Устройство Генератора Переменного Тока и Принцип Действия

Мощный тяговый генератор переменного тока – строение

Здравствуйте, ценители мира электрики и электроники. Если вы частенько заглядываете на наш сайт, то наверняка помните, что совсем недавно у нас вышел достаточно объемный материал про то, как устроен и работает генератор постоянного тока. Мы подробно описали его строение от самых простых лабораторных прототипов, до современных рабочих агрегатов. Обязательно почитайте, если еще этого не сделали.

Сегодня мы разовьем эту тему, и разберемся, в чем заключается принцип действия генератора переменного тока. Поговорим о сферах его применения, разновидностях и много еще о чем.

Содержание

• Теоретическая часть
  • Базовые принципы
  • Переменный ток
• Строение генератора переменного тока
  • Основные рабочие части и их подключение
  • Виды генераторов переменного тока
    • Трехфазные генераторы
    • Различие по виду
  • Способы возбуждения обмотки
• Применение генераторов переменного тока на практике
  • Автомобильные генераторы
• Генератор на жидком топливе

Теоретическая часть

Основной принцип работы альтернатора

Начнем с самого основного – переменный ток отличается от постоянного тем, что он с некоторой периодичностью меняет свое направление движения. Также он меняет и величину, о чем мы подробнее поговорим далее.

Спустя определенный промежуток времени, который мы назовем «Т» значения параметров тока повторяются, что на графике можно изобразить в виде синусоиды – волнистой линии, проходящей с одинаковой амплитудой через центральную линию.

Базовые принципы

Итак, назначение и устройство генераторов переменного тока, называемого раньше альтернатором, заключается в преобразовании кинетической энергии, то есть механической, в электрическую. Подавляющее большинство современных генераторов используют вращающееся магнитное поле.

• Работают такие устройства за счет электромагнитной индукции, когда при вращении в магнитном поле катушки из токопроводящего материала (обычно медная проволока), в ней возникает электродвижущая сила (ЭДС).
• Ток начинает образовываться в тот момент, когда проводники начинают пересекать магнитные линии силового поля.

Строение простейшего электромагнитного генератора

• Причем пиковое значение ЭДС в проводнике достигается при прохождении им главных полюсов магнитного поля. В те моменты, когда они скользят вдоль силовых линий, индукция не возникает и ЭДС падает до нуля. Взгляните на любую схему из представленных – первое состояние будет наблюдаться, когда рамка примет вертикальное положение, а второе – когда горизонтальное.

Генератор переменного тока — как устроен

• Для лучшего понимания протекающих процессов нужно вспомнить правило правой руки, изучавшееся всеми в школе, но мало кем помнящееся. Суть его заключается в том, что если расположить правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее со стороны ладони, большой палец, отведенный в сторону, укажет направление движения проводника, а остальные пальцы будут указывать на направление возникающей в нем ЭДС.
• Взгляните на схему выше, положение «а». В этот момент ЭДС в рамке равно нулю. Стрелочками показано направление ее движения – часть рамки А двигается в сторону северного полюса магнита, а Б – южного, достигнув которых ЭДС будет максимальным. Применяя описанное выше правило правой руки, мы видим, что ток начинает течь в части «Б» в нашу сторону, а в части «А» – от нас.
• Рамка вращается дальше и ток в цепи начинает падать, пока рамка снова не займет горизонтальное положение (в).
• Дальнейшее вращение приводит к тому, что ток начинает течь в обратном направлении, так как части рамки поменялись местами, если сравнивать с начальным положением.

Спустя половину оборота, все снова вернется в изначальное состояние, и цикл повторится снова. В итоге мы получили, что за время совершения полного оборота рамки, ток дважды возрастал до максимума и падал до нуля, и единожды менял свое направление относительно нчального движения.

Переменный ток

В его честь была названа частота тока

Принято считать, что длительность периода обращения равняется 1 секунде, а число периодов «Т» является частотой электрического тока. В стандартных электрических сетях России и Европы за одну секунду ток меняет свое направление 50 раз – 50 периодов в секунду.

Обозначают в электронике один такой период особой единицей, названной в честь немецкого физика Г. Герца. То есть в приведенном примере российских сетей частота тока составляет 50 герц.

Вообще, переменный ток нашел очень широкое применение в электронике благодаря тому, что: величину его напряжения очень просто изменять при помощи трансформаторов, не имеющих движущихся частей; его всегда можно преобразовать в постоянный ток; устройство таких генераторов намного надежнее и проще, чем для выработки постоянного тока.

Мощнейшие генераторы, установленные на Пушкинской ГЭС

Строение генератора переменного тока

Как устроен генератор переменного тока, в принципе, понятно, но вот, сравнивая его с собратом для выработки постоянного, не сразу можно уловить разницу.

