Устройство генератора переменного тока: Генератор переменного тока. Устройство и принцип действия

Генератор переменного тока: устройство, виды, выбор

Один из вариантов обеспечения электропитания — генератор переменного тока. Эта установка может быть как основным вариантом, так и только на время пропадания основного источника питания. 

Содержание статьи

• 1 Что такое генератор тока
• 2 Устройство и принцип работы
• 3 Виды бытовых генераторов
  • 3.1 Синхронные и асинхронные
  • 3.2 Инверторный или нет
  • 3.3 Количество фаз и топливо для первичного двигателя
• 4 Генератор переменного тока: бензин или дизель?
  • 4.1 Когда лучше выбрать бензиновый
  • 4.2 Чем хороши дизельные
• 5 Опции и дополнительные возможности
• 6 Особенности установки генератора

Что такое генератор тока

Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, называют генератором тока. Они бывают переменного и постоянного тока. Устройства, вырабатывающие постоянный ток, более сложны в исполнении и менее надёжны.

Тоже как вариант))

С появлением полупроводниковых приборов, которые позволяют выпрямить переменный ток, по большей части всё равно использовался генератор переменного тока. Если необходим постоянный ток, на выходе источника переменного тока ставят выпрямитель, который формирует электропитание требуемого типа и уровня.

Устройство и принцип работы

Понять, как происходит такое преобразование, можно глядя на простейшую модель генератора. Его работа основана на принципе возникновения ЭДС — электродвижущей силы. Коротко сформулировать суть этого явления можно так, если замкнутая рамка пересекает магнитное поле, в ней возникает (наводится) электрический ток. Чтобы «снять» ток с рамки, используют специальное устройство ‒ щеточный узел. На концах рамки сделаны кольца, которые соприкасаются с токосъёмными контактами (щетками). Щетки, за счет силы упругости пружин, плотно прилегают к кольцам, обеспечивая контакт. К щеткам припаяны провода, по которым далее в устройство и передаётся ток.

Генератор переменного тока: устройство и принцип действия

Как получается переменное напряжение? Представьте себе, рамка вращается, то одной, то другой стороной приближаясь к полюсам (положительному S и отрицательному N). Чем ближе к полюсу, тем сильнее наводимое поле (больше сила тока), чем дальше ‒ тем меньше. Соответственно, на контактных кольцах имеем плавно изменяющуюся силу тока. Она то близка к нулю (когда рамка находится дальше всего), то подходит к максимуму. Таким образом, получаем на выходе ток синусоидальной формы.

Таким образом получаем на выходе генератора ток синусоидальной формы

Те же самые процессы происходят, если прямоугольную рамку закрепить неподвижно, а внутри нее вращать магнитное поле. Ток также имеет синусоидальную форму, просто имеем два типа установок ‒ с неподвижным статором и с неподвижным ротором.

Генератор постоянного тока устроен точно также и отличается только устройство снятия тока. К рамке прикреплены два полукольца, так что щетки снимают ток попеременно, то с одного конца рамки, то с другого. В результате на выходе имеем положительные полуволны, которые близки к постоянному току.

Виды бытовых генераторов

Это была теория, а теперь переходим к практике. Генераторы электрического тока нужны обычно для обеспечения питанием электрооборудования. Существуют две ситуации:

• Электрогенератор нужен на случай пропадания сети.
• Как основной источник питания.

Простейшие генераторы постоянного и переменного тока: устройство и принцип работы

Для обоих случаев логика выбора похожа, но имеет свои особенности. Если генератор нужен для постоянной работы, на первое место выходит расход топлива и надёжность. Также стоит обратить внимание на «громкость» работы, ёмкость бака для топлива.

Для кратковременного включения на случай пропадания питания, чаще всего стараются приобрести не слишком дорогую модель. Но в погоне за экономией, не стоит забывать о качественных характеристиках.

Синхронные и асинхронные

Сейчас не станем разбираться к конструктивных особенностях, а остановимся на достоинствах и недостатках. Синхронные генераторы отличаются тем, что на якоре имеют обмотки. Они выдают более стабильное напряжение и имеют меньшие отклонения по частоте. Это хорошо для требовательных к качеству питания. К плюсам синхронных генераторов тока относят также нормальную реакцию на пусковые токи, так что нормально работают они с индуктивной нагрузкой (с электродвигателями). Минусы ‒ более сложная конструкция и высокая цена. Ещё один момент, наличие щеток, которые, как известно снашиваются и искрят. Так что при более высокой цене синхронные генераторы имеют меньший рабочий ресурс.

