Принцип работы генератора переменного и постоянного тока

Как известно, при прохождении тока через проводник (катушку) образуется магнитное поле. И, наоборот, при движении проводника вверх-вниз через линии магнитного поля возникает электродвижущая сила. Если движение проводника медленное, то соответственно возникающий электрический ток будет слабым. Значение тока прямо пропорционально напряженности магнитного поля, числу проводников, и соответственно скорости их движения.

Простейший генератор тока состоит из катушки, изготовленной в виде барабана, на которую намотана проволока. Катушка крепится на валу. Барабан с проволочной обмоткой еще называют якорем.

генератор тока

Для снятия тока с катушки, конец каждого провода припаивается к токособирающим щеткам. Эти щетки должны быть полностью изолированы друг от друга.

Электрический мотор

Генератор переменного тока

генератор переменного тока

При вращении якоря вокруг своей оси происходит изменение электродвижущей силы. Когда виток поворачивается на девяносто градусов сила тока максимальная. При следующем повороте падает к значению нуля.

генератор переменного тока

Полный оборот витка в генераторе тока создает период тока или, другими словами, переменный ток.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Для получения постоянного тока используется переключатель. Он представляет собой разрезанное кольцо на две части, каждая из которых присоединена к разным виткам якоря. При правильной установке половинок кольца и токособирающих щеток, за каждый период изменения силы тока в устройстве, во внешнюю среду будет поступать постоянный ток.

Генератор постоянного тока

Крупный промышленный генератор тока имеет неподвижный якорь, именуемый статором. Внутри статора вращается ротор, создающий магнитное поле.

Обязательно прочитайте статьи про автомобильные генераторы:

В любом автомобиле есть генератор тока, работающий при движении машины для питания электрической энергией аккумулятора, систем зажигания, фар, радиоприемника и т.д. Обмотка возбуждения ротора является источником магнитного поля. Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился без потерь к обмотке статора, катушки помещают в специальные пазы стальной конструкции.

автомобильный генератор тока

Таким образом, генератор тока является современным устройством, способный преобразовывать энергию механического движения в электрическую.

Оцените качество статьи:

17. Генераторы переменного и постоянного электрического тока. Конструкция и области применения. Лещинский.

В настоящее время на отечественных автомобилях устанавли­вают генераторы переменного тока. Это объясняется их большей надежностью, меньшей массой и способностью обес­печивать получение номинального на­пряжения и мощности при меньшей ча­стоте вращения коленчатого вала двига­теля. Однако большое количество авто­мобилей, работающих в автохозяй­ствах, имеют генераторы постоянного тока, а ряд зарубежных фирм продол­жает выпускать автомобили с такими генераторами.

Генератор постоянного тока (рис. 1,а) состоит из двух основных частей: неподвижного корпуса (статора), в ко­тором создается магнитное поле, и вращающегося в корпусе якоря 1 с обмот­ками, в которых индуцируется ЭДС. В каждой секции обмотки якоря ЭДС меняется по величине и направлению в зависимости от положения секции в магнитном поле.

Концы секции под­ключены к двум изолированным диаме­трально расположенным на коллекторе 2 пластинам (ламелям). При определен­ном положении секции ламели подходят к двум неподвижным медно-графитовым щеткам, снимающим напряжение с данной секции. Таким образом, к щет­кам всегда проводится напряжение, по­стоянное по величине и направлению. Магнитное поле создается •электро­магнитами. Обмотки электромагнитов, которые называются обмотками возбу­ждения 3, питаются током, вырабаты­ваемым генератором. Концы обмотки возбуждения подключены к щеткам ге­нератора 4 и 5, т. е. параллельно обмот­кам якоря. Такие генераторы называют­ся генераторами с параллельным само­возбуждением (шунтовыми). В начале работы генератора, пока ток в обмот­ках возбуждения отсутствует, магнитное поле, в котором вращается якорь, со­здается за счет остаточного магнетизма в сердечниках электромагнитов.

