Вопрос\Ответ по генераторам
Вопрос: Если загорелась лампа аккумулятора на панели приборов, то это точно нет зарядки и сгорел генератор?
В большинстве случаев это именно так. Индикатор также будет светиться, если напряжение от исправного генератора «не доходит» до аккумуляторной батареи по причине, например, сильной коррозии, перегорания или обрыва силового провода от генератора или отсутствия контакта в месте сопряжения силовых проводов. Часто такое соединение клемм силовых проводов от генератора и аккумулятора происходит на одном из болтов втягивающего реле либо непосредственно на «плюсовой» клемме аккумулятора, которые могут подвергнуться сильной коррозии.
Вопрос: Из генератора слышен тонкий свист, подшипники недавно менял. Что может «свистеть» в генераторе?
Тонкий «электрический» свист может появиться при нарушении соосности ротора относительно статора генератора при его разборке-сборке, как результат недостаточного или чрезмерного стягивания передней и задней крышек генератора стяжными шпильками.
Вопрос: При запуске мотора контрольная лампа на панели приборов вообще не горит, зарядки на «холостых» нет. Зарядка появляется, если только как следует «газануть». В чем проблема?
Проблема, скорее всего, в цепи возбуждения генератора, точнее-в её отсутствии. На больших же оборотах многие генераторы способны самовозбуждаться, поскольку магнитопровод ротора, так называемые «клювы», всегда имеет некоторую остаточную намагниченность (даже при неисправной цепи возбуждения).
Вопрос: При замене АКБ перепутали клеммы. Из генератора пошел дым. Заводить теперь боимся. Что делать?
Знакомая история. Надо снимать генератор и нести в диагностику в любой наш сервисный центр. Крайне вероятно, что сгорел диодный мост или статорная обмотка генератора. Все «лечится», как обычно, за час-полтора. В любом их наших сервисных центров Вам оперативно заменят вышедшую из строя деталь и выдадут гарантию на произведенный ремонт.
Вопрос: Какой толк от модного шкива на моем генераторе, который ещё крутится только в одну сторону, если он уже третий раз за 7 лет накрывается и стоит мама не горюй? Можно ли его заменить на обычный?
Установка шкивов с обгонной муфтой на современные генераторы — это не дань моде, а вынужденная мера. Подобные шкивы позволяют сглаживать влияние неравномерности вращения приводного ремня при разных режимах работы двигателя, особенно дизельного, и особенно при резком торможении двигателя, или же при резком изменении нагрузки в электроцепи автомобиля, например, включении/выключении кондиционера, дальнего света и т. д., что также приводит к достаточно резкому изменению нагрузки на двигатель, и, соответственно, на приводной ремень генератора. Обычный шкив при этом может «пробуксовывать», резко увеличивая износ ремня и уменьшая его срок службы. Нередки при этом и случаи обрыва ремня со всеми вытекающими последствиями.
Вопрос: В каком диапазоне должно быть выходное напряжение генератора во время работы?
При всей простоте вопроса ответ на него не столь очевиден и однозначен. Производители применяют в большинстве автомобильных генераторов реле-регуляторы с напряжением отсечки от 13.
9 до 15.1 Вольт. Но при максимальной нагрузке выходное напряжение генератора, скажем, с отсечкой в 13,9 Вольт может «провалиться» и до 13,0-13,2 Вольт. Для большинства электрооборудования автомобиля эта разница выходного напряжения генератора не столь критична, но вот для зарядки аккумулятора она весьма существенна. Но ещё более существенной при эксплуатации аккумулятора является температура окружающей среды, от которой зависит плотность электролита батареи. В идеале определенному типу батареи при определенной температуре должно соответствовать своё напряжение зарядки. Поэтому рекомендация, что напряжение зарядки должно быть не меньше, скажем 13,6 Вольт, возможно, будет оптимальной для африканского региона, либо для ОАЭ, но будет явно безграмотной например для Якутии или для Магаданской области. И опять-таки 14,8 Вольт в качестве эталона для автомобилей регионов как например Якутия либо Магаданская область окажутся губительными для аккумуляторов в Африканских странах или ОАЭ («закипят»).
Вопрос: Как измерить ток, который выдает генератор в сеть автомобиля? Вроде амперметр надо ставить в разрыв цепи, но не резать же автомобильные провода ради этого?
Действительно, обычный тестер здесь не подойдет, но провода резать нет необходимости, поскольку давно существуют приборы под названием «токосъемные клещи», позволяющие производить замеры постоянного тока, протекающего в электропроводке, без разрыва электроцепи.
К сожалению, по нашим наблюдениям на многих крупных автосервисах и даже дилерских центрах автоэлектрики зачастую не имеют понятия о существовании подобных весьма полезных приборов. Все сервисные центры Компании Вольтаж оснащены токосъемными клещами.
Вопрос: В генераторе, похоже, загремели (зашумели) подшипники. Сколько так ещё можно ездить?
Можно, конечно, ездить до тех пор, пока подшипники вообще не развалятся и генератор не заклинит. Правда, при этом возможен обрыв приводного ремня со всеми вытекающими последствиями, да и при таком варианте есть большая вероятность, что генератор станет вовсе неремонтопригоден, поскольку разбитые подшипники могут привести в негодность их посадочные места в крышках генератора, а ротор из-за большого поперечного люфта просто-напросто «затрёт» статор. Короче, вместо сравнительно дешевого ремонта по замене подшипников может возникнуть необходимость покупки нового генератора.
Вопрос: Есть подозрение, что у меня на машине периодически появляется перезаряд аккумулятора. Может ли генератор давать перезаряд?
К сожалению, в простейших схемотехнических решениях, до сих пор применяемых в подавляющем числе популярных автомобилей, индикатор заряда АКБ на панели приборов не будет гореть при перезаряде аккумулятора. Если контрольная панель автомобиля не оснащена вольтметром бортовой сети, то о неприятности с перезарядом аккумулятора можно узнать слишком поздно, а именно, по кислотному запаху из батареи, поскольку при перезаряде происходит активное выкипание электролита. Неисправный генератор с «пробитым» реле-регулятором или диодным мостом, как правило, и является источником такой проблемы, но в этом случае перезаряд будет постоянным и никак не периодическим. Однако достаточно часто, особенно на генераторах японских и корейских производителей, применяют схемные решения с обратной связью от АКБ, т.
Вопрос: Заметил, что генератор на моей машине сильно греется, рукой не дотронуться. Не опасно ли это? Может ли генератор воспламениться?
