Как работает генератор переменного тока?

Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки {рисунок справа). Электроны {голубые шарики) перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита {дальний рисунок справа), т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Принцип действия генератора переменного тока

Простейший генератор переменного тока состоит из проволочной рамки, вращающейся между полюсами неподвижного магнита. Каждый конец рамки соединен со своим контактным кольцом, скользящим по электропроводной угольной щетке (рисунок над текстом). Индуцированный электрический ток течет к внутреннему контактному кольцу, когда соединенная с ним половина рамки проходит мимо северного полюса магнита, и, наоборот, к внешнему контактному кольцу, когда мимо северного полюса проходит другая половина рамки.

Трехфазный генератор переменного тока

Одним из наиболее экономически выгодных способов выработки сильного переменного тока является использование одного магнита, вращающегося относительно нескольких обмоток. В типичном трехфазном генераторе три катушки расположены равноудалено от оси магнита. Каждая катушка вырабатывает переменный ток, когда мимо нее проходит полюс магнита (правый рисунок).

Изменение направления электрического тока

Когда магнит вдвигается в проволочную катушку, он индуцирует в ней электрический ток. Этот ток заставляет стрелку гальванометра отклоняться в сторону от нулевого положения. Когда магнит вынимается из катушки, электрический ток изменяет свое направление на противоположное, и стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону от нулевого положения.

Переменный ток

Магнит не будет индуцировать электрический ток до тех пор, пока его силовые линии не начнут пересекать проволочную петлю. Когда полюс магнита вдвигается в проволочную петлю, в ней индуцируется электрический ток. Если магнит прекращает движение, электрический ток (голубые стрелки) также прекращается (средняя диаграмма). Когда магнит вынимается из проволочной петли, в ней индуцируется электрический ток, текущий в противоположном направлении.

Устройство и принцип работы генератора переменного тока — урок. Физика, 9 класс.

Проведём опыт по получению индукционного тока. Будем вдвигать и выдвигать постоянный магнит в катушку, соединённую с гальванометром.

 

 

Рисунок \(1\). Опыт по получению индукционного тока

 

Можно наблюдать отклонение гальванометра в одну и другую стороны. Это значит, что по катушке течёт индукционный ток, у которого изменяется как модуль, так и направление с течением времени. Такой ток называется переменным током.

Переменный ток создаётся и в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим его площадь. Изменение магнитного потока связано с изменением индукции магнитного поля. Величину магнитного потока можно изменить, поворачивая контур (или магнит), то есть меняя его ориентацию по отношению к линиям магнитной индукции.

 

 

Рисунок \(2\). Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита

Этот принцип получения переменного электрического тока используется в механических индукционных генераторах — устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть).

 

 

Рисунок \(3\). Схема генератора: \(1\) — корпус; \(2\) — статор; \(3\) — ротор; \(4\) — скользящие контакты (щётки, кольца)

В промышленном генераторе статором является цилиндр с прорезанными внутри него пазами, в которые уложен витками провод из меди с большой площадью поперечного сечения (аналогично рамке). Переменный магнитный поток в таких витках порождает переменный индукционный электрический ток.

Ротор — это постоянный магнит или электромагнит. Электромагнит представляет собой обмотку с железным сердечником внутри, по которому течёт постоянный электрический ток. Он подводится от внешнего источника тока через щётки и кольца.

 

Какая-либо механическая сила (паровая или водяная турбина) вращает ротор. Вращающееся одновременно с ним магнитное поле образует изменяющийся магнитный поток в статоре, в котором возникает переменный электрический ток.

 

 

Рисунок \(4\). Устройство гидрогенератора: \(1\) — статор; \(2\) — ротор; \(3\) — водяная турбина

Устройство Генератора Переменного Тока и Принцип Действия

Мощный тяговый генератор переменного тока – строение

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

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

Теоретическая часть

Основной принцип работы альтернатора

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

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

Базовые принципы

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

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

Строение простейшего электромагнитного генератора

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

Генератор переменного тока — как устроен

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

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

Переменный ток

В его честь была названа частота тока

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

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

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

Мощнейшие генераторы, установленные на Пушкинской ГЭС

Строение генератора переменного тока

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

Основные рабочие части и их подключение

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

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

Устройство и принцип действия генератора переменного тока

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

Трехфазные генераторы переменного тока и устройство их

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

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

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

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

Синхронный генератор электрического тока и принцип действия этого устройства

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

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

Вращать легче центральную часть

Виды генераторов переменного тока

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

Трехфазные генераторы

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

Схема трехфазного генератора

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

Смещение синусоид на 1/3 такта

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

Варианты соединения обмоток у трехфазного генератора

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

Принципиальная схема генератора тока

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

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

Различие по виду

Отличаются генераторы и по виду, которых существует 2:

Синхронный генератор

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

Принцип действия и устройство синхронного генератора.

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

Асинхронный электрический двигатель

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

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

Способы возбуждения обмотки

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

Тут можно выделить 4 типа:

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

Применение генераторов переменного тока на практике

Промышленное производство мощных генераторов

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

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

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

Автомобильные генераторы

На фото — электрический генератор для автомобиля

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

Принципиальная схема автомобильного генератора

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

Для выпрямления трехфазного тока используется несколько диодов.

Генератор на жидком топливе

Бензиновый генератор

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

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

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

Панель управления генератора

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

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

Принцип работы генератора переменного и постоянного тока

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

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

генератор тока

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

Электрический мотор

Генератор переменного тока

генератор переменного тока

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

генератор переменного тока

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

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

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

Генератор постоянного тока

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

Обязательно прочитайте статьи про автомобильные генераторы:

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

автомобильный генератор тока

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

Оцените качество статьи:

Общее устройство генератора

Генератор переменного тока это элемент автомобиля, предназначенный для произведения электрической энергии путем преобразования механической энергии (вращение коленчатого вала) в электрическую энергию. Генераторы могут генерировать постоянный или переменный ток.

Генератор автомобиля используется, как источник питания для следующих электропотребителей: система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер, системы диагностики. Также генератор обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ) во время движения автомобиля.