Основные рабочие части и их подключение

Если вы прочли предыдущий материал, то наверняка помните, что рамка в простейшей схеме была соединена с коллектором, разделенным на изолированные контактные пластины,  а тот, в свою очередь, был связан со щетками, скользящими по нему, через которые и была подключена внешняя цепь.

За счет того, что пластины коллектора постоянно меняются щетками, не происходит смены направления тока – он просто пульсирует, двигаясь в одном направлении, то есть коллектор является выпрямителем.

Устройство и принцип действия генератора переменного тока

• Для переменного тока такого приспособления не нужно, поэтому его заменяют контактные кольца, к которым привязаны концы рамки. Вся конструкция вместе вращается вокруг центральной оси. К кольцам примыкают щетки, которые также по ним скользят, обеспечивая постоянный контакт.
• Как и в случае с постоянным током, ЭДС, возникающие в разных частях рамки, будут суммироваться, образуя результирующее значение этого параметра. При этом во внешней цепи, подключенной через щетки (если подсоединить к ней резистор нагрузки RH), будет протекать электрический ток.
• В рассмотренном выше примере «Т» равняется полному обороту рамки. Отсюда можно сделать логичный вывод, что частота тока, вырабатываемая генератором, напрямую зависит от скорости вращения якоря (рамки), или другими словами ротора, в секунду. Однако это касается только такого простейшего генератора.

Трехфазные генераторы переменного тока и устройство их

Если увеличить число пар полюсов, то в генераторе пропорционально возрастет и число полных изменений тока за один оборот якоря, и частота его будет измерять иначе, по формуле: f = np, где f – это частота, n – число оборотов в секунду, p – количество пар магнитных полюсов устройства.

• Как мы уже писали выше, течение переменного тока графически изображается синусоидой, поэтому такой ток еще называется и синусоидальным. Сразу можно выделить основные условия, задающие постоянство характеристик такого тока – это равномерность магнитного поля (постоянная его величина) и неизменная скорость вращения якоря, в котором он индуктируется.
• Для того чтобы сделать устройство достаточно мощным, в нем применяются электрические магниты. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, в действующих агрегатах тоже не является рамкой, как мы показывали в схемах выше. Применяется очень большое количество проводников, которые соединены друг с другом по определенной схеме

Интересно знать! Образование ЭДС происходит не только тогда, когда проводник смещается относительно магнитного поля, но и наоборот, когда двигается само поле относительно проводника, чем активно и пользуются конструкторы электродвигателей и генераторов.

• Данное свойство позволяет размещать обмотку, в которой индуктируется ЭДС, не только на вращающейся центральной части устройства, но и на неподвижной части. При этом в движение приводится магнит, то есть полюсы.

Синхронный генератор электрического тока и принцип действия этого устройства

• При таком строении внешняя обмотка генератора, то есть силовая цепь, не нуждается ни в каких подвижных частях (кольцах и щетках) – соединение выполняется жесткое, чаще болтовое.
• Да, но можно резонно возразить, мол, эти же элементы потребуется установить на обмотке возбуждения. Так и есть, однако сила тока, протекающая здесь, будет намного меньше итоговой мощности генератора, что значительно упрощает организацию подвода тока. Элементы будут малы по размерам и массе и очень надежны, что делает именно такую конструкцию самой востребованной, особенно для мощных агрегатов, например, тяговых, устанавливаемых на тепловозах.
• Если же речь идет о маломощных генераторах, где токосъем не представляет каких-то сложностей, поэтому часто применяется «классическая» схема, с вращающейся якорной обмоткой и неподвижным магнитом (индуктором).

Совет! Кстати, неподвижная часть генератора переменного тока называется статором, так как она статична, а вращающаяся – ротором.

Вращать легче центральную часть

Виды генераторов переменного тока

Классифицировать и отличить генераторы можно по нескольким признакам. Давайте назовем их.

Трехфазные генераторы

Отличаться они могут по количеству фаз и быть одно-, двух- и трехфазными. На практике наибольшее распространение получил последний вариант.

Схема трехфазного генератора

• Как видно из картинки выше, силовая часть агрегата имеет три независимые обмотки, расположенные на статоре по окружности, со смещением друг относительно друга на 120 градусов.
• Ротор в данном случае представляет собой электромагнит, который, вращаясь, индуктирует в обмотках переменные ЭДС, которые сдвинуты друг относительно друга во времени на одну третью периода «Т», то есть такта. По сути, каждая обмотка представляет собой отдельный однофазный генератор, который питает переменным током свою внешнюю цепь R. То есть мы имеет три значения тока I(1,2,3) и такое же количество цепей. Каждая такая обмотка вместе с внешней цепью получила название фазы.