Генератор переменного тока (рис. 2,6)состоит также из двух основных частей: статора с неподвижной обмот­кой, в которой индуцируется пере­менный ток. и ротора, создающего под­вижное магнитное поле. Полюсы рото­ра 10 поочередно проходят мимо непо­движных катушек, размещенных в пазахс внутренней стороны корпуса генерато­ра. При этом в сердечниках катушек, расположенных с внутренней стороны корпуса генератора, изменяется напра­вление магнитного потока, а следова­тельно, и направление индуцируемой в катушке ЭДС. Обычно число полюсов магнита на роторе и число катушек в корпусе такое, которое необходимо для получения трехфазного тока. У трехфазных генераторов обмотки ча­сто имеют одну общую точку — в ней соединяются их концы. Такая схема со­единения называется «звезда», а общая точка обмоток — «нулевой». Вторые концы

1—3 обмоток присоединяют к двухполупериодному выпрямителю. Магнитное поле ротора может созда­ваться постоянным магнитом или элек­тромагнитом. В последнем случае к об­мотке возбуждения электромагнита не­обходимо подводить постоянное напря­жение. Применение в роторе электро­магнитов усложняет конструкцию гене­ратора, так как требуется подводить напряжение к вращающейся детали, однако в этом случае возможно регулиро­вание напряжения при изменении ча­стоты вращения ротора.

Рис 1. Электрическая схема генератора

а-постоянного тока, б-переменного тока с постоянным магнитом

1-якорь, 2-коллектор,3-обмотка возбуждения,

4 и 5-щетки,6-регулятор напряжения,7-9-выводы обмотки

10-магнитный ротор, Я и Ш-клеммы

При использовании генераторов по­стоянного тока необходимо также огра­ничивать максимальную силу тока, чтобы защитить генератор от перегру­зок и отключать батарею от генерато­ра, если напряжение на его клеммах ни­же, чем на клеммах аккумуляторной батареи, чтобы батарея не разряжалась через обмотки генератора. Эти функции выполняют соответственно ограничи­тель тока и реле обратного тока.

Для регулирования напряжения гене­раторов используют вибрационные ре­ле, контактно-транзисторные и транзи­сторные регуляторы.

Регулирование напряжения генерато­ров постоянного тока осуществляется с помощью электромагнитных вибра­ционных реле. Обычно три электромаг­нитных реле, осуществляющих соответ­ственно регулирование напряжения, ограничение максимальной силы тока и отключение батареи от генератора при неработающем генераторе, объеди­няют в один блок, называемый реле-ре­гулятором.

В генераторах переменного тока с ро­стом частоты вращения ротора увеличи­вается частота изменения направления тока. Это приводит к увеличению ин­дуктивного сопротивления фазовых об­моток. Поэтому при частотах вращения ротора, обеспечивающих получение максимальной мощности генератора, сила тока не может превысить предель­ной величины. Это свойство генерато­ров переменного тока называют свой­ством «саморегулирования». Вследствие этого при применении генераторов переменного тока отпадает необходи­мость в ограничителях тока. Так как выпрямитель пропускает ток только в одном направлении — от генератора к аккумуляторной батарее, то отпадает необходимость и в реле обратного тока.

Генераторы переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с генераторами постоянного тока. Ротор генератора переменного тока может вра­щаться с большей частотой, чем якорь генератора постоянного тока. При большой частоте вращения якоря гене­ратора постоянного тока ухудшается контакт между щетками и ламелями коллектора вследствие колебаний щеток при скольжении их по коллектору. Кро­ме того, под действием центробежных сил возможен выход обмоток из пазов якоря.

