. Так, он широко применяется в качестве автомобильного генератора, полная схема которого приводится на расположенном ниже рисунке.

Схема автогенератора

Эти виды механизмов, как правило, содержат в своем составе следующие обязательные узлы:

  • Несущий корпус;
  • Обмотки статора и ротора;
  • Встроенный регулятор напряжения;
  • Модуль силовых (выпрямительных) диодов.

Устройство автомобильного генератора обеспечивает поддержание выходного напряжения, используемого для питания бортовой аппаратуры, на стабильном уровне. Его выпрямительный модуль гарантирует получение постоянного напряжения, поступающего не только для питания автомобильных приборов, но и для подзарядки аккумулятора.

Любой автогенератор начинает работать сразу же после запуска стартера и начала вращения вала двигателя. После срабатывания электронного реле-регулятора на него переключается вся сетевая нагрузка.

Таким образом, по своему устройству и принципу работы генераторы переменного тока для автомобиля, имеющие заданную электрическую мощность, во многом схожи с рассмотренными ранее преобразовательными устройствами. По техническим характеристикам и порядку обслуживания они ничем не отличаются от обычного индукционного генератора.

Единственным и очень важным их преимуществом, по сравнению с типовыми электрическими машинами, является возможность получения постоянного тока, выпрямляемого системой из нескольких диодов.

В заключительной части обзора следует сказать, что принцип работы генераторных устройств (взаимодействие э\м полей) широко применяется в самых различных сферах промышленного производства. В соответствии с ним, работают большинство специальных измерительных устройств и многие другие полезные приборы. Так что Максвелл сделал поистине «царский» подарок человечеству, открыв своевременно эффект электромагнитной индукции.

Если бы в мире не было генераторов переменного тока, человечество вряд ли добилось тех технических успехов, которыми оно без оглядки пользуется в настоящее время.

Видео

Генератор переменного тока: устройство, принцип работы, назначение

Электрический ток является основным видом энергии, совершающим полезную работу во всех сферах человеческой жизни. Он приводит в движение разные механизмы, дает свет, обогревает дома и оживляет целое множество устройств, которые обеспечивают наше комфортное существование на планете. Поистине, этот вид энергии универсален. Из нее можно получить все что угодно, и даже большие разрушения при неумелом использовании.

Но было время, когда электрические эффекты все так же присутствовали в природе, но никак не помогали человеку. Что же изменилось с тех пор? Люди стали изучать физические явления и придумали интересные машины – преобразователи, которые, в общем, и сделали революционный скачок нашей цивилизации, позволив человеку получать одну энергию из другой.

Так люди научились вырабатывать электричество из обычного металла, магнитов и механического движения – только и всего. Были построены генераторы, способные выдавать колоссальные по мощности потоки энергии, исчисляемые мегаваттами. Но интересно, что принцип действия этих машин не так уж сложен и вполне может быть понятен даже подростку. Что же такое генератор электрического тока? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Эффект электромагнитной индукции

Основой появления в проводнике электрического тока является электродвижущая сила - ЭДС. Она способна заставить перемещаться заряженные частицы, которых много в любом металле. Эта сила появляется только в случае, если проводник испытывает на себе изменение интенсивности магнитного поля. Сам эффект получил название электромагнитной индукции. ЭДС тем больше, чем больше скорость изменения потока магнитных волн. То есть, можно возле постоянного магнита перемещать проводник, или на неподвижный провод влиять полем электромагнита, меняя его силу, эффект будет один и тот же – в проводнике появится электрический ток.

Над этим вопросом в первой половине XIX века работали ученые Эрстед и Фарадей. Они же и открыли это физическое явление. В последствии на основе электромагнитной индукции были созданы генераторы тока и электродвигатели. Интересно, что эти машины легко могут быть преобразованы друг в друга.

Как работают генераторы постоянного и переменного тока

Понятно, что генератор электрического тока – это электромеханическая машина, вырабатывающая ток. Но на самом деле она есть преобразователь энергии: ветра, воды, тепла, чего угодно в ЭДС, которая уже вызывает ток в проводнике. Устройство любого генератора принципиально ничем не отличается от замкнутого проводящего контура, который вращается между полюсами магнита, как в первых опытах ученых. Только намного больше величина магнитного потока, создаваемого мощными постоянными или чаще электрическими магнитами. Замкнутый контур имеет вид многовитковой обмотки, которых в современном генераторе не одна, а минимум три. Все это сделано для того, чтобы получить как можно большую ЭДС.