Смещение синусоид на 1/3 такта

• Чтобы сократить число проводов, ведущих к генератору, три обратных провода, ведущих к нему от потребителей энергии, заменяют одним общим, по которому будут проходить токи от каждой фазы. Такой общий провод называют нулевым
• Соединение всех обмоток такого генератора, когда их концы соединяются друг с другом, называется звездой. Отдельные три провода, соединяющие начала обмоток с потребителями электроэнергии называются линейными – по ним и идет передача.
• Если нагрузка всех фаз будет одинаковой, то необходимость в нулевом проводе полностью отпадет, так как общий ток в нем будет равен нулю. Как так получается, спросите вы? Все предельно просто – для понятия принципа достаточно сложить алгебраические значения каждого синусоидального тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. Схема выше поможет понять этот принцип, если представить, что кривые на нем – это изменение тока в трех фазах генератора.
• Если же нагрузка в фазах будет неодинаковой, то нулевой провод начнет пропускать ток. Именно поэтому распространена 4-х проводная схема подключения звездой, так как она позволяет сохранять электрические приборы, включенные в этот момент в сеть.

Варианты соединения обмоток у трехфазного генератора

• Напряжение между линейными проводами называется линейным, тогда как напряжение на каждой фазе – фазным. Токи, протекающие в фазах, являются и линейными.
• Схема подключения звездой не является единственной. Существует и другой вариант последовательного подключения трех обмоток, когда конец одной соединен с началом второй, и так далее, пока не образуется замкнутое кольцо (см. схему выше «б»). Исходящие от генератора провода подключаются в местах соединения обмоток.
• В таком случае фазовые и линейные напряжения будут одинаковыми, а ток линейного провода будет больше фазного, при их одинаковой нагрузке.
• Такое соединение также не нуждается в нулевом проводе, в чем и заключается основное преимущество трехфазного генератора. Наличие меньшего количества проводов делают его проще, и цена его ниже, из-за меньшего количества используемых цветных металлов.

Принципиальная схема генератора тока

Еще одной особенностью трехфазной схемы подключения является появление вращающегося магнитного поля, что позволяет создавать простые и надежные асинхронные электродвигатели.

Но и это не все. При выпрямлении однофазного тока на выходе выпрямителя получается напряжение с пульсациями от нуля до максимального значения. Причина, думаем, ясна, если вы поняли основной принцип работы такого устройства. Когда же присутствует сдвиг по времени фаз, пульсации сильно уменьшаются, не превышая 8%.

Различие по виду

Отличаются генераторы и по виду, которых существует 2:

Синхронный генератор

• Синхронный генератор переменного тока – главная особенность такого агрегата заключается в жесткой связи частоты переменной ЭДС, которая наведена в обмотке и синхронной частотой вращения, то есть вращения ротора.

Принцип действия и устройство синхронного генератора.

1. Взгляните на схему выше. На ней мы видим статор с трехфазной обмоткой, соединенной по треугольной схеме, которая мало чем отличается от той, что стоит на асинхронном двигателе.
2. На роторе генератора располагается электромагнит с обмоткой возбуждения, питающаяся от постоянного тока, который может быть подан на него любым известным способом – об этом подробнее будет расписано далее.
3. Вместо электромагнита может быть применен постоянный, тогда необходимость в скользящих частях схемы, в виде щеток и контактных колец, отпадает вовсе, на такой генератор не будет достаточно мощным и не сможет нормально стабилизировать выходные напряжения.
4. К валу ротора подключается привод – любой двигатель, создающий механическую энергию, и он приводится в движение с определенной синхронной скоростью.
5. Так как магнитное поле главных полюсов вращается вместе с ротором, начинается индукция переменных ЭДС в обмотке статора, которые можно обозначить как Е1, Е2 и Е3. Эти переменные будут одинаковыми по значению, но как уже не раз говорилось, смещенными на 120 градусов по фазе. Вместе эти значения образуют трехфазную систему ЭДС, которая симметрична.
6. К точкам С1,С2 и С3 подключается нагрузка, и на фазах обмотки в статоре появляются токи I1,I2,и I В это время каждая фаза статора сама становится мощным электромагнитом и создает вращающееся магнитное поле.
7. Частота вращения магнитного поля статора будет соответствовать частоте вращения ротора.

Асинхронный электрический двигатель

• Асинхронные генераторы – их отличает от описанного выше примера то, что частоты ЭДС и вращения ротора жестко не привязаны друг к другу. Разница между этими параметрами называется скольжением.