На сегодняшний день чаще всего используются генераторы переменного тока, которые хорошо себя зарекомендовали.

Как работает генератор?

Чтобы ответить на вопрос, — как работает генератор? — мы рассмотрим Принцип работы генератора.

Основа работы генератора заключается в использовании электродвижущей силы (ЭДС), которая образуется в прямоугольном контуре, вращающемся в однородном вращающемся магнитном поле.

Устройство простейшего генератора

Простейший генератор представляет собой обыкновенную прямоугольную рамку, которая размещена между магнитами с разными полюсами. Для снятия напряжения с вращающейся рамки используют токосъемные кольца.

В автомобилестроение используют электромагниты – катушки индуктивности или обмотки медного провода. При прохождении электрического тока через обмотку, последняя насыщается электромагнитными свойствами. Для возбуждения обмотки используется аккумуляторная батарея.

Устройство автомобильного генератора переменного тока

Автомобильный генератор состоит из корпуса с крышками, в которых имеются отверстия для вентиляции. Ротор устанавливается в подшипниках 2 и вращается в них. Привод ротора осуществляется путем ременной передачи (ремень одевается на шкив). Ротор выступает электромагнитом (обмоткой). Ток на обмотку поступает с помощью двух медных колец и графитных щеток, которые соединены с электронным регулятором. Электронный реле регулятор отвечает за напряжение на выходе, которое должно находиться в пределах 12 Вольт вне зависимости от частоты вращения шкива привода генератора. Реле регулятор может встраиваться в корпус, а может находиться отдельно.

Статор – представляет собой три медные обмотки, которые соединяются в треугольник. К точкам соединения обмоток подключается выпрямительный мост, который состоит из 6 полупроводниковых диодов, которые служат для преобразования переменного напряжения в постоянное.

---

Генера́тор (с латыни generator означает «производитель») — устройство, что вырабатывает электроэнергию, производит продукты или преобразует один вид энергии в другой.

Автомобильный генератор — устройство, которое преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.

Автомобильный генератор применяется для питания потребителей электроэнергии, таких как система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер автомобиля, системы диагностики, а также для зарядки аккумуляторной батареи (АКБ).

От надежности работы генератора зависит бесперебойность работы остальных систем автомобиля и других его компонентов. Мощность современного автомобильного генератора составляет 1 кВт.

Принцип работы автомобильного генератора

Первые автомобильные генераторы были генераторы постоянного тока. Они требовали много внимания к себе, что обуславливалось частым обслуживанием и контролем работы устройства.

Затем был придуманы диодные выпрямители, что значительно увеличило ресурс работы генератора и увеличило срок его работы. Генераторы с диодными выпрямителями тока стали называться генераторами переменного тока. На производство генератора переменного тока уходило меньше материалов, соответственно он стал легче и значительно меньше, а КПД вырос, обеспечивая более стабильный ток на выходе.

В современных иномарках используют синхронные трехфазные генераторы переменного тока, а в качестве выпрямителя – трехфазный выпрямитель Ларионова.

От поворота ключа до выдачи напряжения…

Во время поворота ключа замка зажигания в рабочее положение питание подается на обмотку возбуждения и генератор начинает отдавать ток в нагрузку. За управление током в обмотке возбуждения отвечает стабилизатор напряжения, который входит в щеточный узел генератора. Питание стабилизатора напряжения осуществляется от выпрямителя.

Ротор генератора приводится во вращение от коленчатого вала через шкив посредством клинового ремня. В обмотке возбуждения создается электромагнитное поле, которое индуцирует электрический ток в фазовых обмотках статора.

Выдаваемый ток – скачкообразный и зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, поэтому для его стабилизации применяется стабилизатор напряжения.

Напряжение бортовой сети в работающей системе должно находится в пределах 13,8-14,2 В, что обеспечит нормальную подзарядку АКБ.

На крупногабаритных автомобилях используются автомобильные генераторы повышенной мощности 24 В.

устройство и принцип работы генераторов

Переменный ток промышленной частоты вырабатывается на электростанциях специально предназначенными для этих целей электромашинными синхронными генераторами. Принцип действия этих агрегатов основан на явлении электромагнитной индукции. Производимая паровой или гидравлической турбиной механическая энергия преобразовывается в электроэнергию переменного тока.

Вращающейся частью привода или ротором является электрический магнит, который и передает вырабатываемое магнитное поле на статор. Это – внешняя часть устройства, состоящая из трех катушек с проводами.

Передача напряжения осуществляется через коллекторные щетки и кольца. Медные роторные кольца вращаются одновременно с коленвалом и ротором, в результате чего к ним прижимаются щетки. Те, в свою очередь, остаются на месте, позволяя электротоку передаваться от неподвижных элементов генератора его вращающейся части.

Произведенное таким образом магнитное поле, вращаясь поперек статора, производит электропотоки, которые и осуществляют зарядку аккумулятора.

Однако для передачи импульса от генератора переменного тока к аккумулятору постоянного используется дополнительный диодный мост, который располагается в задней части устройства. Диод представляет собой деталь с двумя контактами, через которые в одном направлении проходит ток. А мост, как правило, состоит из 10 таких элементов.

Диоды делятся на две группы:

• Основные — необходимы для выпрямления напряжения и соединены с выводами статора.
• Дополнительные — направляют мощность на регулятор напряжения и контролирующую зарядку лампу.

Последняя крайне необходима в генераторе, потому что является контролирующим исправность привода контуром. Без лампы генератор переменного тока ни в коем случае не запустится на стандартных оборотах.

Для большего понимания, советуем
посмотреть популярные модели дизельных генераторов >>

Видео: принцип работы генератора переменного тока

Виды генераторов переменного тока

В зависимости от вырабатываемой энергии, генераторы подразделяются по мощности – на высокомощные и маломощные.