Стандартный электрический генератор переменного тока (или постоянного) состоит из:

  • Корпуса. Выполняет функцию рамы, внутри которой крепят статор с полюсами электромагнита. В нем установлены подшипники качения роторного вала. Его изготавливают из металла, он также защищает всю внутреннюю начинку машины.
  • Статора с магнитными полюсами. На нем закреплена обмотка возбуждения магнитного потока. Его выполняют из ферромагнитной стали.
  • Ротора или якоря. Это подвижная часть генератора, вал которой приводит во вращательное движение посторонняя сила. На сердечнике якоря располагают обмотку самовозбуждения, где и образуется электрический ток.
  • Узла коммутации. Этот элемент конструкции служит для отведения электричества с подвижного вала ротора. Он включает в себя проводящие кольца, которые подвижно соединены с графитовыми токосъемными контактами.

Создание постоянного тока

В генераторе, продуцирующем постоянный ток, проводящий контур вращается в пространстве магнитной насыщенности. Причем за определенный момент вращения каждая половина контура оказывается вблизи того или иного полюсника. Заряд в проводнике за этот полуоборот движется в одном направлении.

Чтобы получить съем частиц, сделан механизм отвода энергии. Его особенность в том, что каждая половина обмотки (рамки) соединена с токопроводящим полукольцом. Полукольца между собой не замкнуты, а закреплены на диэлектрическом материале. За период, когда одна часть обмотки начинает проходить определенный полюс, полукольцо замыкается в электрическую схему щеточными контактными группами. Получается, на каждую клемму приходит только одного вида потенциал.

Правильнее назвать энергию не постоянной, а пульсирующей, с неизменной полярностью. Пульсация вызвана тем, что магнитный поток на проводник при вращении оказывает как максимальное, так и минимальное влияние. Чтобы эту пульсацию выровнять, применяют несколько обмоток на роторе и мощные конденсаторы на входе схемы. Для уменьшения потерь магнитного потока зазор между якорем и статором делают минимальным.

Схема генератора переменного тока

Когда происходит вращение подвижной части генерирующего ток устройства, в проводниках рамки также наводится ЭДС, как и в генераторе постоянного тока. Но небольшая особенность – генератор переменного тока устройство коллекторного узла имеет другое. В нем каждый вывод соединен со своим токопроводящим кольцом.

Принцип работы генератора переменного тока следующий: когда половина обмотки проходит возле одного полюса (другая, соответственно, возле противоположного полюса), в цепи движется ток в одном направлении от минимума к наивысшему своему значению и снова к нулю. Как только обмотки меняют свое положение относительно полюсов, ток начинает свое движение в обратном направлении с той же закономерностью.

При этом на входе схемы получается форма сигнала в виде синусоиды с частотой полуволн, соответствующей периоду вращения вала ротора. Для того, чтобы получить на выходе стабильный сигнал, где частота генератора переменного тока постоянна, период вращения механической части должен быть неизменным.

Конструкции генераторов тока, где вместо металлической рамки как носитель зарядов используют токопроводящую плазму, жидкость или газ, получили название МГД-генераторов. Вещества под давлением прогоняют в поле магнитной напряженности. Под воздействием все той же ЭДС индукции заряженные частицы обретают направленное движение, создавая электрический ток. Величина тока прямо пропорциональна скорости прохождения через магнитный поток, а также его мощности.

Генераторы МГД имеют более простое конструктивное решение – в них отсутствует механизм вращения ротора. Такие источники питания способны выдавать большие мощности энергии в короткие промежутки времени. Их применяют в качестве резервных устройств и в условиях экстренных аварийных ситуаций. Коэффициент, определяющий полезное действие (КПД) этих машин выше, чем имеет электрический генератор переменного тока.

Генератор синхронный переменного тока

Существуют такие типы генераторов переменного тока:

  • Машины синхронные.
  • Машины асинхронные.

Синхронный генератор переменного тока имеет строгую физическую зависимость между вращательным движением ротора и генерируемой частотой электричества. В таких системах ротор – это электромагнит, собранный из сердечников, полюсов и возбуждающих обмоток. Последние запитываются от источника постоянного тока посредством щеток и кольцевых контактов. Статор же представляет собой катушки провода, соединенные между собой по принципу звезды с общей точкой – нолем. В них уже наводится ЭДС и вырабатывается ток.

Вал ротора приводится в движение посторонней силой, обычно турбинами, частота движения которых синхронизирована и постоянна. Электрическая цепь, подключаемая к такому генератору, представляет собой трехфазную схему, частота тока в отдельной линии которой смещена на фазу в 120 градусов относительно других линий. Чтобы получить правильную синусоиду, направление магнитного потока в просвете между статорной и роторной частью регулируют конструкцией последних.

Возбуждение генератора переменного тока реализуют двумя методами:

  1. Контактным.
  2. Бесконтактным.

В схеме контактного возбуждения на обмотки электромагнита через щеточную пару подают электроэнергию с другого генератора. Этот генератор может быть совмещен с валом основного. Он, как правило, имеет меньшую мощность, но достаточную, чтобы создать сильное магнитное поле.