1. Электромагнитное поле такого генератора в обычном рабочем режиме оказывает под нагрузкой тормозной момент на вращение ротора, поэтому частота изменения магнитного поля будет меньшим.
2. Эти агрегаты не требуют для создания сложных узлов и применения дорогих материалов, поэтому нашли широкое применение, как электрические двигатели для транспорта, из-за легкого обслуживая и простоты самого устройства. Данные генераторы устойчивы к перегрузкам и коротким замыканиям, однако на устройствах сильно зависящих от частоты тока они неприменимы.

Способы возбуждения обмотки

Последнее различие моделей, которое хотелось бы затронуть, связано со способом запитки возбуждающей обмотки.

Тут можно выделить 4 типа:

1. Питание на обмотку подается через сторонний источник.
2. Генераторы с самовозбуждением – питание берется от самого генератора, при этом напряжение выпрямляется. Однако находясь в неактивном состоянии, такой генератор не сможет выработать достаточного напряжения, чтобы стартовать, для чего в схеме применяется аккумулятор, который будет задействован во время старта.
3. Вариант с обмоткой возбуждения, питающейся от другого генератора меньшей мощности, установленного с ним на одном валу. Второй генератор уже должен стартовать от стороннего источника, например, того же аккумулятора.
4. Последняя разновидность вообще не нуждается в подаче питания на обмотку возбуждения, так как ее у него нет, ведь применяется в устройстве постоянный магнит.

Применение генераторов переменного тока на практике

Промышленное производство мощных генераторов

Применяются такие генераторы практически во всех сферах человеческой деятельности, где требуется электрическая энергия. Причем принцип ее добычи отличается только способом приведения в движение вала устройства. Так работают и гидро-, и тепло- и даже атомные станции.

Данные станции запитывают по проводам общественные сети, к которым подключается конечный потребитель, то есть все мы. Однако существует множество объектов, к которым невозможно доставить электрическую энергию таким способом, например, транспорт, стройплощадки вдали от линий электропередач, очень далекие поселки, вахты, буровые установки и прочее.

Это означает только одно – требуется свой генератор и двигатель, приводящий его в движение. Давайте рассмотрим несколько небольших и часто встречающихся в нашей жизни устройств.

Автомобильные генераторы

На фото — электрический генератор для автомобиля

Кто-то возможно тут же скажет: «Как? Это же генератор постоянного тока!». Да, действительно, так оно и есть, однако таковым его делает лишь наличие выпрямителя, который этот самый ток делает постоянным. Основной принцип работы ничем не отличается – все тот же ротор, все тот же электромагнит и прочее.

Принципиальная схема автомобильного генератора

Это устройство функционирует таким образом, что вне зависимости от скорости вращения вала, оно вырабатывает напряжение в 12В, что обеспечивается регулятором, через который идет питание обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения стартует, запитываясь от автомобильного аккумулятора, ротор агрегата приводится в движение двигателем автомобиля через шкив, после чего начинает индуцироваться ЭДС.

Для выпрямления трехфазного тока используется несколько диодов.

Генератор на жидком топливе

Бензиновый генератор

Устройство бензинового генератора переменного тока, ровно, как и дизельного, мало чем отличается от того, что установлен в вашем автомобиле, за исключением нюанса, что ток он будет выдавать, как положено, переменный.

Из особенностей можно выделить то, что ротор агрегата всегда должен вращаться с одной скоростью, так как при перепадах выработка электроэнергии становится хуже. В этом кроется существенный недостаток подобных устройств – подобный эффект происходит при износе деталей.

Интересно знать! Если к генератору подключить нагрузку, которая будет ниже рабочей, то он не будет использовать свою мощность на полную, съедая часть жидкого топлива впустую.

Панель управления генератора

На рынке представлен большой выбор подобных агрегатов, рассчитанных на разную мощность. Они пользуются большой популярность за счет своей мобильности. При этом инструкция по пользованию предельно проста – заливаем своими руками топливо, запускаем двигатель поворотом ключа и подключаемся…

На этом, пожалуй, закончим. Мы разобрали назначение и общее устройство этих приборов  максимально просто. Надеемся, генератор переменного тока и принцип его действия стали к вам чуточку ближе, и с нашей подачи вы захотите погрузиться в увлекательный мир электротехники.

устройство, принцип работы, подборка лучших в Москве

1. Главная
2. Советы по выбору техники

Люди все чаще задумываются о том, чтобы приобрести себе мини-электростанцию. Такие небольшие, компактные устройства способны обеспечить электричеством целый загородный дом или квартиру. Но, решая купить прибор, у многих возникает вопрос, какой именно агрегат выбрать. Ведь на рынке существует огромное количество оборудования, а хочется взять прибор и пользоваться им в свое удовольствие.

