Принцип работы генератора постоянного тока автомобиля: переменный или постоянный, и видео о том, как работает устройство — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

Устройство автомобиля

Публикация:

Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Читать далее:

Устройство генераторов автомобилей

Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

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

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

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 1. Принципиальные схемы генераторов:
а — постоянного тока; 6 — переменного тока: I. 2. Ч концы обмотки статора; 4 — ро тор;.

5 – статор

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

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

Генератор переменного тока отличается от генератора постоянного тока тем, что вращающийся многополюсный магнит (ротор) своими магнитными силовыми линиями пересекает неподвижные витки обмотки статора, в которых индуктируется переменная ЭДС. У трехфазных автомобильных генераторов обмотку статора составляют три ветви, концы которых соединяют в одну общую точку. Такую схему соединения называют звездой, а общую точку — нулевой.

Другие концы ветвей присоединяют к выпрямительному блоку, от которого выпрямленный ток поступает в сеть для питания потребителей. В автомобильных генераторах вместо постоянного магнита ротора применяют электромагнит, что усложняет конструкцию генератора, но облегчает регулирование напряжения при изменении частоты вращения ротора.

Рекламные предложения:

Читать далее: Устройство генераторов автомобилей

Категория: — Устройство автомобиля

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Автомобильные генераторы.

Генераторная установка, или, как ее обычно называют – генератор, является основным источником электрического тока на автомобиле. Следует отметить, что генераторная установка включает не только генератор, как таковой, но и его привод, а также устройства для регулирования и преобразования вырабатываемого напряжения.

Генераторами называют электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. В принципе генераторами электрической энергии являются машины, преобразующие любой вид энергии – тепловую, ядерную, химическую, световую и т. д. в электрическую. Но традиционно сложилось так, что генераторами обычно называют машины, преобразующие механическую энергию движения в электроэнергию.
Чаще всего для такого преобразования в генераторах используют механическую энергию вращения одного из элементов конструкции, называемого якорем или ротором.
Принципиально возможно преобразование механической энергии поступательного движения какого-либо тела в электрическую энергию, но такой тип генераторов на практике не используется из-за сложности конструкции и малой эффективности.

Автомобильный генератор получает механическую энергию от коленчатого вала двигателя, с которым связан приводом, чаще всего — клиноременным или плоскоременным. Полученная в результате работы генератора электрическая энергия используется для питания электропотребителей автомобиля — системы зажигания, освещения и сигнализации, электрических приводов и контрольно измерительных приборов, компьютерных устройств и т. п., а также для зарядки аккумуляторной батареи.
Поскольку количество и суммарная мощность потребителей электроэнергии в современных автомобилях прогрессивно растет, используемые для получения электрической энергии генераторы обладают высокой мощностью, которая может достигать 1 кВт и даже более. Эту мощность генератор «отнимает» у двигателя, снижая его динамические и экономические показатели. Тем не менее, с такими потерями приходится мириться, поскольку современный автомобиль, даже дизельный, без электрической энергии далеко не уедет.

На автомобилях могут применяться генераторы постоянного или переменного тока.

***

История изобретения генератора

Работа генератора, преобразующего механическую энергию в электроэнергию, основана на явлении магнитоэлектрической индукции, которое обычно (и не совсем правильно) называют явлением электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Практически это может быть достигнуто, например, перемещением металлической рамки в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом.
Явление было открыто и описано английским физиком Майклом Фарадеем (Michael Faraday, 1791–1867) в 1831 году.

Изучением природы электрических явлений при воздействии на проводник постоянным магнитом занимались многие ученые, однако Фарадей первым опубликовал свои опыты и сделал надлежащие выводы.

Анализируя результаты опытов по изучению электромагнитной индукции Фарадей обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.
Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Возникновение ЭДС объясняется действием сил магнитного поля на находящиеся в проводниках свободные электроны, которые начинают направленно перемещаться, скапливаясь на одном из концов проводника.