Любой генератор на любой машине должен нагревается при работе. Наибольшему нагреву подвергается диодный мост, реле-регулятор, статор генератора. Рабочая температура полностью нагруженного генератора может достигать +90 С, а на автомобилях с дизельным двигателем и того больше.
Так что «щупать» генератор голыми руками не только бесполезное занятие, но и опасное. На нагрев генератора влияют его месторасположение на двигателе, суммарная мощность подключенных потребителей, особенности вентиляции подкапотного пространства, а также температура окружающей среды. Известные случаи воспламенения генераторов на автомобиле обычно связаны с перегревом места присоединения клеммы силового провода к плюсовому болту генератора из-за плохого контакта — не затянутой гайки, сильным окислением или коррозией и т. д. Как раз в этом месте и может произойти локальный разогрев выше всех допустимых пределов. Причем воспламениться в первую очередь может именно сам силовой провод, и только во-вторую очередь возможно воспламенение пластиковой задней крышки генератора, которые, кстати, встречаются далеко не на всех автомобильных генераторах. Также существует опасность воспламенения генератора в случаях нарушения правил его эксплуатации «переплюсовка» АКБ, короткое замыкание в электроцепи автомобиля, работа генератора сверх номинальной нагрузки и т.
д.
⚡ 10 характерных неисправностей генератора и признаки их проявления
На фоне многочисленных и разнообразных проблем с узлом зарядки АКБ характерные неисправности генератора встречаются чаще других. Если знать о них, а также о первичных признаках их проявления, проблему можно найти и устранить в 95% случаев. Более того, из описанных десяти поломок можно смело отбросить около половины, так как с ними обычные пользователи сталкиваются очень редко. Благодаря этому даже у начинающих автолюбителей есть неплохие шансы самостоятельно «поставить диагноз» и, возможно, устранить возникшую неисправность генератора своими руками.
Если же самостоятельный ремонт не предполагается, полученные из этой статьи знания помогут выявить поломку своевременно. А это уже хорошие шансы пораньше обратиться за помощью к специалисту, и обойтись несложным и сравнительно недорогим ремонтом, избежав покупки нового генератора. В конце концов недобросовестность автомобильных сервисов еще никто не отменял.
На практике доказано – если к мастеру идти хотя бы с примерным пониманием проблемы, шансы надуть вас, навязав несуществующие проблемы, стремятся к нулю.
Краткий перечень характерных неисправностей генератора
Для начала кратко перечислим характерные неисправности генератора автомобиля без каких-либо пояснений. Это позволит в общих чертах оценить, так сказать, масштабы катастрофы. Вполне возможно, что некоторые из приведенных в списке поломок вам уже знакомы. Как правило, к ним относятся те, которые встречаются очень часто, и практически каждый первый автолюбитель с маломальским опытом с ними сталкивался хотя бы раз.
Итак, вот 10 характерных неисправностей генератора автомобиля:
- Плохой контакт или повреждения в цепи зарядки АКБ.
- Проскальзывание или обрыв приводного ремня.
- Износ или разрушение подшипников ротора.
- Износ или зависание щеток.
- Износ токосъемных колец.
- Некорректная работа или выход из строя реле-регулятора напряжения.
- Межвитковое замыкание или обрыв в обмотках генератора.
- Пробой диодов выпрямительного моста.
- Обрыв диодов выпрямительного моста.
- Недостаточная мощность генератора.
К подробному рассмотрению каждой из этих поломок мы еще вернемся. Как и к симптомам, по которым эти неисправности можно выявить.
Устройство и принцип работы генератора автомобиля
Сперва же не лишним будет хотя бы в общих чертах познакомиться с устройством генератора, а также с принципом работы этого узла автомобиля. Многие автолюбители, к сожалению, всегда пропускают этот этап, сразу приступая к диагностике и ремонту. В итоге, из-за непонимания (или недопонимания) принципа работы дело часто заходит в тупик, допускаются серьезные ошибки, провоцируются короткие замыкания и более серьезные поломки, чем были до этого. Отсюда следует вывод, что поиск и устранение любых неисправностей того или иного узла автомобиля нужно начинать с изучения его устройства и принципа работы.
Генератор автомобиля устроен и работает следующим образом. Собственно, электроэнергия, используемая для питания бортовой сети и зарядки аккумуляторной батареи, вырабатывается за счет электромагнитной индукции. Снимается она с выводов обмоток статора, внутри которых вращается ротор на двух подшипниках. В движение ротор приводится от коленчатого вала двигателя, с которым он соединен при помощи ремня.
Первая особенность, о которой необходимо знать, это неравномерность скорости вращения ротора генератора. Она полностью зависит от того, на каких оборотах работает двигатель. Соответственно, если бы ротор питался (для возбуждения) одним и тем же напряжением, то на выходе генератора мы бы получали скачущее напряжение, что является неприемлемым для бортовой сети автомобиля.
Решается эта проблема весьма просто. На ротор подается не стабильное напряжение, а регулируемое. За это отвечает реле-регулятор, который «отслеживает» напряжение на клеммах АКБ, и в зависимости от текущих показателей корректирует питание ротора.
Грубо говоря, когда на выходе генератора напряжение доходит до верхней допустимой отметки (например, 14.4 вольта), схема реле-регулятора прекращает питание ротора. Напряжение на выходе падает, РРН возобновляет возбуждение ротора, и так по циклу с очень большой частотой. За счет этого напряжение бортовой сети постоянно поддерживается на одном уровне, и не зависит от того, на каких оборотах работает мотор автомобиля.
Вторая особенность автомобильного генератора заключается в том, что он генерирует переменное трехфазное напряжение. А для питания бортовой сети и зарядки АКБ оно должно быть постоянным. Чтобы решить эту проблему, генератор оснащается выпрямительным мостом, состоящим из диодов. Как правило, в выпрямителе имеется шесть основных диодов (по два на каждую фазу), а также три дополнительных.
В принципе, этих знаний уже будет достаточно для того, чтобы разобраться в описанных далее характерных неисправностях генератора. Хотя для успешного самостоятельного ремонта не помешает углубиться в тему, используя дополнительные источники информации.
Плохой контакт или повреждения в цепи зарядки АКБ
Чтобы генераторный узел мог работать, он должен быть надежно соединен с:
- Положительной клеммой аккумуляторной батареи.
- Замком зажигания.
- «Массой».
Начнем с последнего. С «массой» генератор контактирует за счет своего металлического корпуса, которым он закреплен на двигателе автомобиля. Как правило, в этом месте контакт всегда хороший, и практически никогда не становится причиной неисправности узла. Однако следует помнить о том, что сам двигатель соединяется с отрицательной клеммой АКБ при помощи провода. И вот с ним очень часто возникают проблемы.
