Электрический генератор

Электрический генератор — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в энергию электрического поля. Источниками механической энергии может быть вода, пар, ветер, двигатель внутреннего сгорания и другие.

История

Первыми электрическими генераторами были – электростатические генераторы. Принцип их действия был основан на явлении статического электричества. Но широкого применения в промышленности эти генераторы не получили, так как они развивали высокое напряжение при малом токе. Ярким примером таких генераторов стал генератор Ван де Граафа. Этот генератор был изобретен Робертом Ван де Граафом в 1929 году и в основном служил для ядерных исследований.

Затем люди начали предпринимать попытки по созданию электромагнитных генераторов, то есть генераторов, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции. Одним из первых в этом направлении стал гениальный физик Майкл Фарадей, который как раз и открыл явление электромагнитной индукции. Также он сформировал принцип работы генераторов, который был назван законом Фарадея. Его суть заключалась в том, что в проводнике, движущемся перпендикулярно магнитному полю, образовывалась разность потенциалов. Доказательством этого принципа стал диск Фарадея. Это простейший генератор, который представлял из себя медный диск, вращающийся между концами подковообразного магнита.

В 1832 году Ипполит Пикси построил первую динамо-машину. Она представляла из себя машину, в которой имелся статор, создающий постоянное магнитное поле и нескольких обмоток, которые в нем вращались. Ток снимался с помощью механического коммутатора. По сути это был первый генератор постоянного тока.

Потом развитие промышленности пошло вверх, и были изобретены генераторы переменного тока, асинхронные и постоянные двигатели.

Принцип действия

Принцип действия электрического генератора основан на взаимодействии проводника и магнитного поля, в котором он движется. Как всегда приводится классический пример с рамкой в магнитном поле. Когда рамка вращается, её пересекают линии магнитной индукции, при этом в рамке образовывается электродвижущая сила. Эта ЭДС заставляет ток течь по рамке и с помощью контактных колец попадать во внешнюю цепь. Примерно так устроен простейший электрический генератор.

Подробнее пример с рамкой разобран в статье – переменный синусоидальный ток.

Применение

Применение электрических генераторов обширно. Они применяются практически везде, где это только возможно. Снабжают
наши дома электроэнергией, заряжают аккумуляторы в автомобилях, используются в промышленности и многое другое.

В настоящее время стали популярны автономные бензиновые и дизельные электрогенераторы, которые могут служить источниками электрической энергии при её отключении, либо вообще при её отсутствии. Такие генераторы используются в быту и в строительстве, так как форма тока имеет искажения, то без применения специального инвертора, подключать к ним какие-то электронные устройства не целесообразно, так как они могут выйти из строя.

Просмотров: 4869

Электрический генератор — это… Что такое Электрический генератор?

Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели

Электрогенераторы в начале XX века

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833 г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867 гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А. Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

• Электростатическую индукцию
• Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

Диск Фарадея

В 1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Основная статья Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Pixii Ипполит Пикси в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД. МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

Классификация

Электромеханические индукционные генераторы

Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

 — устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

• По типу первичного двигателя:
• По виду выходного электрического тока

• • • Трёхфазный генератор
      • С включением обмоток звездой
      • С включением обмоток треугольником
• По способу возбуждения
  • С возбуждением постоянными магнитами
  • С внешним возбуждением
  • С самовозбуждением
    • С последовательным возбуждением
    • С параллельным возбуждением
    • Со смешанным возбуждением

См. также

Ссылки

Виды генераторов — особенности и их применение

Генератор — это устройство, которое обеспечивает бесперебойное снабжение электроэнергией дома, либо строительные объекты. И, конечно же, существует огромное количество видов генераторов, в свою очередь каждый из них решает определенные задачи, поэтому перед приобретением необходимо ознакомиться с их характеристиками и особенностями.

Электростанции различаются:

По типу двигателей внутреннего сгорания и потребляемого устройствами типа топлива делятся на следующие виды: дизельные, газовые, бензиновые генераторы.

Бензиновый. Благодаря компактным размерам и простоте использования он является идеальным вариантом в быту при временном отключении электроэнергии, также от него могут питаться автомобильные аккумуляторы, инструменты, лампы аварийного освещения и так далее.

Топливо для такого вида аппарата всегда под рукой. Однако напомним, что такой вид аппарата подходит только как аварийный (резервный) источник на не большие промежутки времени в период отключения постоянной подачи электроэнергии, и они не подходят для бесперебойного обеспечения электроэнергией.

Дизельный. Данный вид является отличным решением для длительной работы и постоянного бесперебойного электроснабжения. Его преимуществами являются мощность, надежность и что очень важно — долговечность. Стоимость дизельного генератора значительно выше, чем бензинового. Однако затраты на топливо и техническое обслуживание у бензинового генератора выше чем у дизельного и это вполне компенсирует разницу в их цене.

Газовый. Этот вид аппарата используется для постоянного бесперебойного электроснабжения, а в некоторых случаях как резервный источник. Главным плюсом этого генератора является его работа на природном газе, что, безусловно, экономичнее (если происходит питание от магистрального газопровода, а также модель может работать на газе из баллонов и значит, его возможно использовать, если по близости таковой магистрали нет). Такой вид электростанции более экологичен (вредные вещества в выхлопах отсутствуют) и прост в обслуживании.

Двигатели генераторов бывают двух видов:

Дизельные (более длительный период работы на отказ, меньший расход топлива, высокая начальная стоимость и используются как постоянный источник электроэнергии).

Бензиновые (легкий запуск даже при низких температурах, значительно дешевле дизельных и используются как кратковременный источник электроэнергии).

Бензиновые двигатели моделей делятся на 2-тактные и 4-тактные.

2-тактные применяются для компактных и маломощных генераторных установок (например, для небольшого дачного участка или поездки на природу). Беспрерывная ежедневная работа должна быть не более 1 часа в сутки. Наработка на отказ не более 500 часов.

4-тактные более мощные и экономичные. Возможна беспрерывная работа примерно 8 часов в сутки. У этого виды генераторов высокий запас прочности, наработка на отказ до 2000 часов.

• синхронный. Высокое качество электроэнергии (более чистый ток), а так же они легче переносят пиковое перегрузки. Рекомендуется для питания реактивных нагрузок с высокими пусковыми токами;
• асинхронный. Дешевле чем синхронный, однако, он плохо переносит пиковые перегрузки. Благодаря простоте конструкции является более устойчивым к короткому замыканию. Рекомендуется для питания активных нагрузок;
• инверторный. Экономичный режим работы, а также вырабатывает электроэнергию высокого качества (что позволяет подключить к нему чувствительную к качеству поступающего тока электронную технику).

Модели бывают однофазными (220 В) и трехфазными (380 В).

Однофазный и трехфазный — разные устройства, у них свои особенности и условиями работы.

Трехфазный стоит выбирать, только если есть трехфазные потребители (в последнее время в загородных домах либо небольших производствах таковые встречаются достаточно редко, так как в основном это какие-либо старые устройства).

Еще трехфазные модели отличаются высокой стоимостью и довольно дорогим обслуживанием, а это значит, что при отсутствии трехфазных потребителей целесообразно приобрести мощный однофазный аппарат.

Купить генератор в нашем интернет-магазине

Если Вы не можете определиться с видом генератора, звоните в отдел продаж по телефону: 8 (800) 700-85-87 — наши специалисты обязательно Вам помогут!

Электрические генераторы для дома и дачи, устройство и принцип работы электрогенераторов различных типов

Автономные электрические станции или электрогенераторы могут служить в быту для решения следующих задач:

• снабжение электрическим током на постоянной основе жилых домов или дач при отсутствии возможности или нецелесообразности использования централизованных электросетей;
• обеспечение резервного электропитания в периоды отключения электроэнергии;
• применение в качестве мобильного источника электричества во время походов, отдыха на природе, охоты и рыбалки, поездок на дачу.

В зависимости от того, для какой из названных целей предназначается выбираемый электрогенератор, к нему предъявляются различные требования.

Генератор, обеспечивающий постоянное электропитание дома, дачи, электроники котла на газе, должен обладать мощностью, с некоторым запасом покрывающей суммарное потребление всего электрооборудования.

Электрогенератор для дома должен быть приспособлен для длительной постоянной работы без остановок и иметь повышенный эксплуатационный ресурс.

Таким условиям отвечают стационарные электрогенераторы, оборудованные жидкостной системой охлаждения.

При обеспечении резервного питания дома, дачи или электрооборудования газового котла, требования к ресурсу и продолжительности работы генератора не столь высоки. В этих случаях достаточно нескольких часов непрерывной работы с последующим охлаждением. Для этой цели подходят компактные генераторы с воздушным охлаждением.

Мощность резервного электрогенератора для дома, дачи или котла отопления может быть выбрана с таким расчётом, чтобы обеспечить питанием только самое необходимое электрооборудование – освещение дома, дачи, придомовой территории (полностью или частично), телевизионную и радиоаппаратуру, компьютеры, электрику газовых котлов и циркуляционные насосы.

Электрогенераторы, предназначенные для использования в походах и поездках на дачу, в первую очередь выбираются по габаритам и весу. Электрогенератор для дачи должен удобно размещаться в багажнике легкового автомобиля, не занимая слишком много места и быть удобными для ручной переноски.

РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ПО ТИПАМ ПРИВОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Для привода автономных электрогенераторов, использующихся на постоянной основе в доме или на даче, применяются двигатели внутреннего сгорания различной конструкции.

По виду используемого топлива, встречаются следующие их разновидности:

• бензиновые;
• дизельные;
• газовые.

Бензиновые.

Наиболее часто используются с резервными электрогенераторами малой и средней мощности для дома, котла или дачи. Объясняется это их относительной компактностью по сравнению с дизельными машинами и более широкой доступностью топлива по сравнению с работающими на газе.

В стационарных электростанциях большой мощности для постоянного функционирования дома применяются редко, так как проигрывают дизельным и газовым установкам по экономическим показателям.

Дизельные.

Такими двигателями чаще оснащаются мощные стационарные электрогенераторы для постоянного питания дома (в том числе котла отопления). Хотя, безусловно, они представлены и в сегменте установок средней и малой мощности.

Сравнительно небольшое количество компактных и мобильных моделей в продуктовой линейке дизельных станций объясняется особенностями этого вида двигателей.

Они имеют больший вес и габариты в расчёте на 1 кВт мощности по сравнению с бензиновыми или газовыми. Кроме этого, дизельный двигатель несколько сложнее завести в сильный мороз, для этого обычно используется предварительный подогрев.

Газовые.

По техническим характеристикам этот вид двигателей внутреннего сгорания близок бензиновым, обладая при этом своими особенностями. Машины, сжигающие в процессе работы газ, являются самыми экологически чистыми, что особенно важно при их использовании вблизи жилого дома или дачи.

Вторым и очень важным преимуществом газовых электрогенераторов является самая низкая стоимость 1 киловатт часа вырабатываемой электроэнергии, ввиду относительно низкой цены на природный и сжиженный газ.

Но особенно привлекательной чертой газовых электрогенераторов является возможность их заправки, как природным, так и сжиженным газом.

Во всяком случае, все современные модели могут быть оперативно перестроены под любой вид газообразного топлива.

Это позволяет владельцам частных домов и дач, оборудованных газовыми отопительными котлами использовать такой генератор в качестве резервного, подключив его дома к газовой магистрали на постоянной основе наряду с котлом и адаптировав для функционирования на природном газе. Его же можно взять с собой на дачу, прихватив газовый баллон и перестроив генератор на сжиженный газ.

Таким образом, приобретая только один электрогенератор можно решить две задачи:

• обеспечить резервное питание отопительного котла, работающего на газе, циркуляционных насосов и хотя бы частично другого электрооборудования в доме или на даче;
• использовать тот же генератор в комплекте с газовым баллоном в поездках на дачу, рыбалку и т.п.

К некоторым неудобствам газовых электрогенераторов можно отнести определённые сложности с заправкой газовых баллонов, которые необходимо возить вместе с генератором.

Заправка таких баллонов сжиженным газом производится только на специальных зарядных станциях, на автозаправках с газовыми колонками в такой услуге обычно отказывают. Зарядные же станции имеются только в относительно крупных населённых пунктах.

Вне зависимости от применяемого топлива, двигательный привод генераторов может быть следующих видов:

• двухтактным;
• четырёхтактным.

При выборе электрогенератора для дома или дачи, а тем более для питания котла отопления, по возможности предпочтение следует отдавать четырёхтактным приводным машинам.

Они обладают более длительным эксплуатационным ресурсом, полноценной системой смазки и мягкой работой. Двухтактные агрегаты для использования в доме или на даче можно рекомендовать только в крайних случаях, как самые бюджетные варианты.

РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Собственно генератор переменного тока, как электрическая машина, имеет две основные конструктивные разновидности:

• асинхронный;
• синхронный.

Асинхронные электрогенераторы отличаются более простым устройством. Ротор асинхронной машины имеет короткозамкнутую обмотку, ток в которой возникает только в результате магнитной индукции, т.е. обмотка ротора не имеет гальванической связи с внешними электрическими цепями.

К особенностям работы асинхронных машин относится ярко выраженная зависимость выходного напряжения от частоты оборотов ротора, связанной в свою очередь с нагрузкой по току. Агрегаты такого типа способны функционировать в достаточно малом диапазоне нагрузок, что сужает круг их применения.

С другой стороны, простота конструкции, а именно отсутствие щёточных – коллекторных механизмов для питания роторной обмотки делает эти электрические машины более надёжными в эксплуатации.

Синхронный генератор имеет роторную обмотку, коммутируемую извне. Для этого на валу ротора установлены специальные коллекторные кольца, через скользящие контакты которых с прижимными графитовыми щётками протекает ток возбуждения. Роторная обмотка синхронного генератора называется обмоткой возбуждения.

Напряжение на выводах синхронной машины регулируется путём изменения токового значения возбуждения. Благодаря этому синхронные машины способны сохранять номинальный уровень выходного параметра в широких пределах изменения электрической нагрузки.

Синхронные генераторы обеспечивают более качественное электропитание электроприборов в доме и на даче, а также электроники отопительных котлов.

К их недостаткам следует отнести наличие щёточного механизма, склонного к износу, загрязнению и требующему регулярного технического обслуживания.

Всё сказанное выше относится к электромашинам переменного тока. Это естественно, так как современное электроснабжение использует переменный ток с промышленной частотой 50 Гц. Электрогенераторы постоянного тока в быту могут использоваться практически только в качестве источника для электродуговой сварки.

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА

Этот тип генераторов стоит особняком, не вписываясь в классификацию по признаку «синхронный – асинхронный». Здесь применена сравнительно новая инверторная технология, реализованная следующим образом.

Приводной двигатель вращает вал асинхронного генератора, имеющего большое количество пар полюсов. Благодаря этому, на выводах генерируется напряжение повышенной частоты. Далее происходит его выпрямление и передача на инвертор.

Инвертор представляет собой устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное синусоидальное, имеющее частоту 50 Гц.

Благодаря тому, что работа инвертора управляется микроконтроллером, качество синусоиды на выводах инверторного генератора выше, чем у обычных электрических машин.

По этой причине агрегаты инверторного типа рекомендуются в качестве резервных генераторов для питания электроники газовых котлов отопления, достаточно критичной к качеству напряжения.

Инверторные агрегаты отличает от машин другого типа более высокая экономичность. Достигается экономия следующим образом:

1. В обычных электрических машинах частота вращения ротора напрямую связана с частотой вырабатываемого переменного напряжения. Поэтому обычный генератор независимо от величины нагрузки должен поддерживать номинальные обороты.

2. В инверторных агрегатах частота напряжения формируется при инвертировании и не зависит от скорости вращения ротора. При снижении нагрузки инверторной установки, обороты ротора падают, что обеспечивает экономию топлива на режимах неполной загрузки.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Генератор переменного тока — это… Что такое Генератор переменного тока?

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 15 декабря 2011.

Генератор переменного тока (альтернатор) является электромеханическим устройством, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

История

Системы производящие переменный ток были известны в простых видах со времён открытия магнитной индукции электрического тока. Ранние машины были разработаны такими пионерами, как Майкл Фарадей и Ипполит Пикси.

Фарадей разработал «вращающийся треугольник», действие которого было многополярным — каждый активный проводник пропускался последовательно через область, где магнитное поле было в противоположных направлениях. Первая публичная демонстрация наиболее сильной «альтернаторной системы» имела место в 1886 году. Большой двухфазный генератор переменного тока был построен британским электриком Джеймсом Эдвардом Генри Гордоном в 1882 году. Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали ранний альтернатор, производивший частоты между 100 и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла запатентовал практический «высокочастотный» альтернатор (который действовал на частоте около 15000 герц). После 1891 года, были введены многофазные альтернаторы.

Принцип действия генератора основан на действии электромагнитной индукции — возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита — ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется в постоянное полупроводниковым выпрямителем.

Автомобильный генератор переменного тока. Приводной ремень снят.

Генератор переменного тока используется на современных автомобилях для заряда батареи аккумуляторов и для энергоснабжения автомобильной электрической системы. В генераторах переменного тока не используется коммутатор, это даёт большое преимущество над генераторами постоянного тока: они проще, легче и дешевле. Автомобильные генераторы переменного тока используют набор выпрямителей (диодный мост) для преобразования переменного тока в постоянный ток. Для производства постоянного тока с низкими пульсациями, автомобильные генераторы переменного тока имеют трёхфазную обмотку и трёхфазный выпрямитель.

Современные автомобильные генераторы переменного тока имеют встроенный в них регулятор напряжения. Ранее устанавливались регуляторы напряжения только аналогового вида. На данный момент реле регуляторы перешли на цифровой канал так называемая CAN шина.

Морские генераторы переменного тока

Морские генераторы переменного тока в яхтах с соответствующей адаптацией к солёно-водной окружающей среде.

Бесщёточные генераторы переменного тока

Бесщеточный генератор состоит из двух генераторов на одном валу. Маленькие бесщеточные генераторы могут выглядеть как одна единица, но две части легко идентифицируются на больших генераторах. Большая часть из двух является основным генератором и меньшая является возбудителем. Возбудитель имеет стационарные катушки поля и вращающегося якоря (мощность катушек). Основной генератор использует противоположные конфигурации с вращающимся полем и стационарные катушки. Мостовой выпрямитель (вращающийся выпрямитель) монтируется на пластину, прикрепленную к ротору. Ни щетки, ни контактные кольца не используются, что сокращает число изнашивающихся частей.

Индукционный генератор

В отличие от остальных генераторов, в основе работы индукционного генератора лежит не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее, иначе говоря поле изменяется не в функции перемещения, а в функции времени, что в конечном счёте (наведение ЭДС) даёт такой же результат.

Конструкция индукционных генераторов предполагает размещение и постоянного поля и катушек для наведения ЭДС на статоре, ротор же остаётся свободным от обмоток, но обязательно имеет зубцовую форму, так как вся работа генератора основана на зубцовых гармониках ротора.

Генераторы для малой энергетики

Для мощностей до 100 кВт широкое применение нашли одно и трехфазные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Применение высокоэнергетических постоянных магнитов состава неодим-железо-бор позволило упростить конструкцию и значительно уменьшить размеры и вес генераторов, что является критически важным для малой ветроэнергетики.

Конструкция генератора переменного тока

В самом общем случае, наиболее часто применяемый трехфазный генератор переменного тока состоит из явнополюсного ротора с одной парой полюсов (маломощные оборотистые генераторы) или 2 парами их, расположенными крестообразно (наиболее распространенные генераторы мощностями до нескольких сот киловатт. Такая конструкция не только позволяет более рационально использовать материал, но и для промышленной частоты переменного тока 50 Гц дает рабочую частоту вращения ротора 1500 оборотов в минуту, что хорошо согласуется с тяговыми оборотами дизельных двигателей этой мощности), а также статора с 3 (в первом случае) или 6 (во втором) силовыми обмотками и полюсами. Напряжение с силовых обмоток и есть то, которое подается потребителю.

Ротор может быть выполнен на постоянных магнитах только для весьма маломощных генераторов, во всех остальных случаях он имеет намотку т.н. обмотки возбуждения, то есть представляет из себя электромагнит постоянного тока, запитываемый во вращающемся роторе через щёточно-коллекторный узел с простыми кольцевыми контактами, более устойчивыми к износу нежели разрезной ламельный коллектор машин постоянного тока.

В сколько-либо мощном генераторе переменного тока с обмоткой возбуждения на роторе, неизбежно встает вопрос — какой величины ток возбуждения подавать на катушку? Ведь от этого зависит выходное напряжение такого генератора. И это напряжение должно поддерживаться в определенных рамках, например, 380 Вольт, вне зависимости от тока в цепи потребителей, значительная величина которого способна также значительно уменьшать выходное напряжение генератора. Кроме этого, нагрузка по фазам вообще может быть очень неравномерной.

Этот вопрос решается в современных генераторах, как правило введением в выходные цепи фаз генератора электромагнитных трансформаторов тока, соединенных вторичными обмотками треугольником или звездой, и дающими на выходе переменное трехфазное напряжение амплитудой единицы — десятки вольт, строго пропорциональное и согласованное по фазе с величиной тока нагрузки фаз генератора — чем больше потребляемый в данный момент по данной фазе ток, тем больше напряжение на выходе соответствующей фазы соответствующего токового трансформатора. Этим и достигается стабилизирующий и авторегулирующий эффект. Все три регулирующие фазы с вторичных обмоток токовых трансформаторов далее заводятся на обычный 3-фазный выпрямитель из 6 полупроводниковых диодов, и на выходе его получается постоянный ток нужной величины, и подаваемый на обмотку возбуждения ротора через щёточно-коллекторный узел. Схема может быть дополнена реостатным узлом для некоторой свободы регулирования тока возбуждения.

В устаревших или маломощных генераторах вместо токовых трансформаторов применялась система из мощных реостатов, с вычленением рабочего тока возбуждения за счет изменения падения напряжения на резисторе при изменении тока через него. Эти схемы были менее точны и гораздо менее экономичны.

В обоих случаях существует проблема появления начального напряжения на силовых обмотках генератора в момент начала его работы — действительно, если возбуждения ещё нет, то и току во вторичных обмотках токовых трансформаторов взяться неоткуда. Проблема, однако, решается тем что железо ярма ротора обладает некоторой способностью к остаточному намагничиванию, эта остаточная намагниченность оказывается достаточной для возбуждения в силовых обмотках напряжения в несколько вольт, достаточного для самовозбуждения генератора и выхода его на рабочие характеристики.

В генераторах с самовозбуждением — серьезную опасность представляет случайная подача внешнего напряжения промышленной электрической сети на силовые обмотки статора. Хотя это не приводит к каким-то негативным последствиям для самих обмоток генератора, мощное переменное магнитное поле от внешней сети эффективно размагничивает статор, в результате чего генератор теряет способность к самовозбуждению. В этом случае требуется начальная подача напряжения возбуждения от какого-то внешнего источника, например, автомобильного аккумулятора, иногда такая процедура полностью излечивает статор, но в некоторых случаях необходимость подачи внешнего возбуждения остается навсегда.

Главный генератор переменного тока

Главный генератор состоит из вращающегося магнитного поля, как было указано ранее, и неподвижной арматуры (генераторные обмотки)

Гибридные автомобили

Первый серийный гибридный автомобиль Toyota Prius. Модель 1997 года

Автомобиль, использующий для привода ведущих колёс разнородную энергию.

Современными автопроизводителями используется схема, позволяющая совмещать тягу двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Это позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, что повышает топливную эффективность силовой установки.

Иногда с гибридами ошибочно смешивают транспортные средства с электромеханической трансмиссией (например, тепловозы, некоторые тракторы и танки).

См. также

Ссылки

• Alternators. Integrated Publishing (TPub.com).
• Wooden Low-RPM Alternator. ForceField, Fort Collins, Colorado, USA.
• Understanding 3 phase alternators. WindStuffNow.
• Alternator, Arc and Spark. The first Wireless Transmitters. The G0UTY Homepage.
• Thompson, Sylvanus P., Dynamo-Electric Machinery, A Manual for Students of Electrotechnics, Part 1, Collier and Sons, New York, 1902
• White, Thomas H.,»Alternator-Transmitter Development (1891-1920)«. EarlyRadioHistory.us.