В быту наиболее оптимальными считается маломощное генераторное оборудование. Чаще всего, такие генераторы используют в качестве резервного электроснабжения. Также пользуются популярностью сварочные генераторы переменного тока. Однако с бензиновыми моделями следует проявлять крайнюю осторожность, используя их только по назначению. Иначе их моторесурс значительно сокращается. Ремонт такого оборудования, как и замена на новое устройство, сопряжен с внушительными финансовыми затратами.

Рекомендуем следующие модели генераторов переменного тока:

С целью создания автономного электроснабжения загородного участка, дома либо коттеджа в большинстве случаев применяется дизельный генератор. Данный агрегат рассчитан на выполнение таких задач, которые соответствуют его моторесурсу и мощности. Благодаря уникальным техническим характеристикам дизельгенераторы могут работать без перерывов в течение нескольких лет, что также положительно влияет на популярность этого оборудования.

устройство, принцип работы, подборка лучших в Москве

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

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

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

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

Особенности трехфазных агрегатов

1. Благодаря уникальному строению, есть возможность подключать к нему несколько приборов одновременно.
2. Он работает по принципу распределения мощности напряжения. Это значит, что такой агрегат не сможет потянуть мощную технику. Ведь, если агрегат на 6 кВт, то это не значит, что к нему можно подключать технику такой мощности. Он просто не потянет, ведь прибор равномерно распределяет напряжение на три фазы. Поэтому максимальная мощность потребителя не должна быть 2 кВт. Зато таких однофазных приборов можно подсоединить сразу три штуки.
3. Часто люди могут ошибочно рассчитывать необходимую мощность технику и приобретать трехфазный агрегат для однофазных потребителей. В таком случае вы сможете подключить один прибор на 2 кВт, а сама электростанция будет работать на всю мощность (6–8 кВт) и потреблять огромное количество топлива. Если у вас только однофазные потребители, то рациональнее будет приобрести однофазный агрегат такой же мощностью. Он стоит намного дешевле, и расход топлива будет в несколько раз меньше.
4. Такие устройства достаточно капризны в подключении однофазных потребителей. Но это не единственная их особенность. Ведь эта проблема решаема, если подключать три прибора одновременно. Но вот проблема перекоса фаз, которая встречается при использовании модели в домашних условиях, более существенна. Если объяснить по-простому, то нельзя, чтобы хоть одна фаза имела порог мощности больше 25% по сравнению с другими. То есть, если вы подключили телевизор или холодильник на 0,7–0,8 кВт, то на другую фазу вы сможете включить прибор мощностью не больше 1 кВт (+25% к первому показателю). Если включить пылесос, который имеет 2–2,5 кВт, то произойдет перекос фаз и аппарат отключится.
5. Каждый трехфазный образец имеет две розетки, одна с напряжением 220 Вольт, а другая 380 Вольт.

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

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

Как работают генераторы переменного тока

Генератор — как это работает

Вы можете подумать, что электрика в автомобиле питает аккумулятор, но это не так. Аккумулятор обеспечивает электричество, необходимое стартеру для запуска автомобиля. Когда автомобиль работает, генератор вырабатывает энергию для питания электрической системы и зарядки аккумулятора. Генератор раньше назывался генератором, и он работает аналогичным образом. В этом случае двигатель внутреннего сгорания автомобиля вращает шкивы под капотом, который вращает шкив генератора и создает энергию.

Генератор работает вместе с аккумулятором для питания электрических компонентов транспортного средства. Выходной сигнал генератора постоянного тока (DC). Когда шкив генератора переменного тока вращается, переменный ток (AC) проходит через магнитное поле и генерируется электрический ток. Затем он преобразуется в постоянный ток через выпрямитель.

Развитие технологий означало, что генераторы переменного тока сильно изменились за последние 50 лет. Первоначально генераторы переменного тока использовались только для генерации тока, который контролировался внешним регулятором.Появление встроенного регулятора в 1990-х годах использовало сигнальную лампу для возбуждения генератора и запуска процесса зарядки. Многие современные автомобили приняли систему зарядки типа запроса нагрузки с внедрением интеллектуальных систем зарядки и систем CANBUS, которые в настоящее время широко используются. Эти системы контролируются блоком управления двигателем (ЭБУ) автомобиля. Когда транспортному средству требуется больше нагрузки, ЭБУ отправляет сигнал генератору переменного тока, требуя, чтобы он начал зарядку. Генератор должен справляться с изменяющимися электрическими нагрузками и соответствующим образом регулировать скорость заряда.В наши дни эти типы генераторов легко могут быть неправильно диагностированы как неисправные, если на автомобиле обнаружена неисправность зарядки, но в большинстве случаев неисправность генератора не обнаруживается.

Компоненты генератора и их функции:

Регулятор

Регулятор напряжения контролирует количество мощности, распределяемой от генератора к батарее, чтобы управлять процессом зарядки. Регуляторы имеют разные функции и работают в зависимости от своей спецификации.

Выпрямитель

Выпрямитель используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) во время процесса зарядки.

Ротор

Ротор — это вращающаяся масса внутри генератора, которая вращается через шкив и систему приводного ремня. Ротор действует как вращающийся электромагнит.

Контактные кольца

Контактные кольца используются как средство подачи постоянного тока и мощности на ротор.

Концевой подшипник скольжения

Подшипники предназначены для поддержки вращения вала ротора.

Статор

Статор состоит из нескольких витков проволоки, намотанной через железное кольцо. Статор находится вне ротора, и когда создается магнитное поле, возникает электрический ток.

Подшипник приводного конца

Подшипники предназначены для поддержки вращения вала ротора.

Шкив

Шкив соединен с валом ротора и системой приводного ремня. Вращение, создаваемое двигателем, система приводного ремня поворачивает шкив, начиная процесс зарядки.

См. Наши новые ссылки на ассортимент

Что такое генератор и как он работает?

Вы можете подумать, что аккумулятор питает все электрические устройства в автомобиле, будь то дворники, фары или радио. На самом деле, автомобильный генератор вырабатывает большую часть электроэнергии вашего автомобиля — ваша батарея в основном используется только для запуска вашего автомобиля и обеспечения питания, когда двигатель не работает. [1] Генератор является важным компонентом системы зарядки автомобиля, поэтому полезно понимать, как он работает, если вам придется иметь дело с автомобилем, который не заводится.