Устройство асинхронных моделей проще

Асинхронные генераторы имеют более простую конструкцию и более низкие цены. При относительно невысокой цене отличаются значительно большим эксплуатационным сроком. Но стабильность тока желает быть лучше: погрешность до 10% по напряжению и 4% по частоте. Ещё один недостаток: плохо переносят пусковые токи. Потому, для обеспечения нормальной работы сложной техники желательно иметь стабилизатор, а для плавного пуска электромоторы подключать через преобразователь частоты.

Инверторный или нет

Есть ещё так называемые инверторные бытовые генераторы тока. Это те же генераторы, но на выходе которых стоит дополнительное устройство, стабилизирующее выходные показатели. С учётом того что техника у нас становится всё более дорогой и требовательной к качеству питания, использование инверторных генераторов почти необходимость.

Генератор переменного тока с инвертором: основные узлы и блоки

Единственное исключение, когда агрегат будет стоять на даче или в доме, а в период его работы, «капризная» техника работать не будет. К группе «капризных» однозначно относится вся компьютерная техника, а также та, которая управляется при помощи микропроцессоров. Также «капризными» являются автоматизированные котлы. Если котёл зависит от наличия напряжения и автоматика в нем не механическая, вам однозначно требуется инверторный генератор.

Инверторный генератор кроме двигателя и непосредственно генератора, имеет ещё выпрямитель и инвертор

Как работает инверторный генератор переменного тока? То напряжение, которое выработал генератор, попадает на блок инвертора. Он сначала выпрямляется, а потом из постоянного напряжения формируются полярные импульсы заданной частоты (50 Гц) и скважности. На выходе устройства импульсы превращаются в синусоиду. В результате на выходе имеем питание с идеальными (почти) характеристиками. Так что асинхронный инверторный генератор подходит для питания любой техники. Вот только пусковые нагрузки по-прежнему проблема.

Количество фаз и топливо для первичного двигателя

Чтобы выбрать генератор переменного тока, необходимо разобраться с классификацией, видами и типами, достоинствами и недостатками. В первую очередь стоит определиться с количеством фаз, которые должен выдавать агрегат, как понимаете, есть однофазные и трехфазные. Выбирать по этому признаку стоит учитывая имеющуюся проводку или нагрузку. Если генератор должен обеспечить работу трехфазного потребителя, на его выходе должно быть именно такое напряжение. Если подключаемые приборы только однофазные, покупать трехфазный генератор стоит только тогда, когда он будет работать на постоянной основе.

В качестве резервного обычно ставят однофазные агрегаты, обеспечивая питанием наиболее важные устройства.

Для начала необходимо определиться с количеством фаз вырабатываемого тока

Когда мы разбирались в принципе действия генераторов переменного тока, не рассматривался один момент: как и чем приводится в действие вращающаяся часть устройства. В бытовых моделях это двигатель внутреннего сгорания. Именно он приводит в движение ротор, а работать он может на следующих видах топлива:

• бензин;
• дизельное топливо;
• газ.

Для бытового использования, чаще всего, используют дизельные и бензиновые генераторы. Так как оба вида топлива практически равнозначны по доступности, то выбор между ними основан на технических особенностях. О них подробнее немного ниже.

Генератор переменного тока: бензин или дизель?

Для бытовых целей обычно используют бензиновый или дизельный генератор тока. Сказать какой лучше однозначно невозможно, так как они отличаются по характеристикам. Потому для одних условий лучше бензиновый, для других ‒ оптимальный дизельный.

Выбор генератора тока зависит от многих моментов

Когда лучше выбрать бензиновый

Перечень свойств и особенностей бензинового генератора переменного тока:

Основное, что стоит помнить, бензиновый электрогенератор не рассчитан на длительную работу (сутками). Рекомендованная нагрузка, особенно у двухтактных моделей 2–3 часа в день и до 500 часов в год. Зато отличаются такие установки невысокой ценой и компактностью. Это отличный выбор, если надо питать совсем небольшую нагрузку непродолжительное время. Чаще всего такие генераторы берут с собой на природу, охоту, рыбалку и т. д.

Двухтактные бензиновые генераторы — лучший выбор для выезда на природу

Бензиновые генераторы тока с четырехтактными бензиновыми двигателями ресурс имеют существенно больше: до 3000–5000 тысяч часов. Но и его надолго не хватит при постоянной работе. Так что бензиновые генераторы имеет смысл ставить, если электричество отключается у вас редко и ненадолго.