Трехфазный генератор занимает особое место среди разнообразия, его особенностью является возможность выдавать напряжение двух видов, а именно 220 В и 380 В. 

Такие устройства могут прекрасно работать на дизеле и бензине, но их самая маленькая мощность 5–6 кВт, ведь такие приборы больше относятся к профессиональным моделям. Правда, для бытового использования его тоже часто покупают, особенно, если в доме есть трехфазные потребители.

Данное устройство имеет неподвижный статор и ротор (вал), что вращается и создает в обмотках универсальное магнитное поле. В трехфазном агрегате обмотка размещается не на роторе, а на статоре. Только следует сказать, что подобных отмоток на статоре целых три, и они сдвинуты по отношению друг к другу. Когда ротор оборачивается, он начинает пересекаться с магнитным полем обмоток, в результате чего начинает вырабатываться электродвижущая сила. Благодаря тому, что эти обмотки размещаются на одинаковом расстоянии друг от друга, электродвижущая сила имеет одинаковую амплитуду.

Особенности трехфазных агрегатов

1. Благодаря уникальному строению, есть возможность подключать к нему несколько приборов одновременно.




2. Он работает по принципу распределения мощности напряжения. Это значит, что такой агрегат не сможет потянуть мощную технику. Ведь, если агрегат на 6 кВт, то это не значит, что к нему можно подключать технику такой мощности. Он просто не потянет, ведь прибор равномерно распределяет напряжение на три фазы. Поэтому максимальная мощность потребителя не должна быть 2 кВт. Зато таких однофазных приборов можно подсоединить сразу три штуки.




3. Часто люди могут ошибочно рассчитывать необходимую мощность технику и приобретать трехфазный агрегат для однофазных потребителей. В таком случае вы сможете подключить один прибор на 2 кВт, а сама электростанция будет работать на всю мощность (6–8 кВт) и потреблять огромное количество топлива. Если у вас только однофазные потребители, то рациональнее будет приобрести однофазный агрегат такой же мощностью. Он стоит намного дешевле, и расход топлива будет в несколько раз меньше.




4. Такие устройства достаточно капризны в подключении однофазных потребителей. Но это не единственная их особенность. Ведь эта проблема решаема, если подключать три прибора одновременно. Но вот проблема перекоса фаз, которая встречается при использовании модели в домашних условиях, более существенна. Если объяснить по-простому, то нельзя, чтобы хоть одна фаза имела порог мощности больше 25% по сравнению с другими. То есть, если вы подключили телевизор или холодильник на 0,7–0,8 кВт, то на другую фазу вы сможете включить прибор мощностью не больше 1 кВт (+25% к первому показателю). Если включить пылесос, который имеет 2–2,5 кВт, то произойдет перекос фаз и аппарат отключится.




5. Каждый трехфазный образец имеет две розетки, одна с напряжением 220 Вольт, а другая 380 Вольт.

Такие устройства стоят намного дороже обычных однофазных моделей. При этом обычному человеку достаточно сложно понять схему подключения потребителей. А высокое потребление топлива делают их не выгодными для домашнего или бытового использования. 

Если в доме есть трехфазные приборы, которые требуют напряжение в 380 Вольт, лучше покупать трехфазный образец. При подключении таких потребителей перечисленных выше проблем не будет, генератор и техника прослужат вам длительное время.  

Генератор | электротехника | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Факты и сопутствующий контент

Автомобильный генератор — инженерное мышление

Узнайте, как работает генератор. Это устройство является неотъемлемой частью электрической системы каждого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Итак, что он делает и как он работает. В этой статье мы рассмотрим типичный автомобильный генератор, чтобы понять, как он работает, основные части, а также почему и где мы их используем.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

Что такое генератор переменного тока

Генератор переменного тока выглядит примерно так. Мы находим генератор в моторном отсеке автомобиля.

Генератор

Вал генератора соединен с двигателем через ремень и шкив. Когда двигатель работает, вал генератора вынужден вращаться, это вращение вырабатывает электричество.

Описание генератора переменного тока

Генератор переменного тока производит тип электричества, известный как переменный ток, поэтому он называется генератором переменного тока. При переменном токе ток электронов постоянно течет вперед и назад. Это тот же тип электричества, который вы найдете в розетках в своих домах, но напряжение в ваших домах намного выше.

Однако все электрические компоненты автомобиля используют другой тип электричества, известный как постоянный или постоянный ток. С этим типом электричества электроны движутся только в одном направлении, это то же самое, что и электричество, которое вы получаете от батареи.