В итоге этого движения электронов на одном конце проводника возникнет отрицательный электрический заряд, а на другом конце — положительный.

Разность потенциалов на концах проводника численно равна индуцированной в проводнике ЭДС. Индуцирование ЭДС в проводнике происходит независимо от того, включен ли он в какую-либо электрическую цепь либо нет. Если присоединить концы этого проводника к какому-либо приемнику электрической энергии, то под воздействием разности потенциалов по замкнутой цепи потечет электрический ток.

Считается, что первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижским изобретателем Ипполитом Пикси (Hippolyte Pixii, 1808–1835). Этот генератор годился лишь для демонстрационных целей, а не для практического использования, поскольку приходилось вручную вращать тяжёлый постоянный магнит, благодаря чему в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.

В дальнейшем генератор Пикси был усовершенствован, и стал применяться в различных областях машиностроения.

***

Генераторы постоянного тока

До 60-х годов основным источником энергии автомобилей являлись генераторы постоянного тока, в которых, как и следует из названия, механическая энергия преобразуется в электрическую энергию постоянного тока.

Генератор постоянного тока состоит из статора — неподвижного корпуса с размещенными в нем электромагнитными элементами, вращающегося якоря с обмотками, и коллектора со щеточным узлом.
Якорь снабжен несколькими обмотками из токопроводящих катушек, которые при вращении якоря пересекают магнитное поле неподвижного статора, в результате чего в обмотках индуцируется электродвижущая сила — ЭДС.
Величина ЭДС в обмотках при вращении якоря постоянно изменяется по величине и по направлению в зависимости от положения катушек относительно магнитного поля статора.

Посредством коллекторного узла индуцируемая в обмотках статора ЭДС снимается в электрическую цепь для дальнейшей обработки и приведения к требуемым параметрам.

Принцип работы генератора постоянного тока основан на том, что если в постоянном магнитном поле вращать токопроводящую рамку с разомкнутыми концами, в ней индуцируется ЭДС, а на ее концах рамки появляется разность потенциалов.

Упрощенная схема генератора постоянного тока приведена на рис. 1.
В магнитном поле постоянного магнита вращается стальной цилиндрический сердечник, в продольных пазах которого размещен диаметральный виток abcd. Начало d и конец a этого витка присоединены к двум взаимно изолированным медным полукольцам, образующим коллектор, который вращается вместе со стальным сердечником.

По коллектору скользят неподвижные контактные щетки А и В, от которых отходят провода к потребителю энергии R. Стальной сердечник с витком (обмоткой) и коллектором образует вращающуюся часть генератора постоянного тока – якорь.

Если с помощью какой-либо внешней силы вращать якорь, то стороны витка будут пересекать магнитное поле, и в обмотках якоря будет возникать ЭДС, величина которой определяется по формуле:

e = 2Blv,

где B – индукция; l – длина стороны витка; v – скорость перемещения пазовых сторон витка.

Так как длина и скорость перемещения пазовых сторон обмотки якоря неизменны, то ЭДС обмотки якоря прямо пропорциональна B, а форма графика ЭДС определяется законом распределения магнитной индукции B, размещенной в воздушном зазоре между поверхностью якоря и полюсом самого магнита. Так, например, магнитная индукция в точках зазора, лежащих на оси полюсов, имеет максимальные значения (рис. 2, а): под северным полюсом (N) – положительное значение и под южным полюсом (S) – отрицательное. В точках n и n’, лежащих на линии, проходящей через середину межполюсного пространства, магнитная индукция равна нулю.

Допустим, что магнитная индукция в воздушном зазоре рассматриваемой схемы распределяется синусоидально:

B = B_max×sinα.

Тогда ЭДС витка при вращении якоря будет также изменяться по синусоидальному закону. Угол α определяет изменение положения якоря относительно исходного положения.