Чем хороши дизельные

Дизельный генератор переменного тока ‒ установка гораздо боле мощная, но и настолько же более дорогостоящая. Бывают они двух типов: с воздушным и жидкостным охлаждением. Установки с воздушным охлаждением имеют средние габариты, среднюю мощность и вполне приемлемую цену. Вот они идеальны, если электричество отключается часто, но не постоянно. В то же время, маломощные дизельные генераторы (есть и такие) по характеристикам ненамного лучше бензиновых, а по цене раза в два выше. Так что если вам нужен генератор до 6 кВт мощности выбор, всё равно, имеет смысл остановить на бензиновой установке.

Дизельные ‒ более габаритные и мощные

Дизельный генератор с водяным (жидкостным) охлаждением ‒ это уже техника другого класса. Он может работать сутками и используются на предприятиях. На них применяются двигателя двух типов:

• высокооборотистые – 3000 об/мин;
• с низкими оборотами – 1500 об/мин.

Дизельный генератор с низкооборотистым двигателем отличается более низким уровнем шумов, более экономичны в плане расхода топлива на один киловатт. Но они же более дорогостоящие. имеют большие размеры и вес. Если дизельный генератор тока построен на основе высокооборотного движка, обойдётся один киловатт электроэнергии дешевле. Но шуметь дизель будет сильно.

Подобные модели могут обеспечивать предприятия

Итак, если вам нужна установка для выработки постоянного тока на продолжительный период или станция, которая будет снабжать электроэнергией постоянно, вам нужен дизельный генератор жидкостного охлаждения.

Опции и дополнительные возможности

Значительное влияние на цену оказывают опции. Хоть генераторы «с наворотами» стоят дороже, некоторые из дополнительных возможностей могут быть очень полезны. Например:

• Защита от утечки. Встроенное УЗО, которое отслеживает наличие пробоя изоляции и отключает установку при появлении тока утечки.
• Защита от перегрузки. Функция не даёт работать деталям «на износ».
• Автоматический запуск. При пропадании электроэнергии генератор запускается сам.

Использование может быть разным

Есть ещё такие, без которых можно обойтись, но делающие эксплуатацию генератора тока более удобной. Например, контроль параметров с одновременным отображением на дисплее или передача данных о состоянии генератора на подключённый компьютер. Ещё, может быть, целый ряд конструктивных «добавок»: шумогасящий кожух, защитный кожух от низких температур, увеличенный топливный бак и т. д.

Особенности установки генератора

Речь пойдёт не о подключении, а об установке ‒ организации места, где генератор тока будет работать. Нужна просторная твёрдая и ровная площадка. При установке на неровной поверхности, повышается уровень вибрации, что угрожает целостности оборудования.  Если говорить о мощных дизельных установках, то для них желательно бетонное или асфальтовое покрытие, в общем, плотное и надёжное основание.

Площадка должна быть ровной

Подключение генератора проводят кабелем, в соответствии с рекомендациями производителей. Само подключение производится в шкафу, куда заводится кабель от генераторной установки. Он подключается после вводного автомата и счетчика.

Если генератор будет уставлен в помещении, в нем должна быть хорошая вентиляция. Планируя на время работы двигателя оставлять двери открытыми, нужна будет решётка, чтобы никто не попал внутрь во время работы станции.

Автомобильные генераторы переменного тока.



Развитие автомобилестроения сопровождалось ростом требований к безотказности и увеличению срока службы автомобилей, комфорту их эксплуатации, снижению эксплуатационных затрат на техническое обслуживание и ремонт, а также соответствие все возрастающим требованиям безопасности движения.
В связи с этим появилась необходимость существенного увеличения мощности и срока службы автомобильных генераторов, как основных источников электрического тока, улучшения их эксплуатационных характеристик и снижения эксплуатационных затрат. Появилась необходимость уменьшения габаритных размеров и массы генераторов, как, впрочем, и многих других агрегатов и устройств, что позволяло гибко проектировать компоновку и внешний дизайн автомобилей, а также получать экономию дорогостоящих металлов.

Удовлетворение перечисленных требований путем совершенствования конструкции и технологии производства генераторов постоянного тока, учитывая низкую надежность и малый срок службы щеточно-коллекторного узла, а также габаритные размеры и массу генераторов постоянного тока, стало неосуществимо. Поэтому было выбрано новое направление в развитии автомобильных генераторов – создание генераторов переменного тока.

Название «генератор переменного тока» несколько условно, и касается в основном особенностей конструкции генератора, поскольку они оснащены встроенными полупроводниковыми выпрямителями и питают потребители постоянным (выпрямленным) током.