Самая частая из них – это плохой контакт. В большинстве автомобилей «масса» к двигателю подсоединена где-то в нижней части. Грязь, влага, перепад температур, подтекающее масло и прочие факторы – приводят к окислению и коррозии соединения. Проявляется это в виде нескольких симптомов.
Во-первых, из-за плохой «массы» могут наблюдаться просадки напряжения бортовой сети автомобиля.
Как следствие – систематический недозаряд АКБ. Во-вторых, наблюдаются значительные просадки напряжения при включении серьезной нагрузки – печки, кондиционера, сабвуфера, света головных фар и так далее.
Проверить «массу» двигателя очень просто. Для этого при помощи мультиметра, включенного в режим омметра, измеряется сопротивление между отрицательной клеммой АКБ и любой точкой на двигателе. Если прибор показывает более 0.05 Ом, «массу» надо бы очистить от грязи и окислов. Возможно, потребуется замена или даже добавление еще одного провода, подключенного параллельно с основным. За счет этого увеличивается сечение провода «массы», и очень часто решаются такие проблемы, как просадка напряжения или недозаряд аккумулятора.
Абсолютно то же самое и с положительным силовым проводом генератора. Он идет непосредственно на АКБ, и отличается довольно серьезной толщиной. Если этот провод поврежден, либо плохо контактирует в точках крепления – проявляются описанные выше симптомы. Устраняется неисправность простой зачисткой контактных площадок.
Если провод поврежден механически (в результате неосторожности, коррозии или вибраций), то его нужно обязательно заменить на новый с соблюдением поперечного сечения.
Дополнительно проверяется состояние контактов управляющего провода, приходящего к генератору от замка зажигания (тонкий), а также сигнального (на реле-регуляторе). Плохие контакты в этих точках также приводят к нестабильной и некорректной работе всего узла зарядки АКБ.
Проскальзывание или обрыв приводного ремня
Проскальзывание приводного ремня может быть вызвано несколькими причинами. Во-первых, недостаточным его натяжением. Во-вторых, попаданием на шкив генератора воды из луж или моторного масла. В-третьих, ремень со временем растягивается, провисает, и тоже начинает периодически проскальзывать. Как правило, на первых порах эта неисправность проявляется только тогда, когда генератор начинает работать под серьезной нагрузкой. Это происходит потому, что с увеличением нагрузки возрастает сопротивление ротора.
Очень часто проскальзывание ремня определяется по характерному писку, который слышен при старте двигателя, а также сразу после включения нагрузки. Довольно часто этот свист можно услышать в дождливую погоду, что говорит о попадании воды на шкив генератора. Если такое происходит, ремень надо либо подтянуть, либо заменить на новый.
Обрыв ремня генератора является более серьезной неисправностью, которую крайне желательно замечать сразу же после ее возникновения. Первичным симптомом является загорание сигнальной лампы на панели приборов, показывающей, что заряд аккумулятора не происходит. Эта лампа должна гореть только при включенном зажигании и заглушенном моторе. Во всех остальных режимах она не светится.
Вторичным симптомом обрыва ремня генератора является пониженное напряжение бортовой сети. Когда все работает в штатном режиме, вольтметр должен показывать не менее 13.8-14.5 вольт. Если же во время движения напряжение упало до 12 вольт, это означает, что бортовая сеть питается только от аккумулятора.
Вывод – генератор неисправен.
Износ или разрушение подшипников ротора
При износе подшипников ротора генератора может возникнуть несколько проблем. Во-первых, из-за нарушения оси вращения вала якоря он своими обмотками начинает задевать статор. Во-вторых, подшипники в результате значительного износа могут вообще заклинить, и ротор остановится. Первая проблема повлечет за собой сначала просадки напряжения бортовой сети, а позже – к межвитковому замыканию в статоре. Что будет при заклинивании подшипников – и так понятно. Ротор остановится.
В большинстве случаев износ подшипников генератора удается выявить заранее по характерному гулу, доносящемуся из-под капота. Этот звук может менять громкость и тональность в зависимости от того, какая нагрузка в данный момент возложена на бортовую сеть автомобиля. То есть, например, при включении фар головного света гул может значительно усиливаться, что и позволяет заблаговременно выявить неисправность.
Чтобы избежать описанных проблем, крайне желательно периодически проверять подшипники на предмет наличия люфтов.
Для этого достаточно взяться рукой за шкив генератора, и пошатать его из стороны в сторону. При исправных подшипниках никакого люфта быть не должно.
Износ или зависание щеток
Щетки нужны для того, чтобы подавать питание на постоянно вращающийся ротор генератора. Как правило, вместе с реле-регулятором они являются одной отдельной деталью. Сделаны щетки из токопроводящего графита, и подпружинены для обеспечения надежного контакта с коллектором. Если контакт между ними и токосъемными кольцами плохой (либо отсутствует), генератор работать нормально не сможет (либо вообще работать не будет).
Самая распространенная неисправность, связанная со щетками – это их естественный износ. Когда графит истирается, длины щеток попросту не хватает для того, чтобы обеспечивать питание ротора. Как правило, на начальной стадии эта неисправность проявляет себя в виде обильного искрения внутри генератора. Щетки из-за износа не всегда плотно контактируют с коллектором, и между этими деталями образуется искрение.
Вторая характерная неисправность генератора связана с так называемым зависанием или залипанием щеток. Происходит это из-за попадания графитовой пыли или другой грязи в направляющие щеток. Последние становятся неподвижными, а потому больше не могут поджиматься пружинами к коллектору. В результате сначала наблюдается усиленное искрение, а затем генератор вовсе прекращает вырабатывать электроэнергию.
На ряду с искрением критический износ или залипание щеток можно выявить по просадкам напряжения бортовой сети (если есть вольтметр в салоне) или по контрольной лампе на панели приборов. Следует также отметить, что эту неисправность можно выявить визуально, не снимая генератор с автомобиля. Щеточный узел, как правило, легко снимается вместе реле-регулятором, так как крепится при помощи двух винтов. Если щетки изношены, то это только замена. Залипание можно устранить путем очистки направляющих от графита и прочей грязи.
Износ токосъемных колец
Токосъемные кольца находятся на валу ротора генератора.
Они предназначены для того, чтобы передавать питание от щеток к обмотке якоря. Делаются кольца из меди, а потому со временем подвергаются износу. Симптомы этой неисправности абсолютно такие же, как и в случае со щетками – искрение, просадки напряжения, а также полный отказ генератора. Для уточнения диагноза и устранения поломки требуется уже демонтаж и полная разборка узла. К счастью, на многих распространенных генераторах эти детали без проблем меняются, и стоят сравнительно недорого.