Щетки обмотки возбуждения генера­тора переменного тока скользят по сплошному кольцу, поэтому возможна работа с большей частотой вращения, а обмотка возбуждения надежно закре­плена под звездочками. Это позволяет увеличить передаточное число а приво­де от коленчатого вала двигателя к ге­нератору, а следовательно, напряжение на клеммах генератора переменного тока достигает номинальной величины при меньшей частоте вращения коленчатого вала, чем в генераторах постоянно­го тока. При этом уменьшается продол­жительность питания потребителей то­ком аккумуляторной батареи, улуч­шаются условия ее работы, а срок службы увеличивается.

Щеточный узел генератора перемен­ного тока более долговечен, так как щетки скользят по сплошному кольцу и через них проходит лишь ток возбу­ждения. У генератора постоянного тока щетки соприкасаются с коллектором, состоящим из отдельных ламелей, и че­рез щетки проходит ток нагрузки. Та­ким образом, генераторы переменного тока более надежны, а объем их техни­ческого обслуживания меньше, чем у ге­нераторов постоянного тока. Кроме то­го, генераторы переменного тока при той же мощности имеют меньшие габа­ритные размеры и массу по сравнению с генераторами постоянного тока.

Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Категория:

   Устройство автомобиля

Публикация:

   Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Читать далее:

Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Если силовые линии магнитного поля пересекать проводником, то в нем наводится ЭДС, вызывающая упорядоченное движение электронов (ток) в замкнутой цепи. На этом явлении и основан принцип действия генераторов. Схема простейшего генератора постоянного тока показана на рис. 1, а. Прямоугольная рамка из медной проволоки вращается в магнитном поле постоянного магнита. Концы рамки присоединены к двум изолированным друг от друга полукольцам (пластинам), которые составляют коллектор. При вращении рамки вместе с ней вращаются и пластины коллектора, поочередно подходя к щеткам. При этом к верхней щетке, как показано на рисунке, всегда подходит сторона рамки, пересекающая магнитные силовые линии у северного полюса, в которой ток направлен от полукольца. Эта щетка обозначается знаком «—». Нижняя щетка постоянно соединена с той стороной рамки, в которой ток течет к щетке. Эта щетка обозначается знаком « + ». Таким образом, при вращении рамки ток во внешней цепи будет иметь постоянное направление от плюсовой щетки к минусовой. Такой ток называется постоянным.

Для увеличения мощности генератора вместо постоянного магнита применяют электромагнит, создающий больший магнитный поток. Число витков и пластин коллектора значительно увеличено, что позволило увеличить ЭДС и уменьшить величину пульсации тока.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 1. Принципиальные схемы генераторов:

а — постоянного тока; 6 — переменного тока: I. 2. Ч концы обмотки статора; 4 — ро тор;. 5 – статор

Корпус генератора и сердечники катушек и якоря составляют магнитную систему, в которой концентрируется магнитный поток. Этот магнитный поток проходит через воздушный зазор между сердечниками катушки и якоря, витки которого пересекают магнитный поток. Якорь генератора приводится во вращение от шкива коленчатого вала двигателя. Индуктируемый в обмотках якоря ток питает все потребители электрической энергии автомобиля.

В последние годы на автомобилях в основном устанавливаются генераторы переменного тока, которые имеют ряд преимуществ перед генераторами постоянного тока.

Генератор переменного тока отличается от генератора постоянного тока тем, что вращающийся многополюсный магнит (ротор) своими магнитными силовыми линиями пересекает неподвижные витки обмотки статора, в которых индуктируется переменная ЭДС. У трехфазных автомобильных генераторов обмотку статора составляют три ветви, концы которых соединяют в одну общую точку. Такую схему соединения называют звездой, а общую точку — нулевой. Другие концы ветвей присоединяют к выпрямительному блоку, от которого выпрямленный ток поступает в сеть для питания потребителей. В автомобильных генераторах вместо постоянного магнита ротора применяют электромагнит, что усложняет конструкцию генератора, но облегчает регулирование напряжения при изменении частоты вращения ротора.

Рекламные предложения:

Читать далее: Устройство генераторов автомобилей

Категория: — Устройство автомобиля

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Чем отличается генератор от двигателя! Конкретно устройством?