В генераторах постоянного тока таким выпрямителем является щеточно-коллекторный узел, осуществляющий выпрямление переменного тока, полученного в обмотках якоря.
Развитие полупроводниковой техники позволило применить в генераторах переменного тока более совершенный и надежный выпрямитель на полупроводниковых диодах, в котором отсутствовали механические детали и узлы, подверженные износу и отказам.

***

Преимущества и недостатки генераторов переменного тока

К основным преимуществам генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока можно отнести следующие свойства:

• при одинаковой мощности их масса в 1,8…2,5 раза меньше, причем примерно в три раза меньше расходуется ценного цветного металла – меди;
• при одинаковых габаритах генераторы переменного тока выдают большую мощность;
• ток начинает вырабатываться при меньшей частоте вращения ротора;
• проще схема и конструкция регулирующего устройства вследствие отсутствия элемента ограничения силы тока и реле обратного тока;
• проще и надежнее конструкция токосъемного устройства, особенно, в бесконтактных генераторах переменного тока;
• меньше эксплуатационные затраты из-за высокой надежности работы и увеличения срока службы.

С практической точки зрения преимущества генератора переменного тока проявляются в том, что вырабатываемый им ток снимается с неподвижных обмоток, закрепленных на корпусе-статоре. Обмотка возбуждения, выполненная на вращающемся роторе, существенно легче неподвижных обмоток статора, поэтому ротор можно вращать с большей скоростью, не опасаясь явлений дисбаланса вращающихся масс. Да и ток возбуждения в этом случае подвести проще, поскольку он небольшой. В результате щетки и контактные кольца служат дольше.

Кроме того, генератор постоянного тока, в отличие от генератора переменного тока, начинает вырабатывать ток при относительно большой частоте вращение якоря. По этой причине для его полноценного функционирования, например, на холостых оборотах двигателя, необходимо значительное передаточное число привода, что в дальнейшем (на рабочей частоте коленчатого вала) может привести к дисбалансу (из-за значительной массы якоря), износу подшипников и элементов привода генератора.

Определенное преимущество генераторов переменного тока проявляется, также, в том, что при необходимости получения высокого напряжения (например, для питания высоковольтных потребителей), достаточно использовать небольшой трансформатор. Увеличить напряжение постоянного тока таким способом не удастся. Несмотря на то, что в автомобильных бортовых сетях необходимость получения высокого напряжения возникает крайне редко, такую возможность нельзя сбрасывать со счетов.

Основные недостатки генератора переменного тока — необходимость выпрямления вырабатываемого им тока, а также некоторое рассеивание мощности в окружающих ротор и статор металлических деталях из-за возникновения вихревых и реактивных токов в переменном электромагнитном поле. Тем не менее, достоинства генераторов переменного тока с лихвой окупают отмеченные недостатки.

Первые автомобильные генераторы переменного тока были спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрямителями и вибрационными регуляторами напряжения. Селеновые выпрямители имели значительные размеры, и их приходилось размещать отдельно от генератора, в местах, где обеспечивалось хорошее охлаждение. Для присоединения такого выпрямителя к генератору требовалась дополнительная проводка.

Кроме того, селеновые выпрямители были недостаточно теплостойки, и допускали максимальную рабочую температуру не выше +80 ˚С.
По этим причинам в дальнейшем от селеновых выпрямителей отказались, и стали применять кремниевые диоды, которые были менее габаритны, обладали хорошей теплостойкостью, что позволяло размещать их непосредственно в генераторе.

На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли сначала контактно-транзисторные, а затем бесконтактные на дискретных элементах и бесконтактные интегральные регуляторы.
Габаритные размеры интегральных регуляторов позволяют встраивать их в генератор, который совместно со встроенными регулятором и выпрямительным блоком называется генераторной установкой.

***

Принципиальное устройство генератора переменного тока

На рис. 1 представлена упрощенная схема генератора переменного тока, который состоит из двух основных частей: статора с неподвижной обмоткой, в которой индуцируется переменный ток, и ротора, создающего магнитное поле.

Полюсы ротора поочередно проходят мимо неподвижных катушек статора, размещенных на пазах с внутренней стороны корпуса генератора. При этом изменяется направление магнитного потока, а, следовательно, и направление индуцируемой в катушке ЭДС.

Обычно число полюсов магнита на роторе и число катушек в корпусе позволяет получить трехфазный ток. У трехфазных генераторов обмотки имеют одну общую точку, где соединяются их концы, поэтому такая схема соединения называется «звездой», а общая точка обмотки – нулевой точкой.