Бесконтактный принцип предусматривает, что синхронный генератор переменного тока на валу имеет дополнительные трехфазные обмотки, в которых при вращении наводится ЭДС и вырабатывается электричество. Оно через выпрямляющую схему поступает на катушки возбуждения ротора. Конструктивно в такой системе отсутствуют подвижные контакты, что упрощает систему, делая ее более надежной.

Асинхронный генератор

Существует асинхронный генератор переменного тока. Устройство его отличается от синхронного. В нем нет точной зависимости ЭДС от частоты с которой вал ротора вращается. Присутствует такое понятие как «скольжение S», которое характеризует эту разницу влияния. Величина скольжения определяется вычислением, так что неправильно думать, будто бы нет закономерности электромеханического процесса в асинхронном двигателе.

Если генератор, работающий вхолостую, нагрузить, то протекающий в обмотках ток будет создавать магнитный поток, препятствующий вращению ротора с заданной частотой. Так образуется скольжение, что, естественно, влияет на выработку ЭДС.

Современный асинхронный генератор переменного тока устройство подвижной части имеет в трех разных исполнениях:

  1. Полый ротор.
  2. Короткозамкнутый ротор.
  3. Фазный ротор.

Такие машины могут иметь само- и независимое возбуждение. Первая схема реализуется за счет включения в обмотку конденсаторов и полупроводниковых преобразователей. Возбуждение независимого типа создается дополнительным источником переменного тока.

Схемы включения генераторов

Все мощные источники питания линий электропередач вырабатывают трехфазный электрический ток. Они содержат в себе три обмотки, в которых образуются переменные токи со смещенной друг от друга фазой на 1/3 периода. Если рассматривать каждую отдельную обмотку такого источника питания, то получим однофазный переменный ток, идущий в линию. Напряжение в десятки тысяч вольт может вырабатывать генератор. 220 В потребитель получает с распределительного трансформатора.

Любой генератор переменного тока устройство обмоток имеет стандартное, но подключение к нагрузке бывает двух типов:

  • звездой;
  • треугольником.

Принцип работы генератора переменного тока, включенного звездой, предполагает объединение всех проводов (нулевых) в один, которые идут от нагрузки обратно к генератору. Это обусловлено тем, что сигнал (электрический ток) передается в основном через выходящий провод обмотки (линейный), который и называют фазой. На практике это очень удобно, ведь не нужно тянуть три дополнительных провода для подключения потребителя. Напряжение между линейными проводами и линейным и нулевым проводом будут отличаться.

Соединяя треугольником обмотки генератора, их замыкают друг с другом последовательно в один контур. Из точек их соединения выводят линии к потребителю. Тогда вообще не нужен нулевой провод, а напряжение на каждой линии будет одинаковым независимо от нагрузки.

Преимуществом трехфазного тока перед однофазным является его меньшая пульсация при выпрямлении. Это положительно сказывается на питаемых приборах, особенно двигателях постоянного напряжения. Также трехфазный ток создает вращающийся поток магнитного поля, который способен приводить в движение мощные асинхронные двигатели.

Где применимы генераторы постоянного и переменного тока

Генераторы постоянного тока значительно меньше по размерам и массе, чем машины переменного напряжения. Имея более сложное конструктивное исполнение чем последние, они все же нашли применение во многих отраслях промышленности.

Основное распространение они получили в качестве высокооборотных приводов в машинах, где требуется регулирование частоты вращения, например, в металлообрабатывающих механизмах, подъемниках шахт, прокатных станах. В транспорте такие генераторы установлены на тепловозах, различных судах. Множество моделей ветрогенераторов собраны на базе источников постоянного напряжения.

Генераторы постоянного тока специального назначения применяют в сварке, для возбуждения обмоток генераторов синхронного типа, в качестве усилителей постоянного тока, для питания гальванических и электролизных установок.

Назначение генератора переменного тока - вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Такой вид энергии подарил человечеству Никола Тесла. Почему именно изменяющий полярность ток, а не постоянный нашел широкое применение? Это связано с тем, что при передаче постоянного напряжения идут большие потери в проводах. И чем длиннее провод, тем потери выше. Переменное напряжение можно транспортировать на огромные расстояния при гораздо меньших затратах. Причем легко можно преобразовывать переменное напряжение (понижая и повышая его), который выработал генератор 220 В.

Заключение

Человек до конца не познал природу магнетизма, который пронизывает все вокруг. И электрическая энергия – это лишь малая часть открытых тайн мироздания. Машины, которые мы называем генераторами энергии, по сути очень просты, но то, что они могут нам дать, просто поражает воображение. Все же настоящее чудо здесь не в технике, а в мысли человека, которая смогла проникнуть в неисчерпаемый резервуар идей, разлитых в пространстве!