Некорректная работа или выход из строя РРН
Реле-регулятор напряжения «страдает» несколькими видами поломок, которые довольно легко диагностируются даже без разборки генератора. Первый признак его неисправности – пониженное напряжение бортовой сети. Просадки могут наблюдаться и без нагрузки, и с ней. Происходит это из-за того, что в схеме реле-регулятора перегорают электронные компоненты.
Второй известный признак неисправности узла – генератор не работает вообще. Определяется это и по контрольной лампе на панели приборов, и по показаниям бортового вольтметра.
Последний в таких случаях начинает показывать напряжение в районе 12 вольт. По мере разрядки аккумуляторной батареи показатели заметно снижаются.
Стоит отметить, что большая половина описанных неисправностей генератора проявляются примерно одинаково. В частности, низкое напряжение и загоревшаяся контрольная лампа может указывать как на выход из строя реле-регулятора, так и на другие поломки. Чтобы выявить неисправность более точно, существует довольно простая методика проверки реле-регулятора напряжения. Выполняется она при помощи регулируемого источника питания и мультиметра по следующему алгоритму:
- Реле-регулятор извлекается из генератора.
- К щеткам подсоединяется мультиметр в режиме изменения напряжения (можно также контрольную лампочку на 12 вольт).
- Минус источника питания подсоединяется к «массе» реле-регулятора.
- Плюс подается на провод, который выходит из реле-регулятора.
- Напряжение источника питания повышается до 14. 0-14.5 вольт.
- По достижению этого напряжения исправный реле-регулятор должен сработать – подключенная к щеткам контрольная лампа гаснет.
0-14.5 вольт.Если контрольная лампа не светится вообще ни при каком напряжении – в реле-регуляторе имеется обрыв. Если же лампа не отключается при достижении контрольного напряжения (14.0-14.5 вольт), а продолжает светиться дальше – это называется пробоем реле-регулятора. На практике первый исход означает недозаряд АКБ, а при втором – происходит ее перезаряд (с кипением, раздуванием корпуса и даже взрывом).
Так называемые реле-регуляторы нового образца (с двумя проводами) проверять немного сложнее, но возможно. Отличие заключается в том, что на второй провод необходимо подавать при проверке сымитированное переменное напряжение. Как это сделать в домашних условиях, можно найти в Сети.
Межвитковое замыкание или обрыв в обмотках генератора
Симптомы все те же – сначала просадки напряжения бортовой сети, а затем полный отказ генератора.
При межвитковом замыкании, если сразу обратить на это внимание, можно обнаружить очень сильный перегрев. К сожалению, более точно выявить эти виды неисправности генератора без его демонтажа и частичной разборки – невозможно.
Пробой или обрыв диодов выпрямительного моста
Напомним, что диодный мост служит для выпрямления переменного напряжения, вырабатываемого обмотками статора генератора. Поскольку в автомобильном генераторе есть три фазы, то и мост состоит из трех веток – по два диода в каждой. Когда происходит пробой одного из диодов, может наблюдаться резкое повышение напряжения в бортовой сети автомобиля. Пробой – это когда диод начинает пропускать ток в обоих направлениях, а должен только в одном.
Обрыв диодов выпрямительного моста ничем катастрофическим не грозит, в отличие от пробоя. Например, если в обрыв уходит один из диодов, то из трех фаз продолжают работать только две. Если большой нагрузки на бортовую сеть нету, то этой неисправности можно и не заметить.
Однако, когда включается нагрузка, мощности двух фаз уже не хватает, а потому наблюдается просадка бортового напряжения.
Понятно, что при обрыве всех диодов, что бывает не так уж часто – генератор прекращает функционировать полностью. Это видно и по напряжению бортового вольтметра, и по контрольной лампе на панели приборов. Для более точной проверки диодов моста потребуется демонтаж генератора и его частичная разборка.
Недостаточная мощность генератора
Довольно частая проблема в наше время, которая, по сути, неисправностью не является. Заключается она в том, что после установки на автомобиль какого-либо мощного внештатного оборудования наблюдаются дикие просадки напряжения. Эти симптомы вполне могут указывать на то, что мощности имеющегося генератора для возложенной на него нагрузки – не хватает.
Наблюдается такое чаще всего после установки мощной акустики, ксеноновых фар, инвертора, позволяющего получить на борту автомобиля переменные 220 вольт, и так далее.
Устраняется эта «неисправность» очень просто – путем подбора и установки более мощного генератора. К сожалению, к такому решению чаще приходят уже тогда, когда штатный генератор не выдерживает нагрузки, и сгорает.
Краткие итоги
Большинство характерных неисправностей генератора автомобиля очень легко выявляются и устраняются даже без соответствующего опыта. Если генератор работает, но проблема сводится только к просадкам напряжения или к искрению в щеточном узле – решается она путем очистки контактов или заменой реле-регулятора. Посторонние звуки со стороны генератора – устраняются подтяжкой или заменой ремня, а также установкой новых подшипников. Остальные неисправности – замыкания в витках обмоток, пробои и обрывы диодов и прочее – лучше доверить специалистам, так как их устранение требует не только голых знаний, но и опыта.
Как проверить возбуждение на генераторе — Auto-Self.ru
Как происходит возбуждение генератора
Генератор – это не просто какой-нибудь узел.
По сути, он является электрической машиной, преобразующей мехэнергию в ток. Генератор обеспечивает автомашину подзарядкой, без которой та сможет продержаться в движении не больше 1-2 часов за счет аккумулятора. Узнайте, как происходит возбуждение генератора в автомобиле.
Как происходит возбуждение в гене
Электроэнергия или электрическая сила в генераторе возникает тогда, когда сквозь магнитный поток внутри перемещается проводник. Ток возникает также и в том случае, когда перемещается магнит, а проводник остается неподвижным.
Без теоретических объяснений и выводов, можно представить себе возбуждение гена так:
- На обмотку гена подается электричество с АКБ. Электрический ток первыми принимают щетки и медные кольца.
- Реле отсечки – специальная штука, которая не дает аккумулятору разрядиться при остановке генератора. Когда водитель включает зажигание, то напряжение поступает на реле отсечки, оно притягивает внутренние элементы генератора, тем самым, замыкаются контакты. Получается, что реле в этом случае – эффективный переходник, соединяющий обмотку гена с аккумулятором.
- На приборной панели в салоне автомобиля предусмотрена лампочка. Она дает понять водителю, когда начинается зарядка геном АКБ. Когда включается зажигание, она горит до тех пор, пока напряжение идет с аккумулятора и гаснет, когда процесс энергополучения идет обратно.