На рис. 2, а показан ряд положений витка abcd (обмотки) в различные моменты времени за один оборот якоря.
При α = 360˚ ЭДС якоря равна нулю, а при α = 270˚ — имеет максимальное значение, причем отрицательное.
Таким образом, в обмотке якоря генератора постоянного тока наводится переменная ЭДС, и, следовательно, при подключении нагрузки в обмотке будет действовать переменный ток (рис. 2, б – линия 1).

За время второго полуоборота якоря, когда ЭДС и ток в обмотке якоря отрицательны, ЭДС и ток во внешней цепи генератора (в нагрузке) не меняют своего направления, т. е. остаются положительными, как и в течение первой половины оборота якоря.

Действительно, при α = 90˚ щетка А соприкасается с коллекторной пластиной проводника d, расположенного под полюсом N, и имеет положительный потенциал, а щетка В – отрицательный, так как она соприкасается с пластиной коллектора, соединенной со стороной a витка, находящейся под полюсом S.

При α = 270˚, когда стороны a и d поменялись местами, щетки А и В сохраняют неизменной свою полярность, так как полукольца коллектора также поменялись местами и щетка А по-прежнему имеет контакт с коллекторной пластиной, связанной со стороной, находящейся под полюсом N, а щетка В – с коллекторной пластиной, связанно со стороной, находящейся под полюсом S.
В результате ток во внешней цепи не изменяет своего направления (рис. 2, б – линия 2), т. е. переменный ток обмотки якоря с помощью коллектора и щеток преобразуется в постоянный ток.
Ток во внешней цепи постоянен лишь по направлению, а его величина изменяется, т. е. он пульсирует, как показано на графике рис. 2, б.

Пульсация тока и ЭДС значительно ослабляются, если обмотку якоря выполнить из большого числа равномерно расположенных и распределенных по поверхности сердечника витков и увеличить соответственно число коллекторных пластин.
Например, в двух витках на сердечнике якоря (четырех пазовых сторонах), оси которых смещены относительно друг друга на угол 90˚, и четырех пластинах в коллекторе (рис. 3, а).
В этом случае ток во внешней цепи генератора пульсирует с удвоенной частотой, но глубина пульсации значительно меньше (рис. 3, б). Если витков в обмотке якоря от 12 до 16, то ток на выходе из генератора практически постоянен.

На рис. 4 приведена конструкция генератора постоянного тока.

***

Генераторы переменного тока

Главная страница

Страничка абитуриента

Дистанционное образование

Группа ТО-81
Группа М-81
Группа ТО-71

Специальности

Ветеринария
Механизация сельского хозяйства
Коммерция
Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

Инженерная графика
МДК. 01.01. «Устройство автомобилей»
Карта раздела
Общее устройство автомобиля
Автомобильный двигатель
Трансмиссия автомобиля
Рулевое управление
Тормозная система
Подвеска
Колеса
Кузов
Электрооборудование автомобиля
Основы теории автомобиля
Основы технической диагностики
Основы гидравлики и теплотехники
Метрология и стандартизация
Сельскохозяйственные машины
Основы агрономии
Перевозка опасных грузов
Материаловедение
Менеджмент
Техническая механика
Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

«Инженерная графика»
«Техническая механика»
«Двигатель и его системы»
«Шасси автомобиля»
«Электрооборудование автомобиля»

Базовая конструкция и работа генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока представляет собой электрическую машину, преобразующую механическую энергию в электричество постоянного тока . Это преобразование энергии основано на принципе создания динамически индуцированной ЭДС. В этой статье описывается базовая конструкция и работа генератора постоянного тока .

Конструкция машины постоянного тока:

Примечание: Теоретически генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя постоянного тока без каких-либо конструктивных изменений, и наоборот. Следовательно, генератор постоянного тока или двигатель постоянного тока можно в широком смысле назвать Машина постоянного тока . Эти основные детали конструкции также действительны как для генератора постоянного тока , так и для двигателя постоянного тока . Следовательно, давайте назовем этот пункт построением машины постоянного тока , а не просто «конструированием генератора постоянного тока».