Общее устройство генератора

Генератор переменного тока это элемент автомобиля, предназначенный для произведения электрической энергии путем преобразования механической энергии (вращение коленчатого вала) в электрическую энергию. Генераторы могут генерировать постоянный или переменный ток.

Генератор автомобиля используется, как источник питания для следующих электропотребителей: система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер, системы диагностики. Также генератор обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ) во время движения автомобиля.

На сегодняшний день чаще всего используются генераторы переменного тока, которые хорошо себя зарекомендовали.

Как работает генератор?

Чтобы ответить на вопрос, - как работает генератор? - мы рассмотрим Принцип работы генератора.

Основа работы генератора заключается в использовании электродвижущей силы (ЭДС), которая образуется в прямоугольном контуре, вращающемся в однородном вращающемся магнитном поле.

Устройство простейшего генератора

Простейший генератор представляет собой обыкновенную прямоугольную рамку, которая размещена между магнитами с разными полюсами. Для снятия напряжения с вращающейся рамки используют токосъемные кольца.

В автомобилестроение используют электромагниты – катушки индуктивности или обмотки медного провода. При прохождении электрического тока через обмотку, последняя насыщается электромагнитными свойствами. Для возбуждения обмотки используется аккумуляторная батарея.

Устройство автомобильного генератора переменного тока

Автомобильный генератор состоит из корпуса с крышками, в которых имеются отверстия для вентиляции. Ротор устанавливается в подшипниках 2 и вращается в них. Привод ротора осуществляется путем ременной передачи (ремень одевается на шкив). Ротор выступает электромагнитом (обмоткой). Ток на обмотку поступает с помощью двух медных колец и графитных щеток, которые соединены с электронным регулятором. Электронный реле регулятор отвечает за напряжение на выходе, которое должно находиться в пределах 12 Вольт вне зависимости от частоты вращения шкива привода генератора. Реле регулятор может встраиваться в корпус, а может находиться отдельно.

Статор – представляет собой три медные обмотки, которые соединяются в треугольник. К точкам соединения обмоток подключается выпрямительный мост, который состоит из 6 полупроводниковых диодов, которые служат для преобразования переменного напряжения в постоянное.


Генера́тор (с латыни generator означает «производитель») — устройство, что вырабатывает электроэнергию, производит продукты или преобразует один вид энергии в другой.

Автомобильный генератор — устройство, которое преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.

Автомобильный генератор применяется для питания потребителей электроэнергии, таких как система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер автомобиля, системы диагностики, а также для зарядки аккумуляторной батареи (АКБ).

От надежности работы генератора зависит бесперебойность работы остальных систем автомобиля и других его компонентов. Мощность современного автомобильного генератора составляет 1 кВт.

Принцип работы автомобильного генератора

Первые автомобильные генераторы были генераторы постоянного тока. Они требовали много внимания к себе, что обуславливалось частым обслуживанием и контролем работы устройства.

Затем был придуманы диодные выпрямители, что значительно увеличило ресурс работы генератора и увеличило срок его работы. Генераторы с диодными выпрямителями тока стали называться генераторами переменного тока. На производство генератора переменного тока уходило меньше материалов, соответственно он стал легче и значительно меньше, а КПД вырос, обеспечивая более стабильный ток на выходе.

В современных иномарках используют синхронные трехфазные генераторы переменного тока, а в качестве выпрямителя – трехфазный выпрямитель Ларионова.

От поворота ключа до выдачи напряжения…

Во время поворота ключа замка зажигания в рабочее положение питание подается на обмотку возбуждения и генератор начинает отдавать ток в нагрузку. За управление током в обмотке возбуждения отвечает стабилизатор напряжения, который входит в щеточный узел генератора. Питание стабилизатора напряжения осуществляется от выпрямителя.

Ротор генератора приводится во вращение от коленчатого вала через шкив посредством клинового ремня. В обмотке возбуждения создается электромагнитное поле, которое индуцирует электрический ток в фазовых обмотках статора.

Выдаваемый ток – скачкообразный и зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, поэтому для его стабилизации применяется стабилизатор напряжения.

Напряжение бортовой сети в работающей системе должно находится в пределах 13,8-14,2 В, что обеспечит нормальную подзарядку АКБ.

На крупногабаритных автомобилях используются автомобильные генераторы повышенной мощности 24 В.

Как устроен генератор - все об устройстве электрогенераторов постоянного и переменого тока

Принцип работы генерирующего устройства

Работа электрогенерирующего оборудования основывается на принципе конвертации механической энергии, получаемой из внешнего источника, в электроэнергию. Иными словами, устройство не вырабатывает самостоятельно электричество. Происходит усиление движения возникающих в проводах его обмотки электрических зарядов, которые проходя через внешнее кольцо циркуляции, отдают свою энергию. В результате на выходе образуется электрический ток, который и поступает в сеть от электростанции.