Что такое генератор?

Генератор — это генератор, предназначенный для распределения электроэнергии по автомобилю и подзарядки аккумулятора. [1] За исключением некоторых гибридных моделей, все автомобили со стандартным двигателем внутреннего сгорания будут иметь генератор переменного тока. Генератор размером примерно с кокосовый орех, обычно устанавливается в передней части двигателя и имеет ремень, обтекающий его. [2]

Компоненты генератора

Компоненты генератора переменного тока предназначены для обеспечения транспортного средства нужного типа и нужной мощности.Система зарядки вашего автомобиля состоит из множества частей, но это основные компоненты и их функции:

Ротор и статор

Ротор и статор являются компонентами генератора переменного тока, производящими электричество. [3] [4] [5] Ротор, цилиндрическая деталь, окруженная магнитами, вращается внутри статора, который удерживает фиксированный набор проводящих медных проводов. Движение магнитов по проводке в конечном итоге создает электричество.

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения контролирует мощность, вырабатываемую генератором переменного тока.[2] Он контролирует уровень напряжения, которое выводится на аккумулятор, и подает питание на остальную часть автомобиля.

Диодный выпрямитель

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

Вентилятор охлаждения

Генераторы выделяют много тепла, и для эффективной работы их необходимо охлаждать. Хотя они имеют вентиляционные отверстия и алюминиевый корпус для лучшего отвода тепла, они также оснащены вращающимися вентиляторами для дополнительного охлаждения.[2] [4] Новые модели генераторов имеют внутренние вентиляторы охлаждения, тогда как более старые версии, как правило, имеют внешние лопасти вентилятора.

Как работает генератор

Для чего нужен генератор? Как мы знаем, генератор обеспечивает большую часть электроэнергии в вашем автомобиле и помогает заряжать аккумулятор. Но для этого генератор переменного тока должен сначала преобразовать механическую энергию в электричество.

Как генератор вырабатывает электричество

Процесс производства электроэнергии начинается с двигателя.В большинстве современных автомобилей генераторы приводятся в движение коленчатым валом двигателя через змеевик, хотя в старых автомобилях может быть отдельный шкив, идущий от коленчатого вала к генератору. Движение ремня — механическая энергия — раскручивает ротор генератора переменного тока на высокой скорости внутри статора. [2] [5]

Электричество вырабатывается при вращении ротора. Магниты, окружающие ротор, намеренно размещены так, чтобы при их прохождении по медной проводке в статоре создавалось магнитное поле. ⁵ Это магнитное поле, в свою очередь, создает напряжение, которое улавливается статором. Затем эта мощность достигает регулятора напряжения, который распределяет электричество по транспортному средству и регулирует величину напряжения, которое получает аккумулятор. [2]

Как генератор заряжает аккумулятор?

Прежде чем батарея сможет использовать энергию, поступающую от генератора, ее необходимо преобразовать в формат, который может использовать батарея. Это потому, что электричество может течь разными токами или направлениями.Автомобильные аккумуляторы работают на одностороннем постоянном токе (DC), в то время как генераторы выдают электричество переменного тока (AC), которое иногда течет в обратном направлении. [6] Таким образом, перед тем, как перейти к регулятору напряжения, питание, предназначенное для батареи, проходит через диодный выпрямитель и превращается в постоянный ток. [2] После преобразования аккумулятор может использовать энергию для подзарядки.

Как и любая запчасть автомобиля, ваш генератор со временем может выходить из строя и может нуждаться в замене. Узнайте, как заменить генератор и что делать, если ваш автомобиль сломался в дороге.

[1] itstillruns.com/functions-alternator-6148787.html

[2] auto.howstuffworks.com/alternator.htm

[3] galco.com/comp/prod/moto-ac.htm

[4] autoshop101.com/forms/alt_bwoh.pdf

[5] «Генераторы и аккумуляторы | Как они работают », Donut Media, youtube.com/watch?v=nuLl_Z9_T9E (30 мая 2018 г.).
[6] chicagotribune.com/autos/sc-alternator-autos-0128-20160127-story.html

Как работает генератор переменного тока | Техник.Академия

Автомобильные аккумуляторы не могут удовлетворить потребности электрической системы в течение длительного времени. Задача генератора — восстановить подачу электроэнергии к батарее. Генератор также необходим для подачи тока на электрические аксессуары при работающем двигателе.

Генераторы

используются в серийных автомобилях с 1960-х годов, когда они впервые появились на Plymouth Valiant. До этого использовались генераторы постоянного тока (DC).И генераторы постоянного тока, и генераторы переменного тока полагаются на явление, известное как электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция возникает, когда электричество создается путем перемещения проводника через магнитное поле. Это также может произойти, когда магнитное поле проходит через проводник. Чтобы создать электричество в генераторе постоянного тока, проводник вращается, и поле сохраняется. В генераторе переменного тока проводник удерживается неподвижным, а поле вращается.

Хотя они во многом похожи, генератор не мог производить достаточный ток для питания ряда электрических аксессуаров на современных транспортных средствах. Из-за этого от него отказались в пользу генератора.

Ротор, статор и диоды

С появлением полупроводников появилось множество устройств, от домашнего компьютера до транзисторных радиоприемников. Генератор переменного тока — одно из таких устройств, в котором используется полупроводник, называемый диодом.Диод пропускает ток только в одном направлении, а не в другом. Это преобразует напряжение переменного тока (AC) в напряжение постоянного тока (DC), которое может использовать автомобиль.

Генератор предназначен для преобразования механической энергии в электрическую. Приводится ремнем от коленчатого вала двигателя. Ремень вращает шкив, прикрепленный к валу ротора. Ротор представляет собой сердечник из магнитного железа, обернутый катушкой из проволоки. Два конца катушки прикрепляются к медным контактным кольцам, которые затем прикрепляются к щеткам.Одна из щеток заземлена, а другая — к полевому выводу в регуляторе напряжения. Вращающийся ремень вращает ротор, расположенный внутри статора. Поскольку ротор представляет собой магнит, а статор — проводник, вращение ротора создает электричество в обмотках статора. Это индукция в действии.