Вторые концы обмоток присоединяют к двухполупериодному выпрямителю. Магнитное поле ротора может создаваться постоянным магнитом или электромагнитом. В последнем случае к обмотке возбуждения электромагнита подводится постоянное напряжение.

Применение в роторе электромагнитов усложняет конструкцию генератора, так как необходимо подводить напряжение к вращающейся детали – ротору, но в этом случае возможно регулирование напряжения изменением частоты вращения ротора. Кроме того, магнитные свойства постоянных магнитов существенно зависят от их температуры.

Более подробно устройство и работа автомобильного генератора переменного тока приведены на следующей странице.

***



Бесконтактные генераторы с электромагнитным возбуждением

Для автомобильных генераторов надежность и срок службы определяются тремя факторами:

• качеством электрической изоляции;
• качеством подшипниковых узлов;
• надежностью токосъемных (щеточно-контактных) устройств.

Первые два фактора зависят от уровня развития смежных производств. Третий фактор может быть исключен путем использования бесконтактных генераторов, имеющих более высокую надежность и ресурс, чем контактные генераторы, использующие щеточно-контактные токосъемные устройства. Это стимулировало создание автомобильных бесконтактных генераторов переменного тока с электромагнитным возбуждением – индукторных генераторов и генераторов с укороченными полюсами.

К бесконтактным генераторам с электромагнитным возбуждением относятся индукторные генераторы и генераторы с укороченными клювами. Работает генератор следующим образом. Обмотка возбуждения, по которой протекает постоянный ток, создает в магнитной системе поток, который при вращении ротора изменяется по величине без изменения знака. Этот поток замыкается, проходя через воздушные зазоры между валом и элементами ротора, зубцы которого выполнены в виде звездочки, воздушный зазор между ротором и статором, магнитопровод статора и крышку генератора.

Изменение магнитного потока в якоре при вращении ротора происходит за счет изменения магнитного сопротивления воздушного зазора между зубцами статора и ротора.
Магнитный поток Ф у индукторных генераторов пульсирующий. Магнитный поток в воздушном зазоре периодически изменяется от Ф_mах, когда оси зубцов ротора и статора совпадают, до Ф_min, когда оси зубцов ротора и статора смещены на угол 180˚ электрических градусов. Таким образом, магнитный поток имеет среднюю постоянную и переменную составляющую с амплитудой

Ф_пер = 0,5 (Ф_mах — Ф_min)

3убец и впадина ротора (индуктора) генератора образуют пару полюсов, поэтому частота тока якоря в индукторе генератора может быть определена по формуле:

f = zn/60,

где z- число зубцов ротора.

В генераторах с укороченными полюсами бесконтактность достигается за счет неподвижного крепления обмотки возбуждения с помощью немагнитной обоймы. Полюсы клювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части ротора. В процессе вращения ротора магнитный поток возбуждения пересекает витки обмотки статора, индуцируя в них ЭДС.

Генераторы с укороченными полюсами просты по конструкции, технологичны. Роторы таких генераторов имеют малое рассеяние.
К недостаткам можно отнести несколько большую, чем у контактных генераторов, массу при той же мощности. Также следует отметить трудность крепления обмотки возбуждения и обеспечения жесткости и механической прочности ее крепления.

Применение на автомобилях существующих конструкций индукторных генераторов долго сдерживалось следующими трудностями:

• невысокие удельные показатели;
• повышенный уровень пульсации выпрямленного напряжения;
• повышенный уровень шума.

Дальнейшее совершенствование конструкции и устранение вышеперечисленных недостатков позволило использовать индукторные генераторы переменного тока на автомобилях.

Впервые бесщеточные генераторы с укороченными полюсами 45.3701 и 49.3701 были использованы на автомобилях марки «УАЗ».

***

Небольшой видеоролик позволит наглядно понять основные принципы работы и устройство автомобильного генератора переменного тока.

***

Устройство и работа генератора автомобиля ВАЗ



Главная страница

• Страничка абитуриента

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71
  

Специальности

• Ветеринария
• Механизация сельского хозяйства
• Коммерция
• Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК. 01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики
• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Как работает генератор?

В этой статье мы поговорим об основном компоненте многих систем электропитания или зарядки — генераторе переменного тока. В частности, мы собираемся внимательно изучить типичный генератор переменного тока автомобиля.