С научной точки зрения принцип называется «магнитной индукцией» и был обнаружен Майклом Фарадеем в 19 веке. Ученый физик установил, что перемещением электрического проводника в магнитном поле рождается поток зарядов. Между двумя концами проводника, в частности, провода, создается разность напряжений, который усиливает движение зарядов, превращая их в электричество.

Перейти в каталог генераторного оборудования:

Основные элементы электростанции


Как устроен генератор переменного тока?

Это неотъемлемая часть электростанции, которая осуществляет преобразование механической мощности в электрическую энергию. Состоит устройство из неподвижных и подвижных модулей, которые вмонтированы в его корпус. Все элементы работают в синхронном режиме, усиливая движение между электрическими и магнитными полями, что рождает электричество.

Ротор, как подвижный модуль, создает вращающееся магнитное поле. Выполняется это несколькими способами:

  • индукцией, которая происходит в синхронном бесщеточном генераторе, которые, как правило, имеют достаточно внушительные габариты;
  • постоянными магнитами, используемыми в малых генераторах;
  • с помощью задающего возбудителя, активизирующего ротор через сборку щеток и токопроводящих контактных колец.

Подвижным ротором вокруг статора вырабатывается вращающееся магнитное поле и вызывается разность напряжений в обмотке. Таким образом производится на выходе переменный ток.

Факторы, влияющие на эффективность работы синхронного генератора:

  • металлический или пластиковый корпус. В первом случае устройство отличается большей долговечностью. Пластик же со временем деформируется и может стать причиной повреждения внутренних элементов, создавая таким образом аварийную ситуацию и опасность для пользователя.
  • шариковый или игольчатый подшипник: первый более предпочтителен в силу большей его износостойкости.
  • в бесщеточном генераторе не используются щетки, благодаря чему отличается производством более чистой энергии на фоне меньшего технического обслуживания.

Двигатель

С помощью этого элемента образуется механическая энергия для работы миниэлектростанции. Его размер напрямую зависит от максимальной мощности электростанции. Кроме того, существует множество факторов, влияющих на функциональность двигателя:

  • вид топлива, используемое для работы двигателя. Это могут быть бензин, дизельное топливо, природный газ или пропан. Бытовые электростанции, как правило, работают на бензине, промышленные же электростанции – на дизельном топливе, природном газу, жидком или газообразном пропане. Есть модификации, работающие на комбинированном виде топлива – дизеле и газу.
  • верхнее расположение клапанов OHV. Впускные и выпускные клапаны таких двигателей располагаются не на блоке цилиндров, а на их верхушке. Данные модели имеют более высокую стоимость, что обусловлены дополнительными преимуществами. Это компактный дизайн, упрощенная рабочая механика, удобство в использовании, а также долговечность конструкции. Кроме того, их работа отличается низким уровнем шума и меньшим уровнем выбросов.
  • чугунная гильза в цилиндре двигателя, используемая в качестве подкладки. Таким способом уменьшается износ двигателя, что увеличивает доремонтный срок службы. Такая чугунная гильза используется в большинстве устройств с верхним расположением клапанов. Как элемент, эта подкладка имеет невысокую стоимость, однако очень важна, особенно в случаях частого использования электростанции.

Система подачи топлива

Топливный резервуар обычно имеет достаточный объем для поддержания стабильной работы электростанции на период от 6 до 8 часов. На малых устройствах бак устанавливается в верхней части корпуса. Для промышленной установки применяется наружный резервуар.

Характеристики системы:

  • соединение трубопроводов с двигателем. Таким путем осуществляется подача топлива к работающему модулю и обратно.
  • вентиляционная труба для топливного бака необходима для снижения уровня давления при повторном заполнении или сливе резервуара. Крайне важно при этом обеспечить контакт металлических поверхностей сопла наполнителя и топливного бака во избежание искр.
  • сливное соединение с дренажной трубой используется для предотвращения протечек жидкости во время слива.
  • топливный насос отвечает за перемещение топлива от основного хранилища в точку потребления. Данное устройство имеет электропривод.
  • топливный фильтр очищает жидкость от иных примесей, способных привести к коррозии и загрязнению внутренних модулей оборудования.
  • инжектор автоматически управляет поступлением необходимого объема жидкости в камеру сгорания.

Регулятор напряжения AVR

Этот модуль осуществляет регулировку выходного напряжения электростанции. Устройство состоит из нескольких компонентов:

  • регулятор напряжения контролирует процесс преобразования переменного напряжения в постоянный электроток. Затем происходит его подача на вторичную обмотку статора.
  • возбудитель обмотки необходим для генерирования небольшого количества переменного тока. Напрямую связан с вращающимся выпрямителем тока.
  • вращающийся выпрямитель тока осуществляет выпрямление переданного с возбудителя обмотки переменного тока с последующей конвертацией его в постоянный. Затем выполняется его подача на ротор, где в дополнение к вращающемуся магнитному полю создается и электромагнитное напряжение.
  • ротору отводится роль индукции большого количества переменного напряжения на обмотку статора.