Внутри статора есть три катушки с проволокой, каждая из которых генерирует собственное переменное напряжение. Это напряжение необходимо преобразовать в постоянный ток, прежде чем его можно будет использовать для зарядки аккумулятора и питания электрических аксессуаров.Это работа диодов внутри выпрямительного моста. Как уже упоминалось, диоды — это твердотельные полупроводники, позволяющие току проходить только в одном направлении. Диод блокирует выход отрицательного напряжения с каждой обмотки статора, поэтому на автомобиль поступает только положительное напряжение. Чтобы визуализировать это, представьте себе переменное напряжение, которое представляет собой синусоидальную волну. После прохождения напряжения через выпрямленный мост синусоида разрезается пополам по его горизонтальной оси.

Регуляторы напряжения Для генераторов переменного тока

требуется регулятор напряжения для управления выработкой электроэнергии.Для выполнения этой задачи регулятор включает и выключает цепь управления ротором, уменьшая его магнитное поле. В результате напряжение, поступающее на статор, уменьшается, как и общая выходная мощность генератора. Старые генераторы переменного тока использовали внешний регулятор или регулятор, который находится внутри генератора. Они могут иметь механическое или электронное управление.

В современных автомобилях регулирование напряжения осуществляется модулем управления трансмиссией (PCM). В отдельном регуляторе нет необходимости.В большинстве случаев PCM контролирует напряжение аккумулятора, частоту вращения двигателя и температуру аккумулятора. Затем он подает импульсы на обмотку возбуждения генератора для управления выходом.

Индикаторы заряда

Манометры и сигнальные лампы используются для предупреждения водителя о проблеме с системой зарядки. В старых автомобилях для этой цели используются амперметры, в то время как в современных автомобилях используются вольтметры или сигнальные лампы. Вольтметры подключаются параллельно к системе зарядки и используются для измерения напряжения системы зарядки.Вольтметр имеет катушку с проволокой, расположенную между двумя магнитами. По мере увеличения тока от зарядной системы катушка с проводом перемещается, заставляя указатель перемещаться по датчику.

Вольтметры

известны своей неточностью, поэтому большинство производителей перешли на сигнальные лампы. В большинстве случаев индикаторы зарядки получают питание от замка зажигания. Они заземлены через регулятор напряжения. Когда зажигание включено и двигатель не работает, индикатор замкнул цепь и горит.При запуске двигателя напряжение увеличивается. Это приводит к тому, что индикатор теряет позиции и в конечном итоге гаснет. Если есть проблема с системой зарядки, индикатор продолжит получать массу от регулятора. Это будет держать его освещенным.

Генератор очень важен. Без него ваш автомобиль не будет работать долго (или, что еще хуже, не будет работать радио). Надеюсь, теперь у вас есть общее представление о том, как работает генератор.

Автомобильный генератор переменного тока — Инженерное мышление

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

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство по YouTube.

Что такое генератор?

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

Генератор

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

Объяснение к генератору переменного тока

Генератор вырабатывает электричество переменного или переменного тока, поэтому его называют генератором переменного тока. С электричеством переменного тока ток электронов постоянно течет вперед и назад. Это тот же тип электричества, который вы найдете в розетках в ваших домах, но напряжение в ваших домах намного выше.

Однако все электрические компоненты в автомобиле используют другой тип электричества, известный как постоянный или постоянный ток. В этом типе электричества электроны текут только в одном направлении, это то же самое, что и электричество, которое вы получаете от батареи.

Выпрямитель

Генератор преобразует переменный ток в постоянный через выпрямитель. Выходное напряжение генератора переменного тока изменяется в зависимости от скорости автомобиля, поэтому генератор также использует регулятор, чтобы ограничить его и поддерживать почти постоянную мощность.

Почему используется генератор?

Каждому современному транспортному средству для работы требуется электричество, оно используется для питания таких устройств, как освещение, музыкальная система, электрические стеклоподъемники, дворники и т. Д.

Электрические компоненты используют DC

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

В моторном отсеке также находится автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор на 12 В. В нем накапливается энергия в виде химической энергии, а не электричество.

Автомобильный аккумулятор

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

При выключенном двигателе аккумулятор питает электрические компоненты автомобиля. Однако это разрядит аккумулятор.

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

Запуск двигателя

После запуска двигателя генератор переменного тока используется для подзарядки аккумулятора, чтобы в нем было достаточно энергии для повторного запуска двигателя в будущем. Генератор также будет питать электрические устройства автомобиля при работающем двигателе.

Двигатель работает

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

Двигатель выключен

Основные детали

Давайте посмотрим на основные части генератора. В передней части агрегата находим шкив. Это колесо с прорезанными в нем канавками, которые помогают удерживать ремень, который обеспечивает вращающую силу от двигателя.

Шкив

Шкив колеса прикреплен к валу, который проходит по всей длине генератора.

Внутренние компоненты находятся внутри основного корпуса. Корпус состоит из 2-х частей, передней и задней планки.В корпусе есть прорези, позволяющие воздуху проходить и отводить образующееся нежелательное тепло.

Кожух

На задней панели устройства находятся электрические соединения. Существует много различных конструкций, но это пример простой трехпроводной схемы с внутренним регулятором и выпрямителем, который имеет следующие клеммы:

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

Клеммы

Для замыкания цепи электричество возвращается через раму автомобиля к отрицательной клемме аккумулятора или от него.

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

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

Статор

Он состоит из нескольких ламинированных листов, которые имеют рисунок прорезей по внутреннему краю.

Ламинированный лист

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

Конфигурация «звезда»

Каждый комплект катушек вырабатывает одну фазу переменного тока, всего 3 фазы.Другой конец каждой катушки проходит через корпус и присоединяется к выпрямителю.