Получается, что реле в этом случае – эффективный переходник, соединяющий обмотку гена с аккумулятором.Что такое СВ и АРВ
Система возбуждения гена – это комплекс различных устройств, включающих: возбудитель, АРВ, СГП, УБФВ, устройство развозбуждения, а также дополнительные тесто-измерители.
Система возбуждения
АРВ – это не что иное, как регулятор, функционирующий полностью на автомате. СГП – средство, которое гасит магнитное поле. УБФВ – устройство, благодаря которому осуществляется быстрая форсировка возбуждения.
Сам возбудитель является источником питания (ИП) обмотки постоянным напряжением. В данном случае ИП может быть сам ген совместно с полупроводниками и выпрямительным блоком (диодным мостом).
АРВ применяются в синхронном гене. Здесь они выполняют функцию повышения физической стабильности генерирующего устройства. Принято классифицировать АРВ на устройства с пропорциональным шагом и сильным шагом. Одни способны изменять токоэнергию по несоответствию статорного напряжения, а вторые – реагируют в более широком смысле этого слова.
Когда ток снижается, к примеру, при замыкании, предусмотрена форсировка. Она подразумевает скорое увеличение возбуждения, что влияет на остановку спадов напряжения и сохраняет устойчивость.
Корректировка и ускорение значительно повышают надежность функционирования реле.
Когда происходит отключение генератора, что тоже может вызываться внутренними замыканиями, агрегат следует развозбудить. Для этого достаточно погасить магнитполе, что даст возможность уменьшить размеры повреждения статорной обмотки.
Погасить магнитполе – это, значит, быстрое уменьшить магнитпоток возбуждения гена до величины, близкой к 0.
Одновременно с этим уменьшается ЭДС агрегата.
Как погасить магнитное поле
Гашение магнитполя осуществляется с помощью АГП – особых устройств-автоматов, действующих от реле. Именно они помогают активировать сопротивление.
В генерирующих устройствах, функционирующих по принципу тиристорвозбуждения, снижение магнитполя осуществляется методом переключения основных вентилей в инверторный порядок. Тем самым, сэкономленная в обмотке энергия, передастся возбудителю или диодному мосту.
Характеризуется СВ номинальным напряжением (НТ), но оно может быть разным.
- 100 или 600 В, если речь идет о возбуждении на выводах обмотки.
- 100 или 8000 А, если речь идет о НТ, находящимся непосредственно в обмотке, и соответствует нормальной, стандартной работе генератора.
Следует знать, что НТ возбудителя должен составлять доли процентов от НТ генератора. Как правило, считают значения в 0,2-0,6 процентов от номинальной мощности гена.
Что касается быстродействия возбудителя, то оно зависит от скорости нарастания силы тока на обмотке индуктора (ротора).
СВ (система возбуждения) обязана рассчитываться в зависимости от работы АРВ. Другими словами, без АРВ работа допускается, но только на время, нужное для ремонта или замены. В остальных случаях использование АРВ обязательно.
Примечание. Если СВ, все же, функционирует без АРВ, то нужно обеспечить дополнительную систему защиты. Это РДУ и другие средства, способные обеспечить развозбуждение и автогашение генераторного поля.
СВ обязана обеспечивать ток в продолжительном режиме, превышая НТ генератора не менее чем на 10 процентов.
Бесконтактная система возбуждения
СВ также бывает полупроводниковой. В этом случае она должна иметь РВС (режим внутреннего сохранения).
Важно, чтобы защитные устройства, обеспечивающие стабильность во время перенапряжений, были многократного действия.
| Состав системы возбуждения | Что обеспечивает система возбуждения |
|---|---|
| трансформатор выпрямительный | начальное возбуждение |
| трансформатор последовательный вольтодобавочный | холостой ход |
| тиристорный преобразователь (ТВ 8-2000/) 050- 1У4) | включение в сеть методом точной синхронизации в нормальных режимах и самосинхронизации в аварийных режимах |
| система охлаждения преобразователя | работу ГГ в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной и перегрузками |
| агрегат начального возбуждения (АН В-2) | недовозбуждение в пределах устойчивой работы генератора |
| автоматический регулятор возбуждения (АУ1Г типа АРВ-СД) | форсировку возбуждения по току и напряжению |
| панель гашения поля | эффективное гашение поля |
| релейные панели | развозбуждение при нормальных остановках агрегата |
Разновидности СВ
СВ принято делить на 2 группы.
Они классифицируются в зависимости от способа возбуждения. Различают СВ независимого типа (СВНТ) и зависимого (СВЗТ).
К СВНТ относят все возбудители, которые сопряжены с генераторным валом. По сути, они способны вырабатывать напряжение в независимом режиме.
За группу СВЗТ принимают возбудители, схватывающие вольтаж прямиком с концов основного генератора. Ток поступает через трансформаторы особого типа.
Тиристорная система возбуждения
Более выгодно смотрятся СВНТ, так как в них выработка тока не зависит от электроцепи.
Интересный момент. На генах со слабой мощностью в качестве возбудителя применяются отдельные, независимые генераторы, способные вырабатывать ток. Они соединяется с валом основного гена (синхронного).
Другие преимущества СВНТ:
- Высокий процент быстродействия;
- Высокая скорость нарастания тока;
- Возможность замены тиристоров, вышедших из строя, без остановки генератора.
Однако СВНТ имеют и недостатки, связанные с самим устройством возбудителя.
К примеру, если быстрота повышения возбуждения не слишком высока.
Кроме того:
- Слабыми в СВНТ выглядят контакты скользящего типа, так как напряжение к ним подводится через щетки.
Сегодня наиболее востребованы СВ с полупроводниковыми диодными мостами. Они построены по 3-фазной схеме, в них задействуется минимальное количество выстроенных по порядку тиристоров.
Что касается схем диодного моста, то они бывают 1-групповыми и 2-групповыми. Один выпрямитель внедрен в первом случае, два – во втором.
Токоподавателем в СВНТ является синхронный ген, нашедший место между индуктором и верхним кронштейном основного генератора.
Устройство синхронного генератора
СВЗТ менее надежна, чем первая система, так как работа возбудителя здесь полностью зависимая. Другими словами, возбудитель в этом случае будет работать только в том случае, если получит ток от сети. А в сети, как правило, часто возникают замыкания, нарушающие стабильное функционирование СВ.
Получается лишняя нагрузка на СВЗТ, которая должна обеспечивать форсировку напряжения в обмотке.