Заглянем внутрь генератора и осмотрим все его отдельные части. Затем мы обсудим, как эти части работают вместе, чтобы выполнять работу, для которой предназначен генератор переменного тока.

Что такое генератор?

Прежде всего, давайте обсудим, что такое генератор переменного тока и его назначение. По определению генератор переменного тока — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока.

В автомобиле двигатель вращает приводной ремень, который вращает шкив, прикрепленный к генератору. Но подождите минутку… Разве транспортному средству не требуется постоянное напряжение? Действительно, так и есть. .. но об этом позже.

Генератор фактически вырабатывает энергию для автомобиля. Когда генератор переменного тока вращается, он создает напряжение постоянного тока, прежде всего, для зарядки аккумуляторной батареи автомобиля. Аккумулятор обеспечивает огромный ток, необходимый для запуска двигателя автомобиля.

Когда автомобиль заводится, генератор помогает, обеспечивая питание для работы электрических систем автомобиля.

Генератор и генератор

В чем разница между генератором и генератором? Что ж, как мы уже говорили ранее, генератор переменного тока — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. По определению, генератор — это механическое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного или постоянного тока.

Итак, по определению, вероятно, можно с уверенностью сказать, что генератор переменного тока является генератором.

Основные компоненты генератора переменного тока

Как вы понимаете, существуют различия в конструкции генератора переменного тока и, следовательно, количество компонентов зависит от поставщика.

Генератор переменного тока состоит из трех основных компонентов: ротора, статора и выпрямителя. Есть и другие компоненты, и мы доберемся до них по ходу нашего обсуждения.

1. Ротор генератора

Начнем с ротора. Система приводных ременных шкивов вращает ротор на валу при работающем двигателе автомобиля.

В основе ротора лежит электромагнит, часто называемый обмоткой возбуждения. Итак, что такое электромагнит? Электромагнит состоит из отрезка проводящего провода, намотанного на кусок магнитного металла.

Напряжение подается на спиральный провод, создавая в нем ток. Это создает магнитное поле вокруг намотанной проволоки. Как и у постоянного магнита, у него есть северный и южный полюса.

Ротор также имеет серию чередующихся северных и южных наконечников полюсов, расположенных вокруг обмоток возбуждения, которые наматываются на железный сердечник на валу ротора.

2. Статор генератора

Ротор устанавливается внутри статора. Статор является неподвижной частью генератора переменного тока. Ротор вращается внутри статора, не касаясь его физически. На каждом конце вала установлены щетка и контактное кольцо. Мы поговорим о них позже.

Статор состоит из трех отдельных обмоток, один конец каждой обмотки соединен вместе.

Обмотки катушки статора равномерно распределены с интервалом 120 градусов вокруг железного вала.

Итак, теперь у нас есть этот ротор, вращающийся внутри статора, состоящего из трех катушек проволоки. Как это генерирует напряжение?

Мудрый ученый по имени Майкл Фарадей обнаружил, что в катушке с проводом может индуцироваться напряжение, если перемещать эту катушку через магнитное поле.

Если катушка с проводом неподвижна, как в статоре, вы получите наведенное напряжение в катушке, если переместите магнитное поле мимо катушки. Интересно, что чем быстрее меняется магнитное поле, тем больше индуцируется напряжение.

Ротор, вращающийся внутри статора, вызывает индуцированное напряжение на обмотках статора из-за вращающегося магнитного поля.

Щетки и токосъемные кольца

Секундочку… откуда берется магнитное поле? Вот где в дело вступают щетки и контактные кольца.

Помните, мы говорили ранее, что ротор — это электромагнит? Это верно, когда мы подаем напряжение на обмотку возбуждения. Как мы это делаем? Подаем напряжение на обмотку возбуждения через контактные кольца.

Вы можете спросить… Откуда берется напряжение возбуждения?  Подождите!… мы скоро доберемся до этого.

Хорошо… вернемся к нашему ротору электромагнита, вращающемуся внутри статора. В каждой обмотке статора будет индуцироваться напряжение. Наведенные напряжения будут переменными из-за смены электромагнитного полюса во время вращения ротора.

Мы получаем три напряжения, каждое из которых сдвинуто по фазе на 120 градусов друг от друга из-за физического расположения обмотки вокруг железного сердечника статора.

Теперь у нас есть три напряжения переменного тока, создаваемые нашим вращающимся ротором. Но нам нужно напряжение постоянного тока для зарядки аккумулятора и работы электрических устройств автомобиля.