Генератор вырабатывает переменный ток переменного тока, но аккумулятор и электрические устройства автомобиля нуждаются в постоянном токе. Итак, выпрямитель будет преобразовывать переменный ток в постоянный ток.

В центре генератора мы находим еще одну катушку с проволокой, которая намотана на железный сердечник и соединена с валом. Вал также удерживает два контактных кольца. Контактные кольца подсоединены к противоположным концам катушки.В задней части корпуса мы находим щетки. Это несколько подпружиненных угольных блоков, которые выдвигаются наружу и трутся о контактные кольца, образуя электрическое соединение. Автомобильный аккумулятор сначала подает электричество на катушку через щетки. Когда электричество проходит через катушку, оно генерирует электромагнитное поле.

Центр генератора

Чтобы усилить это электромагнитное поле, на обоих концах катушки размещены два железных зажима, которые сцепляются друг с другом. Один конец станет северным полюсом, другой — южным.

Электромагнитное поле

Как электромагнит прикреплен к валу ротора. Когда двигатель вращает вал, он также вращает электромагнит мимо катушек статора. Это заставит катушки статора генерировать ток, и, таким образом, будет вырабатываться электричество.

Когда генератор вырабатывает электричество, он может питать электромагнит сам через трио диодов, которые преобразуют электричество трехфазного переменного тока в постоянный ток.

Напряжение и ток, производимые генератором переменного тока, будут изменяться в зависимости от скорости транспортного средства, чем быстрее движется транспортное средство, тем быстрее вращается коленчатый вал и, следовательно, тем быстрее вращается генератор переменного тока, что увеличивает напряжение и ток.Для управления этим используется другой компонент, называемый регулятором, который установлен на задней части устройства.

Это интегральная печатная плата, которая контролирует выходную мощность генератора и изменяет ток, протекающий через электромагнит, для управления его силой. Сила электромагнита может использоваться для изменения выходной мощности генератора.

Регулятор

Как вырабатывается электричество в генераторе переменного тока

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

Нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении, и мы делаем это, прикладывая разность напряжений к двум концам провода. Это заставляет электроны течь. Если перевернуть батарею, электроны текут в противоположном направлении.

Когда электричество проходит через провод, вокруг него создается электромагнитное поле. Если мы поместим какой-нибудь компас вокруг провода и пропустим через него ток, компасы выровняются по магнитному полю. Если мы изменим направление тока на противоположное, магнитное поле изменится на противоположное, и компасы изменят направление.

Если провод свернуть в катушку, магнитное поле становится сильнее. Каждое поперечное сечение провода по-прежнему создает электромагнитное поле, но вместе они образуют большее и более сильное магнитное поле.Электромагнит генерирует северный и южный полюсы, как постоянный магнит, и мы можем убедиться в этом, снова используя компасы. Если мы увеличим ток в катушке, электромагнитное поле возрастет.

Мы можем сделать и наоборот. Если мы пропускаем магнит через катушку с проволокой, в катушке генерируется ток. Циферблат на амперметре показывает ток, текущий в прямом направлении, поэтому он генерирует постоянный или постоянный ток. Когда магнит перестает двигаться, циферблат возвращается на ноль.Когда магнит перемещается в противоположном направлении, ток течет в противоположном направлении, и циферблат показывает обратный ток.

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

Если мы перемещаем магнит быстрее, генерируется более сильный ток.

Если использовать более сильный магнит, то ток тоже возрастет.

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

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

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

Железные опилки над магнитом

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

Sine Wave

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

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

Вторая фаза

У нас все еще есть пустое место, поэтому мы можем добавить еще один набор катушек под углом 120 градусов от предыдущей, чтобы создать третью фазу.

Если мы использовали только одну фазу, то для каждого вращения магнита половина времени течет ток вперед, а половина времени — назад. Но с тремя фазами у нас всегда есть фаза, которая течет вперед, и всегда есть одна, которая течет назад.Это означает, что мы можем использовать это для увеличения мощности.

Трехфазный

Вместо 3 отдельных катушек и 6 проводов, поскольку фазы всегда переключаются между прямым и обратным направлениями, мы можем соединить концы катушек вместе. Тогда ток будет свободно течь между каждой катушкой при изменении направления.

Сейчас мы производим электричество трехфазным переменным током. Но все наши электрические цепи и компоненты в автомобиле используют постоянный или постоянный ток. Итак, нам нужно преобразовать переменный ток в постоянный, и для этого мы используем полный мостовой выпрямитель.

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

Полный мостовой выпрямитель

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

Кстати, мы подробно рассмотрели диоды, конденсаторы и преобразователи мощности ранее. Проверьте их здесь- ДИОДЫ, КОНДЕНСАТОРЫ, ИНВЕРТОРЫ ПИТАНИЯ.

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

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

Вот почему в генераторе используется электромагнит, чтобы он мог управлять мощностью. Автомобильный аккумулятор питает электромагнит. Хотя большинство современных генераторов переменного тока будут использовать трио диодов, которые преобразуют переменный ток генератора переменного тока в постоянный ток и питают электромагнит через регулятор напряжения, когда генератор вырабатывает электричество.

На блоке питания электромагнита, внутри регулятора, мы находим компонент, известный как транзистор.К регулятору также подключен датчик напряжения.

Транзистор

Транзистор — это тип электронного переключателя, который можно включать и выключать тысячи раз в секунду с помощью контроллера. Это можно использовать для управления величиной протекающего тока.

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

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

Но теперь, когда вы все заряжены, зайдите на сайт squarespace.com , чтобы создать свое собственное присутствие в Интернете, наполненное функциями, позволяющими людям запускать, публиковать и продвигать свои собственные проекты.

Существуют мощные инструменты для ведения блога, позволяющие демонстрировать фотографии, видео и новости о ваших проектах.

Вы можете легко запланировать встречи на занятиях и занятия с членами команды и клиентами с помощью встроенного инструмента. И вы даже можете собирать платежи или пожертвования, чтобы поддержать свое дело.