Но СВЗТ в некоторых случаях имеют плюсы перед самостийными системами. Они выражаются простотой схемы. Недостатком же выступает, как и говорилось, непостоянство работы, что более всего заметно в высокомощных машинах.
По мнению экспертов, если подразумевается длительность ремонта, то лучше зарекомендуют себя СВЗТ.
Проверка возбуждения
Основными симптомами, которые доказывают неработоспособность СВ на генераторе, являются показатели внешних характеристик. Говоря иначе, если напряжение через выводы генератора не поступает, то агрегат должен самовозбуждаться по принципу. Если такого не происходит, налицо проблема.
Хорошо заметна работа генератора на дизельных агрегатах. Они получают меньшую, чем обычно дозу топлива, как только генератор развивает небольшую мощность. Таким образом, дизельная установка остается недогруженной.
Проверка системы возбуждения
Ясно, что при уменьшении подачи топлива в цилиндры, снизится и скорость движения.
По ней (скорости) можно будет определить снижение напряжения генератора, следовательно, и его возбуждение.
Если в генераторе увеличивается произведение напряжения, то не должно увеличиваться магнитное насыщение СВ, иначе прочность изоляции электромашины не выдержит. Ограниченным в некоторых значениях можно назвать также генераторный ток, который в случае увеличения приведет к перегоранию обмотки якоря.
Поделитесь с друзьями в соц.сетях:
Google+
Telegram
Vkontakte
Возбуждение генератора 101
Генераторы превращают механическую энергию в электрическую, перемещая электрические проводники в магнитном поле. Возбуждение создает электромагнитное поле, которое вызывает это механическое преобразование в электрическое. Рич Деннис из Emerson представил основную презентацию по управлению возбуждением на собрании группы пользователей Ovation в 2017 году.
Управление возбуждением включает регулирование синхронной машины, возбудителя, синхронную машину для энергосистемы.
Регулятор является источником управления, а система возбудителя — источником энергии. Система регулятора включает в себя контроль напряжения, контроль тока, контроль коэффициента мощности, ограничители и защиту, стабилизатор системы питания, контроль мигания поля, контроль снятия возбуждения и контроль полевого выключателя. Системы возбудителя могут быть вращающимися или статическими. Вращение включает бесщеточный и щеточный типы, а статическое электричество включает составные источники и потенциальные источники.
Генератор имеет первичный двигатель, такой как турбина или дизельный генератор.Система возбуждения создает в роторе электромагнитное поле. Статор имеет обмотку якоря, в которой индуцируется электрическая энергия.
Чем сильнее создаваемое магнитное поле, тем мощнее вырабатывается электрическая энергия. Сила магнитного поля регулируется путем управления током, подаваемым на ротор. Трехфазная электрическая энергия создается тремя отдельными проволочными обмотками статора.
Ток для создания электромагнитного поля — это постоянный ток (DC), который может варьироваться от 50 до 9000 ампер и более в зависимости от размера генератора.Современные системы возбуждения статичны, где постоянный ток создается путем выпрямления переменного тока с помощью трансформаторов тока насыщения (SCT) и трансформаторов силового потенциала (PPT). Для создания возбуждения требуется источник, прежде чем он сможет работать самостоятельно от генератора.
Подсистемы для системы возбуждения включают в себя процессоры и устройства ввода-вывода, которые контролируют напряжение и ток на клеммах генератора, напряжение и ток возбуждения, напряжение и ток поля вращающегося возбудителя, управляющие переключатели, состояние выключателя и разрешения по безопасности.Выходы включают в себя оповещение, аварийные сигналы, счетчики и полный набор данных для распределенной системы управления. Шина питания необходима для подачи тока возбудителя на каждый конец катушки ротора.
Полевые выключатели используются для защиты как переменного, так и постоянного тока генератора. Выпрямители мощности преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока. Системы охлаждения поддерживают рабочие температуры, необходимые для надежной работы. Система полевого разряда требуется для отвода энергии от ротора при замедлении механического источника энергии.Полевое мигающее оборудование используется для генерации начального электромагнитного поля до тех пор, пока генератор не создаст достаточное напряжение для самовозбуждения и поддержания преобразования механической энергии в электрическую.
Рич описал решения Ovation Excitation, обеспечивающие предварительный интерфейс и проектирование оборудования, от проектирования до установки и текущих испытаний. Контроллер возбуждения Ovation соответствует стандарту IEEE 421 и подходит для множества индивидуальных и дополнительных опций в соответствии с приложением.
Типы генераторов постоянного тока с раздельным возбуждением и самовозбуждением
Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую.Магнитный поток в машине постоянного тока создается катушками возбуждения, по которым проходит ток. Циркулирующий ток в обмотках возбуждения создает магнитный поток, и это явление известно как возбуждение .
Генераторы постоянного токаклассифицируются по способам возбуждения их поля.
По возбуждению генераторы постоянного тока классифицируются как с раздельным возбуждением, постоянного тока и с самовозбуждением, постоянного тока. Также существуют генераторы постоянного тока с постоянным магнитом типа .
Генераторы постоянного тока с самовозбуждением далее классифицируются как Генераторы постоянного тока с шунтовой обмоткой ; Генераторы постоянного тока серии и комбинированные генераторы постоянного тока серии .
Генераторы постоянного тока с комбинированной обмоткой подразделяются на генераторы постоянного тока с длинной шунтовой обмоткой и генераторы постоянного тока с короткой обмоткой.
Полюс возбуждения генератора постоянного тока неподвижен, а провод якоря вращается. Напряжение, генерируемое в проводе якоря, имеет переменный характер, и это напряжение преобразуется в постоянное напряжение на щетках с помощью коммутатора.
В комплекте:
Подробное описание различных типов генераторов поясняется ниже.
Генератор постоянного тока с постоянным магнитом
В этом типе генератора постоянного тока нет обмотки возбуждения, размещенной вокруг полюсов. Поле, создаваемое полюсами этих машин, остается постоянным. Хотя эти машины очень компактны, но используются только в небольших размерах, как динамо-машины в мотоциклах и т. Д.
Основным недостатком этих машин является то, что магнитный поток, создаваемый магнитами, со временем ухудшается, что изменяет характеристики машины.
Генератор постоянного тока с независимым возбуждением
Генератор постоянного тока, обмотка или катушка которого возбуждается от отдельного или внешнего источника постоянного тока, называется генератором постоянного тока с отдельным возбуждением. Поток, создаваемый полюсами, зависит от тока поля с ненасыщенной областью магнитного материала полюсов. т.е. поток прямо пропорционален току возбуждения. Но в насыщенной области поток остается постоянным.