Выпрямитель

Таким образом, генератор переменного тока преобразует переменный ток в постоянный через выпрямитель. Выходное напряжение генератора переменного тока зависит от скорости автомобиля, поэтому в генераторе переменного тока также используется регулятор, чтобы ограничить его и поддерживать почти постоянную выходную мощность.

Зачем нужен генератор переменного тока

Каждому современному транспортному средству для работы требуется электричество, которое используется для питания таких устройств, как освещение, музыкальная система, электрические стеклоподъемники, стеклоочистители и т. д.

Электрические компоненты используют постоянный ток

Двигатель сжигает топливо. Это используется для вращения коленчатого вала и движения автомобиля вперед. Двигатель обеспечивает только механическую силу, он не производит электричество. Итак, нам нужен способ питания всех электрических устройств в автомобиле, и здесь на помощь приходит генератор переменного тока.

В моторном отсеке мы также находим 12-вольтовый свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор. Это хранит энергию в виде химической энергии, а не электричество.

Автомобильный аккумулятор

Кстати, мы подробно рассмотрели, как работает автомобильный аккумулятор. ЗДЕСЬ

Когда двигатель выключен, аккумулятор питает электрические компоненты автомобиля. Хотя это разрядит батарею.

Когда автомобиль заводится, аккумулятор подает большой ток на стартер, который вращает маховик и запускает двигатель. Аккумулятор снова частично разряжается во время запуска из-за большого тока, необходимого для включения стартера.

Запуск двигателя

После запуска двигателя генератор переменного тока используется для подзарядки аккумуляторной батареи, чтобы в ней накопилось достаточно энергии для повторного запуска двигателя в будущем. Генератор переменного тока также питает электрические устройства автомобиля при работающем двигателе.

Двигатель работает

Если аккумулятор слишком долго разряжается, он не сможет обеспечить большой ток, необходимый для запуска стартера, и автомобиль необходимо будет запустить от внешнего источника.

Двигатель выключен

Основные детали

Рассмотрим основные части генератора. В передней части агрегата находим шкив. Это колесо с прорезанными в нем канавками, которые помогают захватывать ремень, обеспечивающий вращательное усилие от двигателя.

Шкив

Шкив крепится к валу, проходящему по всей длине генератора.

Внутренние компоненты удерживаются внутри основного корпуса. Корпус состоит из 2-х частей, передней и задней скобы. В корпусе есть несколько прорезей, через которые проходит воздух и отводится нежелательное тепло.

Кожух

На задней части устройства находятся электрические разъемы. Существует множество различных конструкций, но это пример простой 3-проводной конструкции с внутренним регулятором и выпрямителем со следующими клеммами:

Клемма B. Это выход, который заряжает аккумулятор.
S-терминал. Это позволяет регулятору определять напряжение.
F клемма. Он подключен к зажиганию и обеспечивает начальную мощность электромагнита при запуске.

Клеммы

Чтобы замкнуть цепь, электричество течет обратно через раму автомобиля к отрицательной клемме аккумулятора или от нее.

Поскольку это устройство имеет внутренний регулятор и выпрямитель, мы находим эти компоненты на задней панели устройства, обычно под защитной крышкой. Вскоре мы увидим их более подробно.

Сняв корпус мы можем заглянуть внутрь блока. Первое, что мы видим, это статор. Статор неподвижен и не вращается.

Статор

Состоит из нескольких ламинированных листов с прорезями по внутреннему краю.

Ламинированный лист

Затем мы находим 3 отдельных набора медных проводов, которые наматываются между этими пазами в определенном порядке. Один конец каждой катушки соединен вместе, образуя нейтральную точку, это конфигурация звезды.

Конфигурация «звезда»

Каждый набор катушек будет производить одну фазу переменного тока, всего 3 фазы. Другой конец каждой катушки проходит через корпус и прикрепляется к выпрямителю.

Генератор переменного тока вырабатывает переменный ток, но для аккумуляторной батареи и электрических устройств автомобиля требуется постоянный ток. Таким образом, выпрямитель будет преобразовывать переменный ток в постоянный ток.

В центре генератора мы находим еще одну катушку провода, которая намотана на железный сердечник и соединена с валом. На валу также установлены два контактных кольца. Контактные кольца соединены с противоположными концами катушки. В задней части корпуса мы находим несколько щеток. Это подпружиненные углеродные блоки, которые выталкиваются наружу, чтобы тереться о контактные кольца, образуя электрическое соединение. Автомобильный аккумулятор изначально подает электричество на катушку через щетки. Когда электричество проходит через катушку, оно генерирует электромагнитное поле.

Центр генератора переменного тока

Для усиления этого электромагнитного поля на каждом конце катушки размещены две железные клешни, которые сцепляются друг с другом. Один конец станет северным полюсом, другой станет южным полюсом.