Перейдите на сайт squarespace.com, чтобы получить бесплатную пробную версию, а когда вы будете готовы к запуску, перейдите на страницу squarespace.com/engineeringmindset , чтобы сэкономить 10% на первой покупке веб-сайта или домена.

---

---

Как работает генератор в автомобиле

Генератор в вашем автомобиле — это своего рода мини-электрический генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую с помощью процесса, известного как переменный ток. Без генератора в двигателе вашего автомобиля не было бы искры, фары не горели бы, а обогреватель не обеспечил бы вам комфорт зимой. Процесс звучит сложно, но принцип работы генератора на самом деле довольно прост.

Батарея и генератор переменного тока

Хотя многие люди предполагают, что автомобильный аккумулятор питает все эти вещи, правда в том, что аккумулятор выполняет только одно действие, кроме того, что электроника остается включенной при выключенном двигателе: она запускает двигатель. И только на ограниченное время. Как только двигатель запускается, генератор берет на себя ответственность и выдает сок.

Автомобильные двигатели работают на воздухе, топливе и искре. В то время как аккумулятор обеспечивает электричество, необходимое для этой первоначальной искры, его мощности хватает только на то, чтобы проехать несколько миль по дороге, и именно здесь вступает в силу генератор переменного тока — он постоянно заряжает аккумулятор автомобиля, пока автомобиль находится в движении, а также одновременно работают все электронные компоненты автомобиля.Это означает, что, хотя напряжение большинства автомобильных аккумуляторов составляет 12 вольт, генератор обычно выдает от 13 с половиной до 15 вольт электроэнергии.

Как генераторы вырабатывают электричество

Генератор состоит из регулятора напряжения и трех основных компонентов: статора, ротора и диода. Когда аккумулятор первоначально приводит автомобиль в действие, ремень генератора или клиновой ремень вращает шкив на генераторе, в результате чего ротор внутри генератора вращается очень быстро.Этот ротор, который в основном представляет собой магнит или группу магнитов, расположен внутри гнезда из медных проводов, которые называются статором.

Процесс, при котором электричество генерируется за счет вращения магнитов с невероятно высокой скоростью по набору медных проводов, называется электромагнетизмом. Электричество, полученное таким образом, проходит по медным проводам к диоду, который меняет электричество с переменного на постоянный, ток, который использует автомобильный аккумулятор.

Следующий шаг происходит в регуляторе напряжения — встроенном компоненте современных генераторов переменного тока — который, по сути, является привратником, который перекрывает поток энергии к батарее, если напряжение поднимается выше определенного уровня, обычно 14 с половиной вольт, что предохраняет аккумулятор от перезарядки и сгорания.Когда автомобильный аккумулятор разряжен, ток может течь обратно в него от генератора, и цикл продолжается и продолжается.

Признаки неисправности генератора

Когда автомобильный генератор выходит из строя, водители заметят снижение мощности для использования электричества, что часто приводит к таким вещам, как тусклый свет фар. Но эти подсказки не продержатся долго, потому что у частично заряженной батареи обычно достаточно энергии для работы таких вещей, как фары и электрические стеклоподъемники, но она не сработает при следующей попытке завести автомобиль.

Также обычно есть индикатор на приборной панели, также известный как индикатор батареи, потому что он часто имеет форму маленькой батареи, который будет предупреждать водителей о генераторе, который не обеспечивает достаточного заряда для поддержания системы. Обеспокоенные автовладельцы также могут проверить систему зарядки или отвезти машину к механику, если у них возникнут какие-либо проблемы с электричеством.

Генератор, принцип работы, симптомы, тестирование, проблемы, замена

Обновлено: 20 марта 2016 г.

Генератор переменного тока — это генератор электроэнергии в автомобиле, который является основным компонентом системы зарядки автомобиля.Все автомобили с двигателем внутреннего сгорания, кроме некоторых гибридов, имеют генератор переменного тока. Когда двигатель работает, генератор заряжает аккумулятор и подает дополнительную электроэнергию в электрические системы автомобиля.

Генератор привинчен к двигателю и приводится в движение змеевиком (приводным ремнем).

Генератор не требует обслуживания. В некоторых автомобилях он может прослужить до 10-15 лет без ремонта. Если генератор выходит из строя, автомобиль может еще некоторое время работать от аккумулятора.Однако двигатель заглохнет, как только разрядится аккумулятор. Замена генератора на новый OEM-компонент стоит дорого, но есть альтернативы. Подробнее читайте ниже.

Признаки неисправности генератора

Наиболее частым признаком проблемы с системой зарядки вашего автомобиля является сигнальная лампа в виде аккумулятора (на фото) или значок «ЗАРЯДКА», который загорается во время движения. Обычно эта сигнальная лампа должна загораться при включении зажигания, но гаснет при запуске двигателя.Если он остается включенным, проблема в вашей системе зарядки.

Сигнальная лампа в виде батареи указывает на проблему с системой зарядки

Сигнальная лампа системы зарядки не указывает напрямую на неисправный генератор, хотя проблемы с генератором очень распространены. Вашему механику потребуется провести дополнительное тестирование, чтобы определить неисправную деталь.

Еще одним признаком слабой системы зарядки является то, что приборная панель и фары тускнеют на холостом ходу, но становятся ярче при увеличении оборотов двигателя.Эта проблема может быть вызвана не только слабым генератором, но и неисправной батареей, плохим контактом на клеммах батареи или ослабленным змеевидным ремнем. Пение / жужжание, исходящее от генератора переменного тока, является еще одним признаком неисправности генератора. В некоторых автомобилях это может быть вызвано шумом в подшипнике генератора. В некоторых автомобилях Jeep / Chrysler неисправный шкив развязки генератора может вызывать такой же шум.

Реклама — Продолжить чтение ниже

Как тестируется генератор

Компьютеризированный тестер аккумуляторной батареи и системы зарядки

Ваш механик может проверить состояние вашей системы зарядки с помощью тестера аккумулятора и системы зарядки (на фото).Тест аккумулятора и системы зарядки (тест AVR) может стоить от 30 до 50 долларов. Тест может показать, слабая ли система зарядки или совсем не работает. Он также может определить, вышел ли из строя один из диодов внутри генератора.