Рисунок самовозбуждающегося генератора постоянного тока показан ниже:
Генератор постоянного тока с независимым возбуждением
Здесь,
I a = I L , где I a — ток якоря, а I L — линейный ток.
Напряжение на клеммах определяется как:
Если известно падение контактной щетки, то уравнение (1) записывается как:
Развиваемая мощность определяется уравнением, показанным ниже:
Выходная мощность определяется уравнением (4), приведенным выше.
Генератор постоянного тока с самовозбуждением
Самовозбуждающийся Генератор постоянного тока — это устройство, в котором ток на обмотку возбуждения подается самим генератором.В самовозбуждающемся генераторе постоянного тока катушки возбуждения могут быть подключены параллельно якорю последовательно, или он может быть включен частично последовательно и частично параллельно обмоткам якоря.
Генератор постоянного тока с самовозбуждением дополнительно классифицируется как
Генератор шунтирующих обмоток
В генераторе с шунтирующей обмоткой , обмотка возбуждения подключена поперек обмотки якоря, образуя параллельную или шунтирующую цепь. Следовательно, на него подается полное напряжение на клеммах.Через него протекает очень небольшой ток возбуждения I sh , потому что эта обмотка имеет много витков тонкой проволоки с очень высоким сопротивлением R sh порядка 100 Ом.
Схема подключения шунтирующего генератора показана ниже:
Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой
Ток возбуждения шунта определяется как:
Где R sh — сопротивление шунтирующей обмотки возбуждения.
Поле тока I sh практически постоянно при всех нагрузках.Следовательно, шунтирующая машина постоянного тока считается машиной с постоянным магнитным потоком.
Ток якоря определяется как:
Напряжение на клеммах определяется уравнением, показанным ниже:
Если учитывается падение на щеточном контакте, уравнение напряжения на клеммах становится
Генератор с последовательной обмоткой, катушки возбуждения соединены последовательно с обмоткой якоря. По последовательной обмотке возбуждения проходит ток якоря.
Обмотка последовательного возбуждения состоит из нескольких витков толстой проволоки с большим поперечным сечением и низким сопротивлением, обычно порядка менее 1 Ом, поскольку ток якоря имеет очень большое значение.
Его конвективная диаграмма показана ниже:
Генератор постоянного тока серии Ток возбуждения серииопределяется как:
R se известен как сопротивление последовательной обмотки возбуждения.
Напряжение на клеммах определяется как:
Если учитывается падение контакта щетки, уравнение напряжения на клеммах записывается как:
Поток, создаваемый последовательной обмоткой возбуждения, прямо пропорционален току, протекающему через нее.Но это верно только до магнитного насыщения после того, как поток насыщения становится постоянным, даже если ток, протекающий через него, увеличивается.
Генератор комбинированной раны
В генераторе с составной обмоткой есть две обмотки возбуждения. Один включен последовательно, а другой — параллельно обмоткам якоря. Есть два типа генераторов с составной обмоткой.
- Генератор с длинной шунтовой обмоткой
- Короткий шунтирующий генератор с комбинированной обмоткой
Для подробного изучения генератора составной обмотки см. Раздел «Генератор составной обмотки».
См. Также: Генератор комплексной обмотки
Обеспечивает систему возбуждения для синхронной машины и регулирует ее напряжение на клеммах. в режиме генерации
Постоянная времени Tr в секундах (с) системы первого порядка, которая представляет
преобразователь напряжения на клеммах статора. По умолчанию 20e-3 .
Коэффициент усиления Ka и постоянная времени Ta в секундах (с) системы первого порядка
представляющий основной регулятор.По умолчанию [300, 0,001] .
Коэффициент усиления Ke и постоянная времени Te в секундах (с) системы первого порядка
представляющий возбудитель. По умолчанию [1, 0] .
Постоянные времени Tb в секундах (с) и Tc в секундах (с)
система первого порядка, представляющая собой компенсатор опережения-запаздывания. По умолчанию [0, 0
] .
Коэффициент усиления Kf и постоянная времени Tf в секундах (с) системы первого порядка
представляет собой производную обратную связь. По умолчанию [0,001, 0,1] .
Пределы Efmin и Efmax накладываются на выход регулятора напряжения. Верхний
предел может быть постоянным и равным Efmax, или переменным и равным выпрямленному статору
напряжение на клеммах Vtf, умноженное на пропорциональное усиление Kp.Если Kp установлен на 0 ,
применяется первое. Если Kp установлено на положительное значение, применяется последнее. По умолчанию [
-11,5, 11,5, 0] .
Начальные значения напряжения на клеммах Vt0 (pu) и напряжения возбуждения Vf0 (pu). Когда установлено
правильно, они позволяют начать моделирование в устойчивом состоянии. Начальное напряжение на клеммах
обычно должно быть установлено на 1 о.е. Оба значения Vt0 и Vf0 автоматически обновляются нагрузкой.
служебная программа потока блока Powergui.По умолчанию [1.0 1.28] .
Электрические машины — Генераторы — Описание и применение
Первичный источник всей электроэнергии в мире вырабатывается трехфазными синхронными генераторами, использующими машины с номинальной мощностью до 1500 МВт или более. Хотя разнообразие электрических генераторов не так велико, как большое разнообразие доступных электродвигателей, они подчиняются аналогичным правилам проектирования, и большинство принципов работы, используемых в электродвигателях различных классов, также применимы к электрическим генераторам.Подавляющее большинство генераторов — это машины переменного тока (генераторы переменного тока) с меньшим количеством генераторов постоянного тока (динамо).
Для большинства генераторов требуется какой-то способ управления выходным напряжением, а в случае машин переменного тока — метод управления частотой. Регулирование напряжения и частоты обычно осуществляется в очень больших машинах, несущих очень высокие токи, путем управления возбуждением генератора и скоростью первичного двигателя, который приводит в действие генератор.
Как и в случае с электродвигателями, максимальная мощность генератора определяется его максимально допустимой температурой.
Регулировка напряжения и частоты верна для незначительных отклонений в выходной мощности генератора, как указано выше, но большие изменения в потребляемой нагрузке (токе) можно компенсировать только путем регулировки крутящего момента первичного двигателя, приводящего в действие генератор, поскольку обычно в электрических машинах крутящий момент пропорционально току или наоборот.
В генераторе стационарного поля статор в виде фиксированных постоянных магнитов (или электромагнитов, питаемых постоянным током) обеспечивает магнитное поле, и ток генерируется в обмотках ротора.