Электромагнитное поле

В качестве электромагнита крепится к валу ротора. Когда двигатель вращает вал, он также вращает электромагнит вокруг катушек статора. Это заставит катушки статора генерировать ток, и таким образом вырабатывается электричество.

Когда генератор переменного тока вырабатывает электроэнергию, генератор переменного тока может самостоятельно питать электромагнит через трио диодов, которые преобразуют 3-фазное электричество переменного тока в постоянный ток.

Напряжение и ток, вырабатываемые генератором переменного тока, зависят от скорости автомобиля: чем быстрее движется автомобиль, тем быстрее вращается коленчатый вал и, следовательно, тем быстрее вращается генератор, что увеличивает напряжение и ток. Для управления этим используется другой компонент, называемый регулятором, который устанавливается на задней панели устройства.

Это плата с интегральной схемой, которая контролирует выходную мощность генератора переменного тока и изменяет ток, протекающий через электромагнит, для управления его силой. Сила электромагнита может использоваться для изменения выходной мощности генератора переменного тока.

Регулятор

Как генерируется электричество в генераторе переменного тока

Электричество — это поток электронов в проводе. Медная проволока состоит из миллионов и миллионов атомов меди. У каждого атома есть свободный электрон. Это электрон, который может свободно перемещаться между другими атомами. Он движется к другим атомам сам по себе, но это происходит случайным образом во всех направлениях, что бесполезно для нас.

Нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении, и мы делаем это, применяя разность потенциалов на двух концах провода. Это заставляет электроны течь. Если мы перевернем батарею, электроны текут в противоположном направлении.

Когда электричество проходит по проводу, вокруг провода создается электромагнитное поле. Если мы поместим циркуль вокруг провода и пропустим через него ток, циркуль выровняется с магнитным полем. Если мы изменим направление тока, магнитное поле изменится на противоположное, и компас изменит направление.

Если проволоку свернуть в катушку, магнитное поле станет сильнее. Каждое поперечное сечение провода по-прежнему создает электромагнитное поле, но они объединяются, чтобы сформировать большее и сильное магнитное поле. Электромагнит создает северный и южный полюса, точно так же, как постоянный магнит, и мы можем увидеть это, снова используя компас. Если мы увеличим ток в катушке, электромагнитное поле увеличится.

Мы можем сделать и наоборот. Если мы пропускаем магнит через катушку с проволокой, в катушке возникает ток. Циферблат на амперметре показывает, что ток течет в прямом направлении, следовательно, это генерирует постоянный или постоянный ток. Когда магнит перестает двигаться, циферблат возвращается к нулю. Когда магнит перемещается в противоположном направлении, ток течет в противоположном направлении, и циферблат показывает обратный ток.

Если мы несколько раз перемещаем магнит внутрь и наружу, то ток будет чередоваться то вперед, то назад. Так генерируется переменный или переменный ток. Ток переменный по направлению.

Если мы двигаем магнит быстрее, генерируется более сильный ток.

Если мы используем более сильный магнит, то ток также увеличивается.

Если мы используем большую катушку с большим количеством витков, то это также будет генерировать больший ток.

Вместо постоянного магнита мы могли бы использовать электромагнит. Когда мы перемещаем его внутрь и наружу, он также будет генерировать переменный ток в катушке. Но с электромагнитом мы можем регулировать ток и напряжение, чтобы изменять силу магнитного поля, это позволяет нам контролировать, сколько тока генерируется в катушке.

Вместо того, чтобы перемещать магнит в катушке и из нее, мы можем намного проще генерировать ток, вращая магнит и размещая вокруг него катушки. Самая сильная часть магнитного поля находится на концах, где сходятся силовые линии магнитного поля. Вы можете увидеть линии магнитного поля, посыпав магнит железными опилками.

Железные опилки над магнитом

Когда магнит находится между двумя катушками, ток не генерируется, но по мере того, как магнит начинает вращаться, самая сильная часть магнитного поля становится все ближе и ближе к катушке. Катушка испытывает изменяющуюся интенсивность магнитного поля, это заставит все больше и больше электронов выталкиваться вперед до достижения максимальной интенсивности. Затем магнит начинает удаляться от катушки, поэтому магнитное поле начинает уменьшаться, а вместе с ним и ток электронов, пока снова не достигнет нуля. Теперь противоположный конец магнита начинает приближаться к катушке, и это тянет электроны в противоположном направлении, снова до точки максимума, а затем снова уменьшается до нуля. Итак, если мы нанесем этот ток на график, мы получим синусоидальную волну с током, протекающим в положительной, а затем в отрицательной областях. Эта установка дает нам однофазное питание переменного тока.