На приведенном выше рисунке показаны детали конструкции простой 4-полюсной машины постоянного тока . Машина постоянного тока состоит из двух основных частей; статор и ротор. Основные конструктивные части машины постоянного тока описаны ниже.

Хомут: Внешняя рама машины постоянного тока называется ярмом. Изготавливается из чугуна или стали. Он не только обеспечивает механическую прочность всей сборки, но и пропускает магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
Стойки и башмаки: Стойки присоединяются к хомуту с помощью болтов или сварки. Они несут обмотку возбуждения и к ним крепятся полюсные башмаки. Обувь с шестом служит двум целям; (i) они поддерживают катушки возбуждения и (ii) равномерно распределяют поток в воздушном зазоре.
Обмотка возбуждения: Обычно изготавливаются из меди. Катушки возбуждения предварительно намотаны и размещены на каждом полюсе и соединены последовательно. Они намотаны таким образом, что при подаче напряжения они образуют чередующиеся северный и южный полюса.

Сердечник якоря (ротора)

Сердечник якоря: Сердечник якоря — это ротор машины постоянного тока. Он имеет цилиндрическую форму с прорезями для обмотки якоря. Якорь состоит из тонких многослойных круглых стальных дисков для уменьшения потерь на вихревые токи. Он может быть снабжен воздуховодами для осевого потока воздуха в целях охлаждения. Якорь приварен (закреплен) к валу.
Обмотка якоря: Обычно это бывшая намотанная медная катушка, которая располагается в пазах якоря. Проводники якоря изолированы друг от друга, а также от сердечника якоря. Обмотка якоря может быть намотана одним из двух способов; обмотка внахлест или волновая обмотка. Обычно используются двухслойные обмотки внахлестку или волновые обмотки. Двухслойная обмотка означает, что в каждый слот якоря помещаются две разные катушки.
Коллектор и щетки: Физическое соединение с обмоткой якоря осуществляется через коллекторно-щеточное устройство. Функция коммутатора в генераторе постоянного тока состоит в том, чтобы собирать ток, генерируемый в проводниках якоря. Принимая во внимание, что в случае двигателя постоянного тока коммутатор помогает подавать ток на проводники якоря. Коммутатор состоит из набора медных сегментов, изолированных друг от друга. Количество сегментов равно количеству витков якоря. Каждый сегмент соединен с катушкой якоря, а коммутатор закреплен шпонкой (или закреплен) на валу. Щетки обычно изготавливаются из углерода или графита. Они опираются на сегменты коммутатора и скользят по сегментам, когда коммутатор вращается, сохраняя физический контакт для сбора или подачи тока.

Коллектор

Принцип работы генератора постоянного тока:

В соответствии с законами электромагнитной индукции Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле (ИЛИ проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС (электродвижущая сила). . Величину ЭДС индукции можно рассчитать из уравнения ЭДС генератора постоянного тока. Если проводник имеет замкнутый путь, индуцированный ток будет циркулировать внутри пути. В генераторе постоянного тока катушки возбуждения создают электромагнитное поле, а проводники якоря вращаются в поле. Таким образом, в проводниках якоря возникает ЭДС электромагнитного поля. Направление индукционного тока определяется правилом правой руки Флеминга.

Необходимость коммутатора с разъемным кольцом:

В соответствии с правилом правой руки Флеминга направление индуцированного тока изменяется всякий раз, когда изменяется направление движения проводника. Пусть якорь вращается по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх. Когда якорь совершит половину оборота, направление движения этого конкретного проводника изменится на нисходящее. Следовательно, направление тока в каждом проводнике якоря будет переменным. Если вы посмотрите на приведенный выше рисунок, вы узнаете, как меняется направление индуцированного тока в проводнике якоря. Но с коммутатором с разъемным кольцом соединения проводников якоря также меняются местами, когда происходит изменение направления тока. И поэтому мы получаем однонаправленный ток на клеммах.

Типы генератора постоянного тока:

Генераторы постоянного тока можно разделить на две основные категории, а именно; (i) Отдельно возбужденный и (ii) Самовозбуждающийся.
(i) С независимым возбуждением : В этом типе катушки возбуждения питаются от независимого внешнего источника постоянного тока.
(ii) С самовозбуждением : В этом типе катушки возбуждения питаются от тока, вырабатываемого самим генератором. Начальная генерация ЭДС обусловлена остаточным магнетизмом в полюсах поля. Генерируемая ЭДС вызывает протекание части тока в катушках возбуждения, тем самым усиливая поток поля и тем самым увеличивая генерацию ЭДС. Генераторы постоянного тока с самовозбуждением можно разделить на три типа —
(a) Последовательная обмотка — обмотка возбуждения последовательно с обмоткой якоря
(b) Шунтирующая обмотка — обмотка возбуждения параллельно обмотке якоря
(c) Комбинированная обмотка — комбинация последовательной и параллельной обмотки

Вы можете узнать больше о типах генератор/машина постоянного тока здесь.

Генератор переменного тока в автомобильной технике — Engineeringhulk.com

Содержание

Все генераторы работают по принципу электромагнитной индукции. Согласно этому закону, для выработки электричества необходимы проводник, магнитное поле и механическая энергия

Основными частями генератора переменного тока являются, по-видимому, статор и ротор. Но, в отличие от других машин, в большинстве генераторов переменного тока возбудитель вращается, а катушка якоря становится неподвижной.

Статор

Машина постоянного тока генератора не должна обслуживать путь для противоположного магнитного потока в статоре. Вместо этого якорь статора используется для вращения. Сердечник статора изготовлен из стального сплава или пластин из магнитного железа, чтобы уменьшить потери тока AD.

Почему обмотка якоря закреплена в генераторе?

При более высоких напряжениях легче изолировать обмотки статического якоря, которые могут составлять 30 кВ и более.

Выход высокого напряжения может быть извлечен непосредственно из статической арматуры. Где для вращающегося якоря будет большое падение щеточного контакта при высоких напряжениях, а также искрение на поверхности щетки.

Возбудитель возбуждения установлен на вращающемся роторе, что позволяет безопасно передавать низкое постоянное напряжение.

Обмотка якоря может быть хорошо закреплена для предотвращения деформации, вызванной высокой центробежной силой.

Ротор

В генераторах переменного тока используются два типа роторов:

(i) основной и (ii) цилиндрический

Тип главного полюса: Ротор основного полюса используется на низкой и средней скорости генераторы. Этот тип ротора имеет большое количество выступающих полюсов (называемых главными полюсами), скрепленных болтами в магнитном цикле. Эти полюса также ламинированы, чтобы уменьшить потери тока AD. Генераторы переменного тока, характерные для этого типа ротора, имеют большой диаметр и короткую осевую длину.

Цилиндрический тип: роторы цилиндрического типа используются в высокоскоростных генераторах переменного тока, особенно в турбогенераторах. Этот тип ротора состоит из гладкого и прочного стального цилиндра с прорезями по внешней окружности. Эти пазы имеют обмотки возбуждения.

Принцип работы

Принцип работы генератора переменного тока очень прост. Это похоже на основной принцип генератора постоянного тока. Это также зависит от закона электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что относительное движение между проводником и магнитным полем происходит в проводнике внутри электромагнитного поля.

Подача постоянного тока для вращения ротора обеспечивается контактным кольцом и щеткой. Поняв основные принципы работы генераторов переменного тока, давайте теперь рассмотрим основные принципы работы практических генераторов переменного тока.

Обсуждая основные функции генераторов переменного тока, мы исходили из того, что магнитное поле постоянно, а проводники (якорь) вращаются.