3. Выпрямитель генератора

Хорошо… давайте посмотрим, как генератор переменного тока автомобиля вырабатывает напряжение постоянного тока. Как мы преобразуем переменный ток в постоянный? С помощью выпрямителя. Что такое выпрямитель? Выпрямитель состоит из нескольких диодов.

Давайте посмотрим, как работает диод. Проще говоря, диод пропускает ток только в одном направлении. Диод имеет два вывода: анод и катод.

Если анод более положительный, чем катод, ток будет течь через диод. Но если анод более отрицателен, чем катод, ток через диод течь не будет.

Хорошо, давайте посмотрим, что произойдет, если мы подадим переменное напряжение на цепь с диодом. Мы получаем выходное напряжение, которое не является переменным, а неровным постоянным напряжением. Это не очень красивое напряжение постоянного тока, но мы можем исправить это позже.

Если мы преобразуем переменный ток в постоянный, мы выполнили выпрямление. Итак, диод — это разновидность выпрямителя.

Выпрямитель генератора имеет более одного диода. Чаще всего выпрямитель генератора имеет шесть диодов. Шесть диодов смонтированы в теплоотводящем материале для защиты от возгорания.

Зачем столько диодов? Напомним, что у нас есть три напряжения переменного тока, создаваемые в обмотках статора. Почему бы не использовать все три напряжения? Фактически диоды настроены таким образом, что мы выпрямляем и преобразовываем оба полупериода каждого напряжения статора в переменное напряжение.

Трио диодов

Помните, ранее в этой статье мы упоминали контактные кольца и щетки, которые установлены на конце вала ротора? Давайте поговорим о том, что они делают.

Как мы обсуждали ранее, катушка возбуждения ротора представляет собой электромагнит. Как он становится электромагнитом? Напряжение постоянного тока подается через токосъемные кольца из двух разных источников.

Первым источником является аккумуляторная батарея при запуске двигателя. Второй источник — от самого генератора переменного тока, когда ротор вращается через компонент, называемый трио диодов.

Хорошо… давайте обсудим тройку диодов и еще один компонент, называемый регулятором напряжения.

Трио диодов бывают разных форм и размеров, но все они имеют три диода внутри.

Точно так же, как и у выпрямителя, входные клеммы трио диодов подключены к каждому выходу напряжения статора. Выходные клеммы каждого диода соединены вместе. Трио диодов преобразует часть выходного напряжения статора в напряжение постоянного тока.

Регулятор напряжения

Выход трио диодов подается на регулятор напряжения и становится напряжением питания электромагнита ротора после запуска и работы двигателя.

Как выглядит регулятор напряжения? Как и выпрямитель, регулятор напряжения бывает разных форм и размеров в зависимости от производителя и модели генератора.

Итак, что делает регулятор? Если вы помните, чем быстрее вращается ротор, тем большее напряжение индуцируется в статоре.

Регулятор напряжения — это электронное устройство, которое действует как монитор напряжения генератора  , поскольку он следит за напряжением аккумуляторной батареи.

Регулятор напряжения предназначен для регулировки напряжения возбуждения электромагнита таким образом, чтобы выходные напряжения статора оставались относительно постоянными независимо от скорости вращения ротора.

Почему мы хотим, чтобы напряжение статора было постоянным? Напряжение статора выпрямляется и затем используется для зарядки аккумулятора. Аккумулятор и другие электрические устройства могут быть повреждены, если напряжение слишком высокое!

Как все части работают вместе?

Хорошо… Похоже, мы описали все детали генератора. Итак… давайте посмотрим, как все части генератора работают вместе:

– Выключатель зажигания позволяет аккумулятору питать ротор

– Ротор вращается быстрее, когда двигатель увеличивает обороты…

– Напряжение статора повышается

– Напряжение заряда батареи на выходе выпрямителя повышается

– Регулятор напряжения фиксирует повышение напряжения батареи

– Регулятор напряжения снижает напряжение питания электромагнита, а

– Падение напряжения на статоре

Имейте в виду, что наши описания, рисунки и анимации могут не соответствовать вашему генератору переменного тока. Как и в случае любого электрического устройства, существуют различные конфигурации.

Резюме

Подведем итог тому, что мы узнали:

– Генератор переменного тока – это электромеханическое устройство, которое генерирует напряжение постоянного тока и поддерживает напряжение аккумуляторной батареи автомобиля

– Основные компоненты генератора: ротор, статор, выпрямитель, трио диодов и регулятор напряжения.

– Ротор вращается внутри статора, создавая три отдельных напряжения переменного тока.