Регулятор напряжения максимально задействован в начальном периоде запуска установки. Как только устройство выходит на полную работоспособность, модуль снижает выработку постоянного тока. В состоянии равновесия регулятор напряжения производит только необходимое количество мощности для поддержания электростанции в рабочем состоянии.

При увеличении нагрузки на электростанцию, регулятор напряжения выходит из состояния равновесия и активизирует свою работу, пока мощность оборудования не выйдет на показанный уровень потребления.

В нашем каталоге Вы можете ознакомиться с примерами дизельных генераторов с АВР >>


Установка выхлопа и охлаждения двигателя электростанции

Включает в себя:

  • Систему охлаждения электростанции, используемую для снижения уровня перегрева рабочего устройства. В качестве антифриза используется вода, водород, а также стандартный радиатор и вентилятор. За уровнем охлаждения следует периодически наблюдать, чтобы предотвратить аварийную ситуацию. Система требует постоянной очистки от загрязнений, выполняемую через каждые 600 часов работы. Следует обеспечить приток к устройству свежего воздуха: по действующим нормам в радиусе от электрогенерирующей установки должно быть не меньше метра свободного пространства.
  • Систему выхлопа. В процессе сгорания топлива образуется отработанный газ, содержащий высокотоксичные химические соединения. Очень важно создать эффективную систему утилизации выхлопов с использованием вытяжек.

Система смазки

Электростанция в комплекте имеет множество движущихся модулей, эффективность работы которых зависит и от содержания смазочных веществ. Для чего в помпе всегда находится специальное масло, уровень которого следует контролировать каждые 8 часов. Также необходимо строго отслеживать возможные протечки смазывающего вещества.

Зарядное устройство

Запуск электростанции осуществляется с помощью аккумулятора. Эта батарея должна быть всегда заряженной, за что отвечает зарядное устройство. Оно снабжает аккумулятор необходимым количеством «плавающей» энергии, которая и производит подзарядку емкости. Важно следить за уровнем этой энергии: снижение приведет к неполной зарядке аккумулятора, а повышенный уровень выведет его из строя.

Изготавливается зарядное устройство из нержавеющей стали, чтобы увеличить срок службы модуля. Его работа полностью автоматизирована и не требует вмешательства в параметры. Постоянное напряжение на выходе определяется на уровне на 2.33 Вольт на ячейку. Зарядное устройства обладает отдельным постоянным напряжением, которое может привнести сбои в нормальное функционирование электрооборудования.

Панель управления

Модуль снабжен упрощенным интерфейсом, на котором отображены все положения управляемых элементов. Каждый производитель предлагает собственный вариант панели.

Электрическое включение и выключение автоматически запускает электростанцию в рабочее состояние в случае необходимости. И отключает, когда деятельность устройства нецелесообразна.

Механическое устройство прибора отображает на датчиках наиболее важные параметры по давлению масла, температуре охлаждения, напряжению батареи, скорости вращения двигателя и длительности работы. При превышении нормы электростанция автоматически отключается.

Датчики мини электростанции отвечают за измерение выходного тока, напряжения и рабочей частоты. Иные виды контроля: переключатель частоты, фазовый селекторный переключатель и переключатель режимов двигателя.

Рама / Корпус

Основная конструкция служит генераторному оборудованию главной поддержкой и имеет выполненный под заказ корпус. В случаях, когда предполагается перемещение оборудования, рама может быть дополнительно оснащена шасси.

Для наглядности, вы можете посмотреть нашу продукцию из раздела передвижные дизельные генераторы >>

Генератор

Генератор преобразует механическую энергию в электрическую в форме переменного тока. Это тип генератора, который чаще всего используется в автомобилях для питания своих электрических систем. Обычно они устанавливаются сбоку от двигателя внутреннего сгорания.

Как работают генераторы

Генератор состоит из ротора, статора, выпрямителя, корпуса и вала. Вал обычно соединяется с двигателем автомобиля ремнем и шкивами.Ротор прикреплен к валу и состоит из нескольких пучков проводов, намотанных на железный сердечник. Ток либо индуцируется, либо проходит через контактные кольца и щетки на валу, чтобы создать магнитное поле в роторе. Этот узел вращается внутри обмотки статора, которая прикреплена к корпусу. В статоре индуцируется ток, который затем преобразуется выпрямителем в постоянный ток. Статор обычно вырабатывает трехфазный переменный ток, чтобы обеспечить более плавный постоянный ток.