Если система зарядки не прошла проверку, вашему механику потребуется провести дополнительную диагностику, чтобы выяснить, не является ли причиной проблемы генератор переменного тока или что-то еще. Другие проблемы системы зарядки включают ослабление приводного ремня, неисправную проводку или перегоревший предохранитель, неисправный переключатель зажигания и т. Д.Читайте также: Как проверить предохранитель в автомобиле.

Проверка выходного напряжения генератора с помощью мультиметра

Если тестер системы зарядки недоступен, ваш механик может провести простую проверку напряжения. Тест включает проверку напряжения аккумуляторной батареи при выключенном двигателе и при работающем двигателе. Напряжение аккумуляторной батареи должно увеличиваться после запуска двигателя, поскольку генератор выдает дополнительную мощность (см. Фото).Если напряжение аккумуляторной батареи не увеличивается после запуска двигателя, проблема в системе зарядки.

Замена генератора и восстановление

Генератор новый

Замена генератора с запасной частью стоит от 350 до 520 долларов. Генераторы OEM от дилера дороже. Другой альтернативой является ремонт вашего генератора. Это работает так, что ваш механик может снять генератор и отправить его в ближайшую мастерскую по ремонту генератора / стартера.

После ремонта генератора ваш механик установит его обратно. Это может занять больше времени, но обычно это дешевле, поскольку вы оплачиваете только стоимость удаления и установки (70–120 долларов США) плюс стоимость восстановления (80–150 долларов США). Восстановить генератор в домашних условиях сложно и занимает много времени, но не невозможно. Комплекты для восстановления генератора доступны в Интернете по цене от 15 до 50 долларов.

При каждой замене генератора рекомендуется также заменить змеевик. Это не очень дорого, и, заменив его вместе с генератором, вы можете сэкономить на рабочей силе, так как змеевиковый ремень необходимо снять для замены генератора.Подробнее про змеиный пояс.

Как продлить срок службы генератора

Часто генератор выходит из строя преждевременно, когда защитный кожух двигателя или щиток повреждены или отсутствуют. Это происходит потому, что брызги воды с дороги попадают внутрь генератора и вызывают его более быстрый износ. Если нижний щиток двигателя поврежден, замените его, чтобы моторный отсек оставался чистым и сухим. Утечка охлаждающей жидкости или масла также может повредить генератор.Точно так же, если вам нужно мыть шампунь моторный отсек, генератор необходимо защитить от воды и моющих средств.

Как работает генератор, общие проблемы

Генератор в разрезе. Изображение предоставлено Robert Bosch GmbH Типичный автомобильный генератор переменного тока имеет две обмотки: статор (неподвижная внешняя обмотка) и ротор (вращающаяся внутренняя обмотка). Напряжение, подаваемое через регулятор напряжения на обмотку ротора, возбуждает ротор и превращает его в магнит.Ротор приводится в движение двигателем через приводной ремень. Магнитное поле, создаваемое вращающимся ротором, индуцирует электрический ток переменного тока в неподвижной обмотке статора. Диоды используются для преобразования переменного тока в постоянный, используемый в электрической системе транспортного средства. Выходное напряжение регулируется регулятором напряжения (фото внизу). Обычно в генератор встроен регулятор напряжения.

Регулятор напряжения.Изображение предоставлено Robert Bosch GmbH Наиболее частые проблемы генератора включают изношенные угольные щетки (две «ножки» на этой фотографии), изношенные контактные кольца (два медных цилиндра в задней части ротора на изображении в разрезе) и неисправный регулятор напряжения. Плохие внешний и внутренний подшипники генератора (большие и маленькие серебряные цилиндры на изображении выше в разрезе) могут издавать воющий шум. Когда генератор перестраивается, подшипники, регулятор напряжения, щетки и некоторые другие детали обычно заменяются новыми.

Как работает генератор переменного тока?

Для многих автолюбителей термин «генератор переменного тока» будет просто обозначать электромеханическое устройство, которое заряжает аккумулятор SLI их автомобиля. Он приводится в движение двигателем через приводной ремень, соединенный с валом генератора. Для большинства механиков транспортных средств определение будет таким же, только они могли бы дополнительно объяснить, что генератор переменного тока заставляет работать вращающиеся магнитные поля и неподвижные катушки проводов.Всегда полезно попросить совета у механика, но, поскольку они могут быть не всегда рядом, вам также будет полезно изучить основы генератора переменного тока.

Внутри генератора

Говоря простым языком, генератор — это то, что производит электричество, которое заряжает аккумулятор вашего автомобиля, в частности аккумулятор SLI. Это электричество известно как переменный ток (AC). Внутри генератора переменного тока находятся вращающиеся магниты, известные как ротор , и проводник, намотанный катушками на железном сердечнике, называемый статором .Каждый раз, когда статор совершает один полный оборот, в статоре индуцируется электродвижущая сила (ЭДС) в виде тока, создавая, таким образом, напряжение переменного тока. Другими частями генератора переменного тока являются контактные кольца, щетки, катушки возбуждения и постоянный магнит.

Источник изображения: Веб-сайт How a Car Works

Генератор в работе

Напряжение постоянного тока (или выпрямленное напряжение переменного тока) — это то, что заряжает аккумулятор вашего автомобиля. Всякий раз, когда аккумулятор разряжается для запуска, освещения и зажигания вашего автомобиля (также известный как SLI system ), его необходимо подзарядить.Все это делает генератор. Он преобразует механическую энергию двигателя в электрическую, которая непрерывно заряжает аккумулятор в течение почти бесконечного числа циклов. Это то, что только износ генератора и других частей, связанных с ним, может остановить эти циклы.

Статьи по теме:

Что такое батарея SLI?

Как работает магнит

Напряжение в батарее: нам нужно, чтобы оно было постоянным

Понимание того, как работает ваш автомобильный двигатель

.