– Напряжение переменного тока статора преобразуется выпрямителем в напряжение постоянного тока и подается на аккумуляторную батарею и электрические цепи автомобиля.

– Регулятор напряжения представляет собой электронное устройство, поддерживающее постоянное выходное напряжение генератора.

– Выход трио диодов становится напряжением питания электромагнита ротора после запуска и работы двигателя.

Если у вас есть какие-либо вопросы о генераторе переменного тока, электрической системе автомобиля или любой электрической системе в целом, задайте их в комментариях ниже, и мы свяжемся с вами менее чем через 24 часа.

У вас есть друг, клиент или коллега, которым может пригодиться эта информация? Пожалуйста, поделитесь этой статьей.

Что такое генератор переменного тока и как он работает?

Вы можете подумать, что батарея питает все электрические устройства в вашем автомобиле, будь то стеклоочистители, фары или радио. На самом деле именно автомобильный генератор производит большую часть электроэнергии вашего автомобиля — ваша батарея в основном используется только для запуска вашего автомобиля и обеспечения питания, когда двигатель не работает.[1] Генератор переменного тока является важным компонентом системы зарядки автомобиля, поэтому полезно понять, как он работает, если вам придется иметь дело с тем, что ваш автомобиль не заводится.

Что такое генератор?

Генератор переменного тока — это генератор, предназначенный для распределения электроэнергии по автомобилю и подзарядки аккумулятора.[1] За исключением некоторых гибридных моделей, все автомобили со стандартным двигателем внутреннего сгорания будут иметь генератор переменного тока. Генератор размером с кокосовый орех обычно крепится к передней части двигателя и обматывается ремнем.[2]

Компоненты генератора переменного тока

Компоненты генератора предназначены для обеспечения нужного типа и количества энергии в автомобиле. Система зарядки вашего автомобиля состоит из множества частей, но вот основные компоненты и их функции:

Ротор и статор

Ротор и статор являются компонентами генератора, вырабатывающими электричество.[3][4][5] Ротор, цилиндрическая деталь, окруженная магнитами, вращается внутри статора, который содержит фиксированный набор токопроводящих медных проводов. Движение магнитов по проводке — это то, что в конечном итоге создает электричество.

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения контролирует мощность, вырабатываемую генератором.[2] Он отслеживает уровень напряжения, подаваемого на аккумулятор, и подает питание на остальные части автомобиля.

Диодный выпрямитель

Диодный выпрямитель преобразует напряжение генератора в форму, которая может использоваться аккумулятором для подзарядки. [2][4]

Вентилятор охлаждения

Генераторы выделяют много тепла и нуждаются в охлаждении для эффективной работы. Хотя они оснащены вентиляционными отверстиями и алюминиевым корпусом для лучшего отвода тепла, они также оснащены вращающимися вентиляторами для дополнительного охлаждения.[2][4] Новые модели генераторов переменного тока имеют внутренние охлаждающие вентиляторы, тогда как более старые версии, как правило, имеют внешние лопасти вентилятора.

Как работает генератор

Что делает генератор? Как известно, генератор переменного тока обеспечивает автомобиль большей частью электроэнергии и помогает заряжать аккумулятор. Но чтобы сделать все это, генератор переменного тока должен сначала превратить механическую энергию в электричество.

Как генератор переменного тока производит электричество

Процесс производства электричества начинается с двигателя. В большинстве современных автомобилей генераторы приводятся в движение коленчатым валом двигателя через змеевиковый ремень, хотя в старых автомобилях может быть отдельный шкив, идущий от коленчатого вала к генератору. Движение ремня — механическая энергия — вращает ротор генератора с высокой скоростью внутри статора.[2][5]

Электричество вырабатывается при вращении ротора. Магниты, окружающие ротор, преднамеренно расположены так, что когда они проходят над медной проводкой в ​​статоре, создается магнитное поле. ⁵ Это магнитное поле, в свою очередь, создает напряжение, которое захватывается статором. Затем эта мощность поступает к регулятору напряжения, который распределяет электроэнергию по транспортному средству и управляет количеством напряжения, которое получает аккумулятор.[2]

Как генератор заряжает аккумулятор?

Прежде чем батарея сможет использовать энергию, поступающую от генератора переменного тока, ее необходимо преобразовать в формат, который может использовать батарея. Это потому, что электричество может течь в разных токах или направлениях. Автомобильные аккумуляторы работают от одностороннего постоянного тока (DC), в то время как генераторы переменного тока вырабатывают электричество переменного тока (AC), которое иногда течет в обратном направлении.