Генератор отличается от обычного генератора двумя способами.Во-первых, он создает собственное магнитное поле, используя обмотку ротора, а не магниты. Это делает генераторы меньше и легче, чем большинство генераторов. Во-вторых, его основная обмотка закреплена на корпусе, а не на валу. Это позволяет использовать больше обмоток статора, что приводит к увеличению тока.

Клеммы

Генераторы

обычно имеют четыре клеммы, отмеченные буквами. Клемма «B» - это основной выход, который подключается к батарее. Клемма «S» также подключается к аккумулятору и измеряет напряжение.Клемма «IG» подключена к замку зажигания, а клемма «L» - к лампе зарядки.

Регулятор

Регулятор регулирует выходную мощность генератора, изменяя ток в роторе. Это изменяет силу его магнитного поля и величину тока, индуцируемого в статоре. Он контролирует напряжение аккумулятора через клемму «S» и сравнивает его с выходным напряжением. Современные генераторы имеют регулятор внутри корпуса, но более старые модели имеют внешний регулятор.

Поиск и устранение неисправностей

Если напряжение на клеммах аккумулятора ниже ожидаемого, проблема обычно в обрыве одной из катушек статора. Если нет напряжения, возможно обрыв обмотки ротора. Еще одна причина низкого напряжения - заклинивание подшипников.

Генератор использует

При работающем двигателе генератор обеспечивает питание свечей зажигания, заряжает аккумулятор и вспомогательное оборудование. Генератор необходим, потому что при этом аккумулятор быстро разрядится, не оставив заряда для запуска двигателя в следующий раз.

Что такое автомобильный генератор переменного тока и как он работает?

ПРЕДУПРЕЖДАЮЩАЯ ЛАМПА

Это возвращает нас обратно к исходной точке - контрольной лампе генератора. Как видно из рисунка 5, схемы действующего генератора переменного тока, от входа источника тока возбуждения [1] до регулятора есть путь к земле. В результате, когда ключ включен, ток течет через контрольную лампу, через резисторы, транзисторы и катушку возбуждения, а затем на землю, в результате чего лампа загорается.Как только генератор перейдет на полную мощность, напряжение от трио диодов, также приложенное к [1], будет равно напряжению батареи. В это время по 12 вольт с обеих сторон лампа погасла.

Если генератор выйдет из строя, напряжение на тройке диодов упадет, и лампа снова загорится от напряжения батареи. Если мощность генератора немного низкая, лампа будет тускло гореть. Если генератор выйдет из строя полностью и выходное напряжение упадет до нуля, лампа будет гореть с полной яркостью.И наоборот, если батарея выйдет из строя и напряжение батареи упадет, с выходным напряжением генератора переменного тока с одной стороны и низким напряжением батареи с другой, лампа также загорится.

Как указывалось ранее, если свет становится тусклее при увеличении частоты вращения двигателя, это связано с тем, что напряжение генератора переменного тока растет вместе с числом оборотов в минуту, создавая большее напряжение на стороне генератора переменного тока лампы. Чем ближе выходное напряжение к напряжению аккумулятора, тем ярче становится лампа. Точно так же, если свет становится ярче с увеличением числа оборотов, это связано с тем, что по мере увеличения напряжения генератора оно становится выше, чем напряжение аккумулятора.Чем выше напряжение по отношению к напряжению батареи, тем больше разница напряжений на лампе и тем ярче она становится.

СУММИРОВАНИЕ

Таким образом, можно сказать, что ток возбуждения через катушки ротора создает магнитное поле, которое передается катушкам статора, создавая переменное напряжение. Это переменное напряжение преобразуется выходными диодами в пульсирующее постоянное напряжение, которое заряжает аккумулятор.

Ток возбуждения подается либо от аккумулятора, через контрольную лампу, либо от трио диодов.Величина тока возбуждения, которая может проходить через регулятор к ротору или катушке возбуждения, контролируется обратной связью по напряжению от батареи.

Вот и все - вкратце - полная работа генератора переменного тока. В следующий раз, когда вы увидите маленький красный огонек, вы точно будете знать, что он пытается вам сказать.

Что такое система возбуждения? Определение и типы системы возбуждения

Определение: Система, которая используется для подачи необходимого тока возбуждения в обмотку ротора синхронной машины, такой тип системы называется системой возбуждения.Другими словами, система возбуждения определяется как система, которая используется для создания магнитного потока путем пропускания тока в обмотке возбуждения. Основное требование к системе возбуждения - надежность при любых условиях эксплуатации, простота управления, легкость обслуживания, стабильность и быстрая реакция на переходные процессы.

Требуемая величина возбуждения зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности нагрузки и скорости машины. Чем больше возбуждения требуется в системе, когда ток нагрузки велик, скорость меньше и коэффициент мощности системы становится отстающим.