Синусоида

Но у нас есть все это пустое пространство между катушками, которое кажется пустой тратой времени. Итак, что мы можем сделать с этим пространством? Что ж, мы можем добавить больше катушек и создать больше фаз, чтобы обеспечить еще большую мощность.

Если мы поместим еще одну катушку с поворотом на 120 градусов от первой фазы, это даст нам вторую фазу. Почему? Поскольку катушка находится под другим углом, она испытает изменение напряженности магнитного поля в разное время. Таким образом, ток будет течь вперед и назад в разное время. Это дает нам еще одну синусоиду, которая возникает в другое время.

Вторая фаза

У нас все еще есть пустое место, поэтому мы можем добавить еще один набор катушек на 120 градусов по отношению к предыдущему, чтобы создать третью фазу.

Если бы мы использовали только одну фазу, то при каждом обороте магнита половину времени ток течет вперед и половину времени ток течет назад. Но с тремя фазами у нас всегда есть фаза, которая течет вперед, и всегда есть фаза, которая течет назад. Это означает, что мы можем использовать это, чтобы обеспечить больше энергии.

Трехфазный

Вместо 3 отдельных катушек и 6 проводов, поскольку фазы всегда переключаются между прямым и обратным направлением, мы можем соединить концы катушек вместе. Затем ток будет свободно течь между каждой катушкой, поскольку он меняет направление.

Сейчас мы производим 3-фазное электричество переменного тока. Но все наши электрические цепи и компоненты в автомобиле используют постоянный или постоянный ток. Итак, нам нужно преобразовать переменный ток в постоянный, и для этого мы используем мостовой выпрямитель.

По сути, это всего лишь 6 диодов, соединенных попарно и соединенных параллельно. Если вы не знаете, диоды пропускают ток только в одном направлении и блокируют ток в обратном направлении. Таким образом, при однофазном питании на каждый оборот магнита ток будет течь только половину оборота, а другая половина будет полностью заблокирована.

Полный мостовой выпрямитель

Если каждую из 3-х фаз мы подключили отдельно к диоду, то ток будет протекать или блокироваться в разное время. Следовательно, мы можем объединить фазы в блок диодов, и будет пропущена только фаза, ближайшая к ее максимуму. Давая нам немного грубый выход постоянного тока. Чтобы сгладить это, мы можем подключить конденсатор, который в основном будет поглощать электроны, а затем автоматически выбрасывать электроны, чтобы поддерживать постоянный выход. Это дает нам постоянный источник постоянного тока.

Кстати, о диодах, конденсаторах и инверторах мы уже подробно рассказывали ранее. Проверьте это здесь — ДИОДЫ, КОНДЕНСАТОРЫ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПИТАНИЯ.

Итак, теперь у нас есть выход постоянного тока. Но если магнит подсоединить к двигателю и машина разгоняется, то магнит будет вращаться быстрее, что увеличит выходное напряжение и ток. Мы не хотим этого, потому что это убьет все наши электронные компоненты в автомобиле. Итак, нам нужен способ регулирования напряжения.

Если вы помните, мы видели, что с помощью электромагнита мы можем увеличивать или уменьшать напряженность электромагнитного поля, изменяя напряжение. И, изменяя силу магнита, мы можем изменять напряжение и ток, генерируемые в катушке.

Вот почему в генераторе переменного тока используется электромагнит, чтобы он мог управлять выходной мощностью. Автомобильный аккумулятор питает электромагнит. Хотя в большинстве современных генераторов переменного тока будет использоваться трио диодов, которое преобразует переменный ток генератора переменного тока в постоянный ток и питает электромагнит через регулятор напряжения, когда генератор переменного тока вырабатывает электричество.

В блоке питания электромагнита внутри регулятора мы находим компонент, известный как транзистор. Датчик напряжения также подключен к регулятору.

Транзистор

Транзистор представляет собой тип электронного переключателя, который может включаться и выключаться тысячи раз в секунду с помощью контроллера. Это можно использовать для контроля количества протекающего тока.

Если мы представим, что ток, протекающий через катушку от батареи, находится на максимальном уровне в течение заданного периода времени, то мы получим 100% ток и электромагнит на 100% силы. Но если мы теперь используем переключатель, чтобы электричество текло только половину времени, то мы получаем 50% тока и, следовательно, электромагнит имеет только 50% своей силы.

Таким образом, измеряя выходную мощность генератора переменного тока, а затем изменяя время открытия и закрытия транзисторного ключа, мы можем контролировать ток, протекающий через катушку, и силу электромагнита. Это контролирует, сколько электроэнергии вырабатывается генератором для поддержания постоянной мощности.