Двигатели постоянного тока могут работать в генераторном режиме всегда. В электровозах и трамваях даже предусмотрен режим рекуперационного торможения. Он включается всегда когда разогнавшийся электровоз или трамвай тормозят, останавливаются. Т. е. устройством конструктивно не очень сильно отличаются. В двигателях переменного тока, в частности асинхронных, и генераторах переменного тока ситуация несколько иная. Они взаимонеобратимы.

мощностью. и напряжением на выходе

двигатель — вырабатывает энергию генератор — собирает энергию

двигатель- прибор преобразующий электрическую энергию в механическую генератор- прибор преобразующий механическую энергию в электрическую

Генератор генерирует, а двигатель двигает. Что здесь неясного.

Молодой человек, разность состоит в том что, генератор вырабатывает энергию, не обязательно электрическую, двигатель же потребляет в своей сущности энергию! Теперь разберемся с взаимно обратимостью (как асинхронный двигатель может работать в режиме генератора, так и синхронный генератор может работать в режиме двигателя, в первом случае нужен первичный двигатель, во втором источник постоянного тока или постоянные магниты, напряжение на генераторе) Что касается рекуперативного как Алексей говорит торможения, так здесь это не по вопросу совсем!

Теоретически-ничем. Наверное слышал, что они обратимы. Но это только теоретически .Любой генератор может работать двигателем, но он будет плохим двигателем. Любой двигатель может работать генератором, но он будет плохим генератором. Разница в деталях. Наиболее близкая обратимость у автомобильных коллекторных генераторов старого образца. Если подать на него напряжение, он будет вращаться и при хорошей мощности на валу. А теперь вопрос, Хоть раз видел, что б его использовали как двигатель? А современные автогенераторы? Ну-ка запусти их как двигатель… А ведь есть пятифазные автогенераторы. Обычный асинхронный двигатель может работать генератором трёхфазного напряжения. Для этого необходимо придать ротору обороты, превосходящие синхронную частоту вращения. Как это сделать? Все двигатели и генераторы рассчитываются и делаются на конкретный вид работы. Использование для другого вида-экономически не эффективно. Те же трамвайные двигатели использовать только как двигатели нерационально-они сделаны и для генерирования. Потому внешне иногда можно сказать, что это -двигатель, а это- генератор, А иногда невозможно найти разницу.

В чем преимущество генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока ?

Простота, дешевизна, надежность (нет коллектора, щетки только на возбуждение) и универсальность — из любого двигателя с фазным ротором можно сделать генератор или трансформатор!

Возможность трансформирования энергии для передачи на большие расстояния.

Устройство счеток просче. Конструкция надежнее. Переменный ток, при передаче на большие растояния имеет меньше потерь.

см. ответы выше) +возможность снимать больший ток при тех же габаритах

Единственное преимущество, генераторы переменного тока имеют меньшие габариты, чем генераторы постоянного тока на одну и ту же мощность на валу

Почему автомобильные генераторы вырабатывают переменный ток?

Вот почему автомобили используют генераторы переменного тока, хотя все устройства на борту работают от постоянного электричества

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, что питает все системы вашего автомобиля? За счет чего заводится мотор, горят лампочки на приборной панели, движутся стрелки и работают бортовые компьютеры? Откуда берется электричество на борту? Конечно, их вырабатывает генератор и аккумулирует химический накопитель энергии многоразового действия – электрический аккумулятор. Это знают все. Скорее всего, вы также в курсе, что аккумуляторная батарея вырабатывает постоянный ток, который используется в любом автомобиле для запитывания приборов. Однако во всей этой стройной теории, проверенной практикой, присутствует одно странное звено, не желающее поддаваться логике, – генератор вырабатывает ток переменный, тогда как все механизмы на борту машины потребляют ток постоянный. Это не кажется вам странным? Почему так происходит?