Система возбуждения представляет собой единый блок, в котором каждый генератор имеет свой возбудитель в виде генератора. Централизованная система возбуждения имеет два или более возбудителя, питающих шину. Централизованная система стоит очень дешево, но неисправность в системе отрицательно сказывается на генераторах переменного тока на электростанции.

Типы систем возбуждения

Системы возбуждения в основном подразделяются на три типа. Их

  1. Система возбуждения постоянного тока
  2. Система возбуждения переменного тока
    • Система возбуждения ротора
    • Бесщеточная система возбуждения
  3. Система статического возбуждения

Их типы подробно описаны ниже.

1. Система возбуждения постоянного тока

Система возбуждения постоянного тока имеет два возбудителя - основной возбудитель и пилотный возбудитель. Выход возбудителя регулируется автоматическим регулятором напряжения (АРН) для управления выходным напряжением на клеммах генератора. Вход трансформатора тока в АРН обеспечивает ограничение тока генератора переменного тока во время повреждения.

Когда выключатель возбуждения разомкнут, резистор разряда возбуждения подключается к обмотке возбуждения, чтобы рассеивать накопленную энергию в обмотке возбуждения, которая имеет высокую индуктивность.

Главный и пилотный возбудители могут приводиться в движение главным валом или отдельно от двигателя. Возбудители с прямым приводом обычно предпочтительны, так как они сохраняют единицу работы системы и возбуждение не возбуждается внешними помехами.

Номинальное напряжение главного возбудителя составляет около 400 В, а его мощность составляет около 0,5% от мощности генератора переменного тока. Неполадки в возбудителях турбогенератора довольно часты из-за их высокой скорости, поэтому отдельные возбудители с приводом от двигателя используются в качестве резервного возбудителя.

2. Система возбуждения переменного тока

Система возбуждения переменного тока состоит из генератора переменного тока и тиристорного выпрямительного моста, напрямую подключенных к главному валу генератора. Главный возбудитель может быть самовозбужденным или отдельно возбужденным. Систему возбуждения переменного тока можно в общих чертах разделить на две категории, которые подробно описаны ниже.

а. Вращающаяся тиристорная система возбуждения

Система возбуждения ротора показана на рисунке ниже. Вращающаяся часть обведена пунктирной линией.Эта система состоит из возбудителя переменного тока, стационарного поля и вращающегося якоря. Выход возбудителя выпрямляется двухполупериодной схемой тиристорного мостового выпрямителя и подается на обмотку возбуждения главного генератора.

Обмотка возбуждения генератора также запитана через другую схему выпрямителя. Напряжение возбудителя можно создать, используя его остаточный поток. Блок управления источником питания и выпрямителем генерирует управляемый пусковой сигнал. Сигнал напряжения генератора усредняется и сравнивается напрямую с настройкой напряжения оператором в автоматическом режиме работы.В ручном режиме работы ток возбуждения генератора сравнивается с отдельной ручной регулировкой напряжения.

г. Бесщеточная система возбуждения

Эта система показана на рисунке ниже. Вращающаяся часть обведена прямоугольником из пунктирной линии. Бесщеточная система возбуждения состоит из генератора, выпрямителя, главного возбудителя и генератора переменного тока с постоянными магнитами. Главный и пилотный возбудители приводятся в движение главным валом. Главный возбудитель имеет стационарное поле и вращающийся якорь, напрямую подключенные через кремниевые выпрямители к полю главных генераторов переменного тока.

Пилотный возбудитель - это приводимый от вала генератор с постоянными магнитами, имеющий вращающиеся постоянные магниты, прикрепленные к валу, и трехфазный неподвижный якорь, который питает поле главного возбудителя через кремниевые выпрямители в поле главного генератора переменного тока. Пилотный возбудитель представляет собой генератор постоянных магнитов с приводом от вала, имеющий вращающиеся постоянные магниты, прикрепленные к валу, и трехфазный стационарный якорь, который питает главный возбудитель через трехфазные двухполупериодные тиристорные мосты с фазовым управлением.

Система исключает использование коммутатора, коллектора и щеток, имеет короткую постоянную времени и время отклика менее 0,1 секунды. Короткая постоянная времени имеет преимущество в улучшенных динамических характеристиках слабого сигнала и облегчает применение дополнительных сигналов стабилизации энергосистемы.

3. Система статического возбуждения

В этой системе питание берется от самого генератора через трехфазный понижающий трансформатор, подключенный по схеме звезда / треугольник.Первичная обмотка трансформатора подключена к шине генератора, а вторичная обмотка подает питание на выпрямитель, а также подает питание на схему управления сетью и другое электрическое оборудование.

Эта система имеет очень малое время отклика и обеспечивает отличные динамические характеристики. Эта система снизила эксплуатационные расходы за счет устранения потерь на сопротивление воздуха в возбудителе и необходимости технического обслуживания обмоток.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *