Генератор змінного струму — Вікіпедія

Генератор змінного струму — система з нерухомого статора (складається зі сталевого осердя та обмотки) і ротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього.

Генератор змінного струму: Inductor — ротор, Inducido — статор (ісп.)

Генератор змінного струму, є електричним генератором, який перетворює механічну енергію (вітру, пари під тиском, рухомої води, двигуна внутрішнього згоряння, електродвигуна, сили людини) на електричну, у вигляді змінного струму.

Трифазний синхронний генератор (з’єднання обмоток — «зіркою»)

Крізь два контактних кільця, до яких притиснуто ковзні контакти-щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора, та збуджує в обмотці статора, електрорушійну силу (ЕРС).

Щоби ротор обертався і створював магнітне поле, яке викликає у статорі ЕРС індукції, йому треба надавати енергію. В електростанціях, ротор може обертатися за допомогою: стисненої пари (ТЕС та АЕС), рухомої води (ГЕС, Припливні електростанції) чи сили вітру (Вітрові електростанції).

Генератори на електростанціях, що обертаються паровими турбінами, називаються турбогенераторами, керовані гідротурбінами — гідрогенераторами а приведені вітром — вітрогенераторами. Великі трифазні генератори змінного струму частотою 50 або 60 (для США, Канади, Японії та деяких інших країн) Гц, на електростанціях виробляють більшу частину електроенергії у світі, яка розподіляється електричними мережами.

Для живлення бортової мережі на сучасних (станом на початок 2000 років) літальних апаратах, найчастіше використовуються генератори змінного струму частотою 400 герц.

Генератори змінного струму простої будови, були відомі ще з відкриття електромагнітної індукції у 1830-х роках. Обертові генератори, природно, виробляли змінний струм, але, оскільки від нього на той час, було мало користі, він зазвичай, перетворювався на постійний струм завдяки використанню колектора. Перші машини були розроблені піонерами — винахідниками, такими як Майкл Фарадей та Іполіт Піксі. Фарадей винайшов «обертовий прямокутник», робота якого була гетерополярною — кожен активний провідник проходив послідовно крізь області, де магнітне поле перебувало у протилежних напрямках. Лорд Кельвін і Себастьян Ферранті також, розробили ранні генератори, які виробляли частоти від 100 до 300 Гц.

Наприкінці 1870-х років, з’явилися перші великі електричні системи з центральними станціями генерації, для живлення дугових ламп, використовуваних задля освітлення цілих вулиць, фабричних дворів або внутрішніх складів. Деякі з них, такі як лампи Яблочкова, введені 1878 року, краще працювали на змінному струмі, тож розвиток цих ранніх систем

Робітники позують з генератором Westinghouse на Еймському гідроелектроагрегаті, 1891 року. Ця електромашина виробляла 3000 вольт, 133 герца, однофазного змінного струму, а подібна машина у 3 милях, була використана як електродвигун змінного струму.

вироблення (генерації) змінного струму, став вперше супроводжуватися використанням слова «генератор змінного струму». Подача напруги потрібного рівня, від генераторних станцій у цих перших системах, залежала від спритності інженера. 1883 року Ganz Works винайшов генератор сталої напруги, який міг би виробляти задану вихідну напругу незалежно від значення дійсного електричного навантаження.

Впровадження трансформаторів у середині 1880-х років, призвело до ширшого використання змінного струму та застосування генераторів, потрібних для його виробництва. Після 1891 року, було запроваджено багатофазні генератори для подачі струмів з декількома різними фазами. Пізніше, були розроблені генератори змінного струму для різних частот — від шістнадцяти до ста герц, для використання їх з дуговим освітленням, лампами розжарення й електродвигунами. Спеціалізовані радіочастотні генератори, такі як генератор Alexanderson, були розроблені як довгохвильові радіопередавачі під час Першої світової війни і діяли на декількох високошвидкісних радіотелефонних станціях перш ніж їх замінили передавачі з вакуумною трубкою.

У провіднику, котрий рухається відносно магнітного поля, розвивається електрорушійна сила (ЕРС) (Закон Фарадея). Ця ЕРС, змінює полярність у разі руху під протилежними магнітними полюсами (північ — південь). Як правило, обертовий магніт,

До трифазного генератора, приєднано трифазне навантаження

званий ротором, повертається у межах нерухомого набору провідників (обмоток), намотаних у котушках на сталевому осерді, званому статором. Магнітне поле перетинає провідники, та створює індуковану ЕРС (електрорушійну силу), оскільки механічний привод, змушує ротор обертатися.

Обертове магнітне поле, виробляє (індукує) змінну напругу в обмотках статора. Оскільки струми у цих обмотках, змінюють напрямок відповідно до положення ротора, генератор називається синхронним.

Магнітне поле ротора може бути створено або постійними магнітами або електромагнітним полем котушок. В автомобільних генераторах використовується обмотка ротора, яка дозволяє підтримувати рівень напруги, що виробляється генератором, шляхом зміни струму в обмотці збудження ротора. Машини з постійними магнітами, не мають втрат через струм намагнічування у роторі, але обмежені за розміром, через вартість і вагу матеріалу магніту. Оскільки постійне магнітне поле стале, напруга на виході, змінюється безпосередньо зі швидкістю обертання генератора. Безщіткові генератори змінного струму, зазвичай більші, за ті, які використовуються в автомобілях.

Автоматичний пристрій контролю напруги, керує потоком поля для підтримання постійної вихідної напруги. Якщо, через збільшення споживання виробленої електроенергії, вихідна напруга від нерухомих обмоток якоря падає, в обертові котушки магнітного поля, від регулятора напруги (VR), подається більший струм. Це підсилює магнітне поле навколо котушок ротора, що викликає вищу напругу в обмотках якоря. Таким чином, вихідна напруга повертається до початкового значення.

Генератори, які використовуються на центральних електростанціях, також керуються польовим струмом (струмом збудження), щоби регулювати реактивну потужність і допомагати врівноважувати енергосистему від наслідків

Схема простого генератора з обертовим магнітним осердям (ротором) та нерухомою обмоткою (статором).

короткочасних збоїв. Найчастіше, існує три набори обмоток статора, фізично зрушених так, що обертове магнітне поле, створює трифазний струм, зміщений на одну третину періоду один відносно одного.

Вихідна частота генератора залежить від кількості полюсів та кількості обертів. Швидкість, яка відповідає певній частоті, називається синхронною, для цієї частоти.

Статор збирається з окремих ізольованих один від одного, сталевих листів. На внутрішній поверхні статора є пази, куди вкладаються дроти обмотки статора генератора.

Ротор виготовляється, як правило, зі суцільної сталі, а полюсні наконечники магнітних полюсів ротора, збираються з листової шихтованої сталі. Під час обертання, між статором і полюсними наконечниками ротора, є найменший зазор, для створення найбільш можливої магнітної індукції. Геометрична форма полюсних наконечників підбирається такою, щоби вироблений генератором струм, був якнайбільше близький до синусоїдального.

Генератори можуть бути класифіковані за: способом збудження, кількістю фаз, типом обертання, видом охолодження й їх застосуванням.

За збудженням[ред. | ред. код]

Існує два основних способи створення магнітного поля, яке застосовується у генераторах: з використанням постійних магнітів, які створюють власне стале магнітне поле, або за допомогою польових котушок. Генератори, де застосовують постійні магніти, називаються магнето.

В інших генераторах, намотані польові котушки, утворюють електромагніт для створення обертового магнітного поля.

Пряме збудження генератором постійного струму[ред. | ред. код]

Цей спосіб збудження, засновано на застосуванні меншого генератора постійного струму (DC), закріпленого на тому ж валу з основним генератором змінного струму. Генератор постійного струму, створює невелику кількість електрики, достатню для збудження польових котушок приєднаного генератора змінного струму, задля вироблення електроенергії. Одним із представників цієї системи, є вид генератора змінного струму, який використовує постійний струм від електричного акумулятора для початкового збудження під час запуску, після чого генератор переходить на самозбудження.

Трансформація і випрямлення[ред. | ред. код]

Цей спосіб засновано на залишковому магнетизмі, збереженому у сталевому осерді, для створення слабкого магнітного поля, що дозволило-б викликати невелику напругу. Ця напруга використовується для збудження котушок магнітного поля, генератора змінного струму, задля вироблення більшої напруги під час його нарощування. Після початкового наростання напруги змінного струму, поле створюється випрямленою напругою від власне, генератора.

Безщіткові генератори змінного струму[ред. | ред. код]

Безщітковий генератор змінного струму, складається з двох генераторів, побудованих на одному валу. Менші

безщіткові генератори, можуть виглядати як один пристрій, але на великих версіях, дві частини легко визначаються. Більшим з двох складників, є головний генератор змінного струму, а менший — збудник. Збудник має нерухомі польові котушки й обертовий статор (силові котушки). Головний генератор змінного струму, має протилежну будову з обертовим полем і нерухомим статором. Мостовий випрямляч, званий обертовим випрямним вузлом, встановлено на роторі. Тут не використовуються ні щітки, ні кільця ковзання, що зменшує кількість зношуваних частин. Головний генератор має обертове магнітне поле, як описано вище, і нерухомий статор (обмотки вироблення електроенергії).

Зміна сили струму крізь котушки збудження, змінює трифазну напругу на виході збудника. Цей струм, випрямляється за допомогою обертового випрямного вузла, встановленого на роторі, а підсумкова постійна напруга, впливає на обертове магнітне поле основного генератора, отже, й на вихідну напругу генератора. Підсумком всього цього є те, що невеликий струм збудника, побічно впливає на вихідну напругу головного генератора.

За кількістю фаз[ред. | ред. код]

Іншим способом класифікації генераторів, є кількість фаз їх вихідної напруги. Вихід може бути однофазним або багатофазним. Найчастіше, зустрічаються трифазні генератори, але багатофазні генератори можуть бути: двофазними, шестифазними і більше.

Види охолодження[ред. | ред. код]

Більшість генераторів змінного струму, примусово охолоджуються навколишнім повітрям крізь кожух, приєднаним вентилятором на тому ж валу, котрий приводить у дію генератор. У таких транспортних засобах, як транзитні автобуси, велике навантаження на електричну систему, може потребувати більшої генераторної установки з мастильним охолодженням. У морських застосуваннях, крім того, використовується водяне охолодження. Дорогі автомобілі, також можуть мати охолоджувальні водою генератори для забезпечення високих вимог до електричної системи; додаткова вартість придбання та обслуговування, не є продажним зобов’язанням у цьому розділі ринку.

Генератори дизельних електровозів[ред. | ред. код]

У більш пізніх дизельних електровозах, первинний дизельний двигун, приводить генератор змінного струму, який забезпечує електроенергією тягові двигуни (змінного або постійного струму).

Тяговий генератор, зазвичай має вбудовані кремнієві діодні випрямлячі для живлення тягових двигунів з постійною напругою до 1200 вольт (пряме використання постійного струму), або загальної шини інвертора (тяга змінного струму, коли постійний струм, спочатку перетворюється, до трифазного змінного).

Перші дизельні електровози і багато з тих, які все ще знаходяться в роботі, використовують генератори постійного струму, оскільки кремнієвою силовою електронікою, легше керувати швидкістю тягових двигунів постійного струму (для керування швидкістю обертання двигуна змінного струму, треба використовувати перетворювачі частоти — інвертори). У більшості з них, було два генератори: один — задля вироблення струму збудження для більшого, основного (силового) генератора.

Морські генератори[ред. | ред. код]

Морські генератори, які використовуються на яхтах, подібні до автомобільних генераторів з відповідним пристосуванням до солоної води. Морські генератори повинні бути вибухозахищеними, щоби іскріння щіткових контактів, не запалило вибухонебезпечні газові суміші у приміщенні машинного відділення. Вони можуть бути 12 або 24 — вольтовими, залежно від типу встановленої системи. Великі морські дизелі, можуть мати два або більше генераторів змінного струму, щоби впоратися з великим споживанням електроенергії, сучасною яхтою. В одиничних колах генератора, потужність може бути розподілено між стартовою батареєю двигуна, та бортовою батареєю (або батареями) з використанням розрядного діода (ізолятор батареї) або реле, чутливого до напруги.

1.http://riowang.com/2015/09/abraham-ganz-at-hindukush.html

2.https://books.google.com.ua/books?id=jdk7AAAAMAAJ&redir_esc=y

3.https://www.worldstandards.eu/electricity/plug-voltage-by-country/

4.https://books.google.com.ua/books?id=31O4upzTHQwC&pg=PA39&dq=In+1891+Telluride+westinghouse+induction+motor&hl=en&sa=X&ei=Qc3PUP-ZA—n0AHah5HwBA&sqi=2&redir_esc=y#v=onepage&q=In%201891%20Telluride%20westinghouse%20induction%20motor&f=false

5.http://legacy.historycolorado.org/sites/default/files/files/Researchers/ColoradoMagazine_v49n3_Summer1972.pdf

6.http://ethw.org/Milestones:Ames_Hydroelectric_Generating_Plant,_1891

uk.wikipedia.org

22. Призначення, будова і робота генератора змінного струму. Призначення і принцип дії регулятора напруги.

Генератор є основним джерелом електричної енергії і служить для живлення споживачів під час роботи двигуна і заряду акумуляторної батареї. На досліджуваних автомобілях установлюють генератори змінного струму.

Генератор змінного струму складається зі статора, ротора, двох кришок і вентилятора. Статор набирають із листів електротехнічної стали, ізольованих друг від друга лаком; це зроблено для зменшення втрат на вихревий струм. На внутрішній поверхні статора є пази, у які вкладають котушки, розділені на три групи по шість штук у кожній. Котушки в групі сполучені між собою послідовно, а групи котушок — зіркою. Одним кінцем усі три групи сполучені між собою, а другі кінці кожної групи виведені до випрямляча.

Ротор генератора складається з електромагніту, що має шість пар дзьобоподібних полюсів на сталевому валу. Усередині осердь полюсів розміщена обмотка збудження, кінці якої припаяні до двох мідних контактних кілець. До кілець притискаються щітки, установлені в щіткотримачах.

При включеному запалюванні обмотка збудження живиться від акумуляторної батареї постійним струмом, створюючи магнітне поле. Коли ротор обертається, під кожної котушкою статора проходить поперемінно північний і південний полюса ротора. Магнітний потік, що проходить через виступи статора, змінює свій напрямок і розмір, індукуючи при цьому в обмотках статора ЕРС, що змінюється по величині і напрямку. Трифазний струм, що індукується в обмотках статора підводиться до випрямляча, що складається із шести кремнієвих діодів, зібраних усередині задньої кришки генератора. Випрямляч служить для випрямлення трифазного змінного струму в постійний. На генераторі є три виводи: один із них позитивний (+), другий шунт (Ш) і третій виведений на масу (-).

Для підтримання постійної напруги, яка може змінюватися із зміною частоти обертання ротора генератора служить реле-регулятор.

Регулятор складається з металевої основи, на який наклеєно інтегральний регулюючий устрій і жорсткі виводи з фольгованого гетинаксу. Робота інтегральних регуляторів полягає в тому, що в момент перевищення напруги вище розрахункового коло обмотки збудження переривається, що призводить до зниження напруги генератора і замиканню кола обмотки збудження.

Цей процес відбувається з великою частотою і практично напруга генератора залишається постійною.

23. Призначення, будова і робота стартера автомобіля зил-4314-10. Правила користування стартером.

Привід стартера, який передає крутний момент від якоря колінчастому валу двигуна, складається з муфти вільного ходу і шестерні. Ці деталі можна переміщувати по шліцах вала якоря стартера за допомогою важеля.

Тягове реле встановлюють на корпусі стартера. Воно має котушку з двома обмотками і порожнисте осереддя, в яке може втягуватися стальний якір, з’єднаний сергою і пальцем з важелем привода стартера.

Стартер кріплять болтами до картера маховика двигуна, у вікно якого входить виступаюча частина кришки корпусу стартера.

Стартер призначений для обертання колінчастого вала під час запуску двигуна. Він являє собою електродвигун постійного струму з послідовним або змішаним вмиканням обмотки збудження. Такі двигуни розвивають великий крутний момент на початку обертання якоря.

У стальному корпусі закріплено чотири стальних полюсних осереддя, на кожному з яких встановлено котушку обмотки збудження. Між полюсними осердями розміщено якір, підшипниками вала якого є втулки, запресовані в отвори кришок і корпусу та пластини. В пази осереддя якоря, складеного з пластин трансформаторної сталі, вмонтована обмотка, що має окремі секції, кінці яких припаяні до ізольованих одна від одної мідних пластин колектора. До колектора притиснуто чотири щітки. Дві щітки ізольовані від маси, а дві інші — з’єднані з нею.

Коли водій поверне ключ у замку запалення, то в обмотці додаткового реле піде струм від акумуляторної батареї. Осереддя реле, намагнічуючись, притягує якір і замикає контакти цього реле, в коло акумуляторної батареї вмикаються обмотки тягового реле. Магнітне поле цих обмоток втягує якір, який повертає важіль привода стартера на осі і переміщує муфту вільного ходу і шестерню до зчеплення останньої із зубчастим вінцем маховика. В кінці ходу якір за допомогою контактного диска з’єднує затискачі, внаслідок чого обмотки стартера вмикаються в коло батареї. Одночасно із затискачем з’єднується через контакти затискач КЗ додаткового реле, тому вимикається (коротке замикання) додатковий резистор котушки запалювання.

Коли струм проходитиме через обмотку збудження, то між полюсними осердями стартера утвориться сильне магнітне поле, що взаємодіє з провідниками обмотки якоря, по якій також іде струм, і якір починає обертатися. За допомогою шестерні і зубчастого вінця маховика якір обертає колінчастий вал двигуна.

Як тільки двигун почне працювати і частота обертання його колінчастого вала зростатиме, вінець маховика обертатиме зчеплену з ним шестерню привода стартера з частотою, яка в кілька разів перевищує частоту обертання вала стартера. Проте обертання шестерні не передається валу якоря, оскільки муфта вільного ходу допускає вільне обертання шестерні відносно вала в напрямі обертання якоря (дає можливість шестерні обгонити вал).

Надійний запуск двигуна можливий , якщо колінчастий вал обертається із частотою:

-для карбюраторного двигуна – 60-80 об\хв

-для дизельного – 200-250об\хв

studfile.net

Генератор постійного струму — Вікіпедія

Схематично показано спосіб роботи колектора і приєднання до якірних обмоток. Всі складники, крім вугільних щіток з позначенням S і M, обертаються. Діаграма нижче показує напругу, яку можна отримати. На кресленні також показано обмотки ротора, виконані у вигляді кільця Гремма, що з’явилися через багато років після першого комутатора Hippolyte Pixii.

Генера́тор пості́йного стру́му — електрична машина постійного струму (генератор), що перетворює механічну енергію на електричну.

Генератор постійного струму – це електрична машина, котра виробляє напругу постійної величини.

Дія генератора постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: збудженні змінної електрорушійної сили (ЕРС) в обмотці ротора (якоря), під час його обертання в основному магнітному полі, створюваному обмоткою збудження на полюсах. Обмотка ротора з’єднана з колектором (механічним перетворювачем змінної ЕРС на постійну напругу), по пластинах якого ковзають контактні щітки, які приєднують обмотку до зовнішнього електричного кола. Розрізняють генератори постійного струму з незалежним збудженням (від стороннього джерела струму) і з залежним збудженням (самозбудженням), зумовленим залишковим магнетизмом у станині й полюсах. Потужність генераторів постійного струму — від кількох ват до десятків тисяч кіловат, напруга — від одиниць до сотень і тисяч вольт. ККД їх, за повного навантаження — від 0,7 (малопотужні генератори) до 0,96 — генератори великої потужності. Генератори постійного струму застосовують для живлення електродвигунів постійного струму, у зварювальних пристроях, електричних установках літаків, тепловозів, автомобілів, у пристроях автоматики (мікрогенератори постійного струму), для електролізу тощо.

Спосіб роботи генератора постійного струму[ред. | ред. код]

Якщо до кінців петлі провідника, всередині якої обертається постійний магніт, приєднати навантаження, то в ній потече змінний струм. Станеться це тому, що полюси

Зображення принципу роботи генератора

магніту міняються місцями. На цьому ефекті засновано принцип роботи генераторів змінного струму, які є братами-близнюками машин постійного струму.

Вся хитрість, завдяки якій отримується струм який не змінює напрямку, полягає в тому, щоби встигати перемикати точки приєднання навантаження з тією ж швидкістю, з якою обертається магніт. Здійснити це завдання може тільки колектор – особливий пристрій, котрий складається з декількох струмопровідних секторів, розділених діелектричними пластинами. Він закріплюється на якорі електричної машини і обертається синхронно з ним.

Знімання електричної енергії з якоря здійснюється щітками – підпруженими шматочками графіту, який має високу електропровідність і низький коефіцієнт тертя ковзання. В ту мить, коли струмопровідні сектори колектора міняються місцями, індукована ЕРС стає нульовою, але змінити знак вона не встигає, оскільки щітку вже передано струмознімальному сектору, приєднаному до іншого кінця провідника.

У підсумку, на виході пристрою виходить пульсова напруга однієї величини. Щоб згладити пульсацію напруги, використовується кілька якірних обмоток. Чим їх більше, тим менше кидки напруги на виході генератора. Кількість струмознімальних секторів на колекторі завжди вдвічі більше, ніж обмоток якоря.

Знімання виробленої напруги з обмотки якоря, а не статора, є корінною відмінність машини постійного струму від генератора змінного струму. Це ж зумовило і їхній істотну ваду: втрати на тертя між щітками і колектором, іскріння та нагрівання.

Як і будь-яка електрична машина, генератор постійного струму, складається з якоря і статора.

Якір збирається зі сталевих пластин з поглибленнями, в які вкладаються обмотки. Їх кінці приєднуються до колектора, який складається з мідних пластин, розділених діелектриком. Колектор, якір з обмотками і вал електричної машини, після складання стають єдиним цілим.

Статор генератора є одночасно і його корпусом, на внутрішній поверхні якого закріплюється кілька пар постійних або електричних магнітів. Зазвичай використовуються електричні, сердечники яких можуть бути відлиті разом з корпусом (для машин малої потужності) або набрані з металевих пластин.

Також на корпусі передбачається місце для кріплення струмознімальних щіток. Залежно від кількості полюсів магнітів на статорі, змінюється і кількість графітових елементів. Скільки пар полюсів, стільки-ж і щіток.

Типи підключення електричних магнітів статора[ред. | ред. код]

Генератори постійного струму різняться за типом приєднання електричних магнітів статора. Вони можуть бути:

• з незалежним збудженням;
• паралельним;
• послідовним.

За незалежного збудження, електричні магніти статора приєднуються до автономного джерела постійного струму. Зазвичай це робиться крізь реостат. Перевагою такої схеми, є можливість регулювання генерованої електричної потужності в широких межах. Вадою – потреба мати додаткове джерело живлення.

Інші два способи, є окремими випадками самозбудження генератора, яке можливо за невеликого залишкового магнетизму статора. За паралельного збудження генератора постійного струму, електромагніти статора живляться частиною виробленої напруги. Це найпоширеніша схема.

При послідовному збудженні коло електромагнітів вмикається послідовно з навантажувальним колом якоря. Величина струму, що протікає електромагнітами, істотно залежить від навантаження генератора. Тому така схема використовується тільки для увімкнення тягових двигунів постійного струму, які при гальмуванні переходять в режим генерації.

Застосовується і змішана схема приєднання обмотки збудження – паралельно-послідовна. Для цього на кожному полюсі електромагніту, повинно бути дві ізольовані обмотки (вмикаються послідовно та зазвичай, складаються всього з двох–трьох витків). Такі електричні машини застосовуються в тому разі, коли треба обмежити струм короткого замикання в навантаженні. Наприклад, у пересувних зварювальних агрегатах.

Наявність колекторно-щіткового вузла, істотно ускладнює будову електричної машини. Крім того, передача виробленої енергії крізь нього, здійснюється з великими втратами і фізичними навантаженнями. Тому, там де це можливо, машини постійного струму замінюють асинхронними генераторами з випрямлячем. Такими, наприклад, є всі автомобільні джерела електроенергії.

uk.wikipedia.org

Техническая информация о стартере и генераторе. О ремонте стартера и ремонте генератора.

Генератор предназначен для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумулятора при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи, и ее ускоренному выходу из строя. Не менее чувствительны к величине напряжения лампы освещения и сигнализация, акустическое оборудование.

Генератор – достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов. Принцип работы электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы у всех автомобильных генераторов, независимо от того, где они выпускаются.

Принцип действия генератора

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т.е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение (обычно через контрольную лампу  состояния генераторной установки). Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т.к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2…3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.

За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения  ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т.к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора.

Обмотка статора генераторов зарубежных и отечественных фирм – трехфазная. Она состоит из трех 3 частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения  действуют между концами обмоток фаз, а токи  протекают в этих обмотках, линейные же напряжения  действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи . Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные. При соединении в «треугольник» фазные токи меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т.е. получается «двойная звезда». Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «—» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».

У многих  генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении.  Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т.д. Иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, герметизированный на теплоотводе

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т.е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генератор элементов ее защиты от скачков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении, он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения (напряжением стабилизации).

Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т.е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.

Принцип действия регулятора напряжения (реле регулятора)

В настоящее время все генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки – тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения.

Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить – увеличивается.

Конструктивное исполнение генераторов

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой «компактной» конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому, по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой (Mitsubishi, Hitachi), и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости (Bosch, Valeo). В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками –передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части –  над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку (Denso). Существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными, и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное — только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы — полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума. После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т.к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты.

В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя, и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы, либо в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин-теплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора, случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи, что может привести к возгоранию. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами (Delco Remy, Motorcraft). Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец обычно плотная, со стороны привода — скользящая, в посадочное место крышки наоборот — со стороны контактных колеи — скользящая, со стороны привода — плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства — резиновые кольца, пластмассовые проставки, гофрированные стальные пружины и т.п. Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец.
У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Привод генераторов и крепление их на двигателе

Привод генераторов всех типов автомобилей осуществляется от коленчатого вала ременной или зубчатой передачей. При этом возможны два варианта — клиновым или поликлиновым ремнем. Приводной шкив генератора выполняется с одним или двумя ручьями для клинового ремня и с профилированной рабочей дорожкой для поликлинового. Вентилятор, выполненный, как правило, штамповкой из листовой стали, в традиционной конструкции генератора крепится на валу рядом со шкивом. Шкив может выполняться сборным из двух штампованных дисков, литым из чугуна или стали, а также полученным методом штамповки или точеным из стали.

Качество обеспечения питанием потребителей электроэнергии, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев приводного шкива генератора к шкиву коленчатого вала. Для повышения качества питания электропотребителей это число должно быть как можно больше, т.к. при этом частота вращения генератора повышается, и он способен отдать потребителям больший ток. Однако при слишком больших передаточных числах происходит ускоренный износ приводного ремня, поэтому передаточные числа передачи двигатель-генератор для клиновых ремней лежат в пределах 1,8…2,5, для поликлиновых до 3. Более высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем. Наилучшей конструкцией для генератора является индивидуальный привод. При таком приводе подшипники генератора оказываются менее нагруженными, чем в «коллективном» приводе, при котором обычно генератор приводится во вращение одним ремнем с другими агрегатами, чаще всего водяным насосом, и где шкив генератора служит натяжным роликом. Поликлиновым ремнем обычно приводится во вращение сразу несколько агрегатов. Например, на автомобилях Mercedes один поликлиновой ремень приводит во вращение одновременно генератор, водяной насос, насос гидроусилителя руля, гидромуфту вентилятора и компрессор кондиционера. В этом случае натяжение ремня осуществляется и регулируется одним или несколькими натяжными роликами при фиксированном положении генератора. Крепление генераторов на двигателе выполнено на одной или двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя. Натяжение ремня производится поворотом генератора на кронштейне, при этом натяжная планка, соединяющая двигатель с натяжным ухом, может быть выполнена в виде винта, по которому перемещается резьбовая муфта, сочленяемая с ухом.

Встречаются конструкции, у которых прорезь в натяжной планке имеет зубчатую нарезку, по которой перемещается натяжное устройство, соединенное с натяжным ухом. Такие конструкции позволяют обеспечивать натяжение ремня очень точно и надежно.

К сожалению, на данный момент не существует международных нормативных документов, определяющих габаритные и присоединительные размеры генераторов легковых автомобилей, поэтому генераторы различных фирм существенно отличаются друг от друга, разумеется, кроме изделий, специально предназначенных в качестве запчастей для замены генераторов других фирм.

Бесщеточные генераторы

Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т.п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.

eksin-retail.ru

Генератори постійного та змінного струму

 Тема. Генератори постійного та змінного струму.

Мета.

 Формувати поняття «генератор», «якор», «статор», «ротор».

 Розвивати логічне мислення, пам’ять;

 Розглянути будову та призначення генераторів постійного та змінного струмів;

 Виховувати інтерес до предмету, культуру оформлення конспекту.

Тип уроку.  Комбінований.

Вид уроку.  Лекція з елементами бесіди. 

Демонстрації	Презентація «Генератори постійного та змінного струму»
Обладнання та наочність	Плакати, картки з опорними блок-схемами.  Формули.
План-схема уроку
Етапи уроку	Методи й форми роботи
Організаційний момент:	—               привітання; —               перевірка присутності учнів; —               повідомлення основних завдань уроку.
Актуалізація опорних знань	Бесіда з теми «Генератори постійного та змінного струму».
Мотивація навчальної діяльності:	(створення проблемної ситуації). (Див. додаток з опорними питаннями)
Вивчення нового матеріалу (Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу)	Пояснення з елементами евристичної бесіди. (Див додаток з теорією)
Закріплення вивченого матеріалу	Бліц – опитування. (питання у додатку)
Підбиття підсумків уроку
Домашнє завдання	Вивчити конспект та підготувати доповідь.

Додаток. Орієнтовні  питання до учнів

  Дайте визначення генератора.

1.Яке призначення генератора?

2.Перечисліть основні вузли генераторів змінного та постійного струмів та їх призначення

3.Як індукується змінний струм і перетворюється у постійний у генераторі?

4.Для чого обмотки котушок фаз статора з’єднуються послідовно, а не паралельно?

5.Яка будова й принцип роботи реле-регулятора?

6.Від яких показників у найбільшій мірі залежить напруга, що виробляється автомобільним генератором?

7.Що таке ротор, статор, якор?

 Додаток. Теорія. Генератори постійного та змінного струму.

Генера́тор пості́йного стру́му — електрична машина постійного струму (генератор), що перетворює механічну енергію на електричну. Дія генератора постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: збудженні змінної електрорушійної сили в обмотці ротора (якоря), при його обертанні в основному магнітному полі, створюваному обмоткою збудження на полюсах. Обмотка ротора з’єднана з колектором (механічним перетворювачем змінної ерс на постійну напругу), по пластинах якого ковзають контактні щітки, підключаючи обмотку до зовнішнього електричного кола. Розрізняють генератори постійного струму з незалежним збудженням (від стороннього джерела струму) і з залежним збудженням (самозбудженням), зумовленим залишковим магнетизмом у станині й полюсах. Потужність генераторів постійного струму — від кількох ват до десятків тисяч кіловат, напруга — від одиниць до сотень і тисяч вольт. ККД їх при повному навантаженні — від 0,7 (малопотужні генератори) до 0,96 — генератори великої потужності. Генератори постійного струму застосовують для живлення постійного струму електродвигунів, у зварювальних пристроях, електричних установках літаків, тепловозів, автомобілів, у пристроях автоматики (мікрогенератори постійного струму), для електролізу тощо.

Одна й та сама машина постійного струму в принципі може працювати і як генератор, і як двигун. (Ця властивість машини постійного струму, що називається оборотністю, дає змогу не розглядати окремо будову генератора чи двигуна.)

Будова машини постійного струму: 

 

 1 — задній підшипниковий щит; 2 — затискачі; 3 — станина; 4 — головний полюс; 5 — обмотка головного полюса; 6 — вентилятор; 7 — обмотка якоря; 8 — осердя якоря; 9 — колектор; 10 — вал; 11 — траверса із щитковим механізмом; 12 — передній підшипниковий щит

 

Якір машини постійного струму:

 а — якір без обмотки; б — сталевий лист осердя якоря; 1 — натискні шайби; 2 — зубець; З — паз; 4 — вентиляційний отвір

 Розрізняють основні й додаткові полюси. Основні полюси збуджують магнітне поле; тому обмотки їх котушок називають обмотками збудження. Додаткові полюси встановлюють у машинах підвищеної потужності (понад 1 кВт) для поліпшення роботи машини; обмотку додаткових полюсів з’єднують послідовно з обмоткою ротора (якоря).

Ротор (якір) машини постійного струму складається з осердя й обмотки.

Осердя якоря набирають з тонких листів електротехнічної сталі, ізольованих один від одного лаковим покриттям, що зменшує втрати на вихрові струми. У пази осердя вкладають обмотку якоря. В осерді якоря роблять вентиляційні канали. Щоб струм від обмотки якоря в зовнішнє коло (у генераторі) або із зовнішнього кола до обмотки якоря (у двигуні) проходив в одному й тому самому напрямі, у машині постійного струму встановлюють колектор. Набирають його з мідних пластин, ізольованих одна від одної міканітовими прокладками. Кожну пластину колектора з’єднують з одним або кількома витками обмотки якоря. Осердя якоря і колектор закріплюють на одному валу. Отже, колектор — це пристрій, який конструктивно об’єднаний з якорем (ротором) електричної машини і є механічним перетворювачем частоти. По ізольованих один від одного і приєднаних до витків обмотки якоря пластинах, що становлять колектор, ковзають струмознімні щітки. Через ці щітки й колектор обмотка якоря приєднується до зовнішнього електричного кола. Щітки вставляють в обойми щіткотримача і притискують до колектора пружинами.

Будова колектора: 1 — корпус; 2 — болт; З — натискне кільце; 4 — міканітова прокладка; 5 — «півник»; 6 — «ластівчин хвіст»; 7 — колекторна пластина.

Щітковий механізм машини постійного струму: 

 

 а — траверса; б — щіткотримач; 1 — щітковий палець; 2 — ізоляція кільця від траверси; З — стопорний болт; 4 — мідний провід; 5 — натискні пластини; 6 — місце розміщення пружини; 7 — обойма; 8 — щітка

 Під час роботи машини щітки ковзають по колектору. Щіткотримачі кріплять до траверси.

Генератор змінного струму — система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) і ротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього.

Через два контактних кільця, до яких притиснуті ковзні контакти щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора та збуджує в обмотці статора ЕРС індукції.

Щоб ротор обертався і створював магнітне поле, яке викликає у статорі ЕРС індукції, йому необхідно надавати енергію. Ротор обертається у електростанціях за допомогою пари (ТЕС та АЕС) або гідротурбін (ГЕС).

Генератори змінного струму бувають із збудженням від постійних магнітів з електромагнітним збудженням.

Більшість генераторів, які використовуються в наш час, мають електромагнітне збудження.

Генераторна установка змінного струму, яка встановлюється в автомобілі, складається з генератора з електромагнітним збудженням, випрямляча й реле регулятора або регулятора напруги.

Генератори типу Г-250 (встановлюють на автомобілях сім’ї ГАЗ і ЗІЛ), Г-266 (встановлюють на автобусі ПАЗ-672) і Г-288Е (встановлюють на автомобілях сім’ї КрАЗ) мають однакову конструктивну схему і являють собою трифазну синхронну електричну машину з електромагнітним збудженням і вбудованим кремнієвим випрямним блоком. Генератор працює разом із регулятором напруги, який регулює його роботу. Генератор встановлюють із правого боку двигуна на кронштейні.

Генератор змінного струму складається з (Мал. 13.1) таких головних частин: статора 6, ротора 13, кришок 1 і 12; вентилятора 16 і шківа 17.

Статор 6 генератора набраний з окремих пластин листової електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, покритих лаком для зменшення вихрових струмів.

Статор має 15 рівномірно розміщених по колу пазів, в які укладені окремі котушки трифазної обмотки 5. В кожній фазі розміщується по шість кат ушок, що з’єднуються між собою послідовно. Фази з’єднані в зірку, тобто початки котушок з’єднані разом, а кінці приєднані до трьох затискачів І, II, III колодки статора.

Ротор 13 складається із двох стальних кігтеподібних сердечників 18 і 19 та котушки збудження 3, яка розміщена на стальній втулці та жорстко закріплена на його валі 14. Кінці обмотки збудження припаяні до контактних кілець 4, напресованих на ізольовану втулку вала 14 ротора. Вал ротора обертається в кульових підшипниках 2 і 20, які розмішуються в передній 1 і задній 12 кришках.

Ротор генератора 13 приводиться в обертання одним або двома клиноподібними пасами через шків 17 від шківа колінчастого вала. Шків 17 і вентилятор 16 для обдуву й охолодження генератора закріплені на передньому кінці вала.

На задній кришці генератора закріплено щіткотримач 8 із двома щіточками 7, притиснутими пружинами до контактних кілець. Одна щітка з’єднана з масою автомобіля, друга — із вивідним затискачем 3 на кришці корпусу генератора. Щітки призначені для з’єднання обмотки збудження ротора з джерелом живлення постійного струму (акумуляторною батареєю або через випрямлений пристрій з обмоткою статора).

При включенні запалювання струм від акумуляторної батареї через щітки й кільця поступає в обмотку збудження ротора і створює магнітне поле. При обертанні ротора силові лінії магнітного поля ротора перетинають витки котушок статора, І в них Індукується змінний струм, який знімається через три затискачі І, II, III статора і поступає до трьох затискачів випрямляча, за допомогою якого він перетворюється в постійний, направляється до споживачів і на підзарядку акумуляторної батареї.

Випрямляч струму 2 розміщується в кришці 12 з боку контактних кілець, складений із кремнієвих вентилів (діодів), які допускають робочу температуру корпусу 150°С.

Кремнієвий випрямляч (Мал.13.2) складається із трьох моноблоків, які з’єднані в схему трифазного двоперіодного випрямляча. В кожну фазу включено два діоди, які розвернуті своїми переходами від струмопровідного затискача в різні боки: один діод гнучким провідником струму з’єднаний з від’ємною пластиною 3, а другий — із додатною.

Якщо на затискач пластини 6 пари діодів поступає струм із зарядом «+», то він буде зніматися через діод, з’єднаний з цією пластиною, при цьому перехід другого діода закритий. Під час другого півперіоду струм змінює напрям, тобто на затискач 6 він поступає з від’ємним зарядом. Тоді закривається діод, з’єднаний з додатною пластиною 6, і струм із від’ємним зарядом піде на пластину 3 через інші діоди.

Властивість напівпровідникових випрямлювачів пропускати струм тільки в одному напрямку дозволяє відмовитись від реле зворотного струму. Це значно спрощує конструкцію і знижує вартість реле-регулятора.

З підвищенням частоти обертання колінчастого вала підвищується частота обертання й ротора генератора. Внаслідок цього в обмотках статора збільшується і напруга. Щоб напруга залишалась в допустимих межах (приблизно 13,5-14,5). В при нормальній напрузі 12 В — призначений регулятор напруги, який за будовою поділяється на вібраційний, контактно-транзисторний, безконтактно-транзисторний.

В автомобілях використовують контактно-транзисторні регулятори напруги. Найпростішим контактно-транзисторним регулятором є реле-регулятор РР-362, що застосовується з генератором змінного струму Г-250 та інші.

fizmat.7mile.net

Електронний генератор — Вікіпедія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Електронний генератор в інтегральному виконанні Схема електронного генератора на польових транзисторах, виходи генератора — на схемі зверху Ламповий генератор на частоту 120 МГц, 1938 рік

Електронний генератор (Електронний осцилятор; англ. Electronic oscillator) — електронний пристрій, призначений для генерації періодичних коливань електричного струму.

Періодичні коливання струму в електронному генераторі є автоколиваннями, постійність яких забезпечується джерелом напруги.

Залежно від режиму роботи активного елемента генератора (а також форми сигналу на виході генератора) розрізняють гармонічні та релаксаційні (імпульсні) генератори.

Гармонічні генератори[ред. | ред. код]

Гармонічні генератори виробляють сигнал синусоїдальної форми. До їх складу входять підсилювач і частотнозалежний елемент — резонансний контур або частотний фільтр. Частотнозалежний елемент необхідний для того, щоби підтримувати коливання на частоті найменшого або найбільшого опору елемента. Коливання відбуваються на частоті, при якій в петлі виникає максимальний позитивний зворотний зв’язок.

Для отримання гармонічних коливань використовують позитивний зворотний зв’язок. В основі такого генератора — підсилювач, сполучений із коливальним контуром, який відіграє роль частотного фільтру. Сигнал із виходу коливального контуру, подається на вхід підсилювача і знову підсилюється в ньому. Таким чином досягається стабілізація частоти і амплітуди коливань.

Переналаштування частоти відбувається зміною параметрів частотно залежного елемента — ємності, опору або індуктивності.

Релаксаційні генератори[ред. | ред. код]

Релаксаційні генератори можуть генерувати сигнали пилкоподібної або трикутної форми. Вони нерідко використовуються в монолітних інтегральних схемах (ІС), і можуть забезпечити широкий діапазон частот. Виділяють три методи побудови ГКН, що найчастіше використовуються для реалізації в інтегральному виконанні:

• Генератори з пасивним резонатором, що містять коливальну систему, кварцовий резонатор, пристрої на ПАХ, резонатори іншого роду, що визначають частоту генерованого сигналу і його стабільність;
• Релаксаційні генератори, в яких відбувається почергове перезарядження конденсатора від джерела постійного струму між двома граничними значеннями напруги, час перезаряджання визначає частоту коливань;
• Кільцеві генератори, що складаються з непарного числа асиметричних інверторів або парного / непарної кількості диференціальних інверторів з їх з’єднанням у кільцеву схему.

Прикладами імпульсного генератора є мультивібратор та блокінг-генератор.

У 1887 Генріх Герц на основі котушки Румкорфа винайшов та побудував іскровий генератор електромагнітних хвиль.

У 1913 Александер Майснер (Німеччина) винайшов електронний генератор Майснера на ламповому каскаді зі спільним катодом із коливальним контуром у вихідному (анодному) колі з трансформаторним позитивним зворотнім зв’язком на сітку.

У 1914 Едвін Армстронг (США) запатентував електронний генератор на ламповому каскаді зі спільним катодом та коливальним контуром у вхідному (сітковому) колі з трансформаторним позитивним зворотним зв’язком.

У 1915 американський інженер із Western Electric Company Ральф Гартлі, розробив лампову схему, відому як генератор Гартлі^[en], відому ще як індуктивна триточкова схема. На відміну від схеми Мейсснера, в ній використано автотрансформаторне увімкнення контуру. Робоча частота такого генератора зазвичай, вища за резонансну частоту контуру.

У 1919 Едвін Колпітц^[en] винайшов генератор Колпітца на електронній лампі з приєднанням до коливального контуру через ємнісний подільник напруги. Схема отримала назву «ємнісна триточка».

У 1932 американець Гаррі Найквіст розробив терію стійкості підсилювачів, яка застосована для опису стійкості генераторів (Критерій стійкості Найквіста-Михайлова).

uk.wikipedia.org

Будова генератора

Будова переносних бензогенераторів досить проста і відображає потреби людини в їх самостійному перевезенні. Їх розміри варіюються, але зазвичай не перевищують 1 кубічного метра.

Схема бензинового генератора

Найбільш поширеною конструкцією таких генераторів сьогодні є конструкція на жорсткій рамі зі сталевих труб круглого перетину. Рама оберігає всі частини генератора від пошкодження і дозволяє переносити його. У деяких випадках до рами кріпляться коліщатка для більш зручного транспортування. Друга важлива деталь — двигун, який може бути як бензиновим, так і дизельним, з верхнім або боковим розташуванням клапанів. Далі іде сам генеруючий вузол, влаштований з синхронного, асинхронного двигуна або інверторним принципом. Саме тут виробляється електроенергія, яка потім надходить на регулятор.

Регулятор або електронний блок управління (AVR) дозволяє фільтрувати сигнал і задає його характеристики в прийнятних діапазонах. На зовнішньому вузлі знаходяться контролюючі та запускають органи управління, наприклад, вольтметр, амперметр, показник рівня масла, ключ запалювання і розетки.
Така схема зустрічається, як правило, у невеликих бензинових електростанцій.

Схема дизельного генератора

Якщо розглядати стаціонарні електростанції, то вони виконуються на станині або в закритому кожусі.

У першому випадку масивна станина служить демпфером і амортизатором для працюючого агрегату. Амортизація може здійснюватися за рахунок конструкції корпусу або за допомогою спеціальних гідравлічних і механічних демпферів. Електростанції великої потужності відрізняються від переносних більш досконалою системою запуску та управління двигуном, можливістю включення в систему автономного енергопостачання з автоматичним запуском.

Електростанції дизельні, виконувані в окремому кожусі, як правило, володіють потужністю від 15 кВт. Використовувані тут двигуни вкрай надійні і можуть експлуатуватися протягом довгих років.

Електростанції в кожусі, крім станини і основних елементів можуть поставлятися з власною примусовою системою вентиляції і в утепленому виконанні для районів з низькими зимовими температурами. Виконання в кожусі дає свої переваги по транспортуванню електростанцій великої потужності. Найчастіше в ньому передбачені підйомні «вуха» для кранів і спецтехніки. Такі електростанції можна використовувати разом з системами безперебійної подачі палива і прогресивної автоматикою, розрахованої на живлення великої кількості споживачів з різними параметрами споживаного струму.

Таким чином, стаціонарні електростанції в кожусі складаються з: генераторного блоку, двигуна, бензобака або системи безперебійної подачі палива, охолоджувача, системи примусової або природної вентиляції, станини, кожуха, виконаного під вимоги замовника, блоку регуляції та розподілу навантаження.

sutem.com.ua

No related posts.