 

На самом деле это интересный вопрос, потому что в этой истории на первый взгляд нет никакого смысла. Если все потребители электричества в вашем автомобиле работают на 12 вольтах постоянного тока, почему автопроизводители больше не используют генераторы, которые производят постоянный ток? Ведь раньше так и делали. Почему необходимо сперва сгенерировать переменный ток, а затем преобразовывать его в постоянное электричество?

 

Задавшись такого рода вопросами, мы начали докапываться до истины. Ведь есть же в этом какая-то тайная причина. И вот что мы выяснили.

 

Во-первых, давайте проясним, что мы подразумеваем под переменным и постоянным током. Автомобили используют постоянный ток, или прямой ток, как его еще называют. В названии скрыта суть феномена. Это тип электричества, который производится батареями, он течет в одном постоянном направлении. Этот же тип электричества производился генераторами, которые ставились на первые автомобили с начала 1900-х годов до 60-х годов прошлого века. На старушках ГАЗ М-20 «Победа» и ГАЗ-69 ставились именно генераторы постоянного тока.

 

Другой вид электричества – переменный ток – назван так из-за того, что он периодически обращает течение по направлению, а также изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи неизменным. Доступ к этому типу электричества можно получить в любой розетке обычной квартиры по всему миру. Мы используем его для питания электроприборов в частных домах, зданиях, огни больших городов также дают свет благодаря переменному току, потому что его легче передавать на большие расстояния.

 

Большая часть электроники, в том числе почти вся в вашем автомобиле, использует постоянный ток, преобразуя переменный ток в постоянный для выполнения полезной работы. В бытовых приборах установлены так называемые блоки питания, в которых происходит конвертация одного вида энергии в другой. Побочным результатом работы преобразования является немного тепла на выходе. Чем сложнее бытовая утварь, к примеру компьютер или Smart TV, тем сложнее цепочка преобразований. В некоторых случаях переменный ток частично не изменяется, а лишь корректируется его частота. Поэтому очень важно при замене вышедшего из строя блока питания заменять его на оригинальный, требуемого типа. Иначе технике наступит очень быстрый конец.

 

Но что-то мы отошли от главных вопросов, поставленных на повестку дня сегодня.

 

Итак, зачем в автомобилях вырабатывать «неправильный» вид электричества?

В общем, ответ очень прост: таков принцип работы генератора переменного тока. Наиболее высокий КПД при переводе механической энергии вращения двигателя в электрическую энергию происходит именно по такому принципу. Но есть нюансы.

 

Кратко принцип работы автомобильного генератора таков:

При включении зажигания на обмотку возбуждения подается напряжение через блок щеток и контактные кольца.

Инициируется появление магнитного поля.

Магнитное поле воздействует на обмотки статора, что приводит к появлению электрического переменного тока.

Далее переменный ток отправляется на выпрямительный блок, где происходит его преобразование в постоянный ток.

Завершающая стадия «готовки» правильного тока – регулятор напряжения.

 

После всего процесса часть электричества запитывает электропотребители, часть идет на подзарядку аккумулятора, некоторая часть уходит обратно на щетки альтернатора (так когда-то называли генератор переменного тока) для самовозбуждения генератора.

 

Выше был описан принцип работы современного генератора переменного тока, но так было не всегда. Ранние автомобили с двигателями внутреннего сгорания использовали магнето – простейшее приспособление для преобразования механической энергии в электрическую (переменного тока). Внешне, да и внутренне, эти машинки были даже схожи с более поздними генераторами, но использовались на очень простых автомобильных электрических системах без батарей. Все было просто и безотказно. Не зря некоторые сохранившиеся до наших времен 90-летние автомобили заводятся до сих пор.

 

Индукторы (второе название магнето) впервые были разработаны человеком с неподражаемым именем – Ипполит Пикси.

 

Смотрите также: Сколько стоит зарядить электромобиль?

 

На данный момент мы с вами выяснили, что тип вырабатываемого генераторами тока зависит от продуктивности перевода механической энергии в электрическую, но также немаловажную роль во всей этой истории сыграло снижение массы и габаритов устройства по сравнению с аналогичными по мощности устройствами-производителями постоянного тока. Разница в весе и габаритах оказалась почти в три раза! Но есть еще один секрет, почему автомобильные генераторы сегодня вырабатывают переменный ток. Вкратце это более передовой эволюционный путь развития генераторов постоянного тока, которых, признаться честно, по сути, и не существовало в чистом виде.

 

Историческая справка:

Более того, генераторы постоянного тока на самом деле также производили переменный ток, когда якорь (подвижная часть) вращался внутри статора (внешний «корпус», который имеет постоянное магнитное поле). Разве что частота тока была иной и «сгладить» ее в постоянный ток можно было проще – при помощи коммутатора.

Коммутатором тогда называлось механическое приспособление с вращающимся цилиндром, поделенным на сегменты с щетками для создания электрического контакта.

 

Система работала, но была неидеальна. В ней было множество механических частей, контактные щетки быстро изнашивались, и общая надежность системы была так себе. Тем не менее это был лучший способ получить постоянный ток, который был нужен вам для зарядки аккумулятора и системы запуска автомобиля.

 

Так было до конца 1950-х годов, когда начала появляться твердотельная электроника, ставшая решением проблемы преобразования переменного тока в постоянный посредством кремниевых диодных выпрямителей.

Эти выпрямители тока (иногда называемые диодным мостом) показали себя с гораздо лучшей стороны в качестве преобразователей переменного тока в постоянный, что, в свою очередь, позволило использовать более простые, а значит, более надежные генераторы переменного тока в автомобилях.

 

Первым зарубежным автопроизводителем, который развил эту идею и вывел ее на рынок легковых автомобилей, был Chrysler, имевший опыт работы с выпрямителями и электронными регуляторами напряжения благодаря исследовательской работе, спонсируемой Министерством обороны США. В Википедии отмечается, что американская разработка «…повторяла разработку авторов из СССР», первая конструкция генератора переменного тока была представлена в Советском Союзе за шесть лет до этого. Единственным, но важным улучшением американцев стало применение кремниевых выпрямительных диодов вместо селеновых.

 

Смотрите также: Разряд автомобильного аккумулятора: причины и как его избежать

 

В СССР же, хоть и опоздали на 7 лет с введением в серию генераторов переменного тока на легковые автомобили, опередили весь мир в самой разработке новых типов генераторов. Еще в 1955 году на Горьковском автозаводе было выпущено 2.000 машин с альтернаторами вместо магнето.

 

«Одними из ведущих разработчиков, благодаря которым в СССР и на европейском континенте появилась первая серийная конструкция генераторов переменного тока, были Ю. А. Купеев (НИИ автоприборов) и В. И. Василевский (КЗАТЭ г. Самара)», – говорится на страницах Википедии.

 

Итог. Почему генераторы на авто вырабатывают переменный ток?

Ну, а мы завершаем наш рассказ. Первым легковым автомобилем, в базовой комплектации которого устанавливался генератор новой конструкции, стал Plymouth 1960 года выпуска. Некоторыми из наиболее очевидных преимуществ генератора было то, что на низкой скорости или на холостом ходу он по-прежнему производил достаточно тока, чтобы заряжать аккумулятор, что большинство генераторов того времени были не в состоянии сделать.

 

Оказалось, что альтернаторы, после того как был налажен массовый выпуск, производить дешевле, чем генераторы старой конструкции, они надежнее, выносливее и производят больше электричества на разных скоростях вращения коленчатого вала. Они сделали настолько большой шаг вперед, что все их плюсы запросто перекрывали единственный минус – они не могли производить постоянный ток. Позиция закрепилась после того, как инженерами был разработан дешевый и надежный твердотельный выпрямитель.

 

Видите? В конце концов, в этом есть смысл!

Автомобильные генераторы переменного тока.

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