Когда катушка ротора вращается с постоянной скоростью в поле между полюсами статора, ЭДС, генерируемая в катушке, будет приблизительно синусоидальной, фактическая форма волны зависит от размера и формы магнитных полюсов. Пиковое напряжение возникает, когда движущийся проводник проходит центральную линию магнитного полюса. Оно уменьшается до нуля, когда проводник находится в пространстве между полюсами, и увеличивается до пика в противоположном направлении, когда проводник приближается к центральной линии противоположного полюса магнита.Частота сигнала прямо пропорциональна скорости вращения. Величина волны также пропорциональна скорости до тех пор, пока магнитная цепь не насыщается, когда скорость увеличения напряжения, когда скорость увеличивается, резко замедляется.
- Скорость и частота генератора
Выходная частота пропорциональна количеству полюсов на фазу и скорости ротора так же, как синхронный двигатель.См. Таблицу скорости двигателя.
Выход переменного тока, генерируемый в роторе, может быть подключен к внешним цепям через контактные кольца и не требует коммутатора.
Типичное применение — портативные генераторы переменного тока с выходной мощностью до 5 киловатт.
Небольшие недорогие устройства, такие как домашние ветряные генераторы, обычно предназначены для работы на высокой скорости.Для заданных требований к мощности чем выше скорость, тем ниже требуемый крутящий момент. Это означает, что генератор может быть меньше и легче. Кроме того, высокоскоростному генератору требуется меньше полюсов, что упрощает конструкцию и снижает затраты.
Допустимая мощность щеточной машины обычно ограничивается текущей способностью выдерживать ток контактных колец в машине переменного тока (или даже в большей степени коммутатором в машине постоянного тока).Поскольку ток нагрузки генератора обычно намного выше, чем ток возбуждения, обычно желательно использовать ротор для создания поля и отключения питания генератора от статора, чтобы минимизировать нагрузку на контактные кольца.
Путем замены неподвижных и подвижных элементов в приведенном выше примере создается генератор вращающегося поля, в котором вместо этого создается ЭДС в обмотках статора. В этом случае, в простейшей форме, поле создается постоянным магнитом (или электромагнитом), который вращается внутри фиксированной проволочной петли или катушки в статоре.Движущееся магнитное поле из-за вращающегося магнита ротора затем вызовет синусоидальный ток, протекающий в неподвижной катушке статора, когда поле движется мимо проводников статора. Если поле ротора создается электромагнитом, ему потребуется возбуждение постоянного тока, подаваемого через контактные кольца. Коммутатор не нужен.
Если вместо одной катушки используются три независимых катушки или обмотки статора, разнесенные на 120 градусов по периферии машины, то на выходе этих обмоток будет трехфазный переменный ток.
- Обмоточный генератор серии
- Генератор шунтирующих обмоток
Классифицируются как генераторы с постоянной частотой вращения, они плохо регулируют напряжение и мало используются.
Классифицируется как генератор постоянного напряжения, выходным напряжением можно управлять путем изменения тока возбуждения.У них достаточно хорошее регулирование напряжения во всем диапазоне скоростей машины.
- Бесщеточное возбуждение
- Охлаждение
Эффективность очень большого генератора может достигать 98% или 99%, но для генератора мощностью 1000 МВт потеря эффективности всего на 1% означает, что необходимо рассеять 10 мегаватт потерь, в основном в виде тепла. Чтобы избежать перегрева, необходимо принимать специальные меры предосторожности при охлаждении, и обычно одновременно используются два вида охлаждения. Охлаждающая вода циркулирует по медным стержням в обмотках статора, а водород проходит через корпус генератора.Водород имеет то преимущество, что его плотность составляет всего около 7% от плотности воздуха, что приводит к меньшим потерям на ветер из-за того, что ротор взбивает воздух в машине, а его теплоемкость в 10 раз больше, чем у воздуха, что обеспечивает превосходную способность отвода тепла.
Машины с вращающимся полем используются на электростанциях большой мощности в большинстве национальных электросетевых систем мира. Мощность возбуждения поля, необходимая для этих огромных машин, может достигать 2,5% выходной мощности (25 кВт в 1.0 МВт), хотя это уменьшается по мере увеличения эффективности с увеличением размера, так что генератору 500 МВт требуется 2,5 МВт (0,5%) мощности возбуждения. Если напряжение возбуждения составляет 1000 Вольт, требуемый ток возбуждения будет 2500 Ампер. Обеспечение такого возбуждения через контактные кольца представляет собой техническую проблему, которую удалось преодолеть путем выработки необходимой мощности внутри самой машины с помощью пилотного трехфазного стационарного генератора поля на том же валу. Переменный ток, генерируемый в обмотках пилотного генератора, выпрямляется и подается непосредственно на обмотки ротора для возбуждения основной машины.
Меньшие версии обеих вышеперечисленных машин могут использовать постоянные магниты для создания магнитного поля машины, и, поскольку для создания поля не используется энергия, это означает, что машины проще и эффективнее.Однако недостатком является то, что нет простого способа управления такими машинами. Синхронные генераторы с постоянными магнитами (PMSG) обычно используются в недорогих «генераторных установках» для обеспечения аварийного питания.
Выходное напряжение и частота генератора с постоянными магнитами пропорциональны скорости вращения, и хотя это может не быть проблемой для приложений, работающих от механических приводов с фиксированной скоростью, для многих приложений, таких как ветряные турбины, требуется фиксированное выходное напряжение и частота, но приводятся в действие первичными двигателями с регулируемой скоростью.В этих случаях могут потребоваться сложные системы управления с обратной связью или внешнее регулирование мощности для обеспечения желаемого стабилизированного выхода.
Обычно выходной сигнал выпрямляется, и изменяющееся выходное напряжение подается через промежуточный контур постоянного тока на повышающий стабилизатор, который обеспечивает фиксированное напряжение, соединенное с инвертором, который обеспечивает выход фиксированной частоты.
Генератор, аналогичный по конструкции реактивному электродвигателю, представляет собой машину с двумя выступами без магнитов и щеток.Поскольку инертные железные полюса ротора генератора сопротивления движутся мимо полюсов статора, изменяющееся сопротивление магнитной цепи генератора сопровождается соответствующим изменением индуктивности полюсов статора, что, в свою очередь, вызывает индуцирование тока в обмотки статора. Таким образом, на каждом полюсе статора появляется импульсный сигнал. В многофазных машинах выходные сигналы каждой фазы подаются на преобразователь, который последовательно включает каждую фазу в звено постоянного тока, чтобы обеспечить напряжение постоянного тока.Система требует определения положения на валу ротора, чтобы контролировать время срабатывания переключателей преобразователя. Эти датчики положения также позволяют контролировать ток, изменяя углы включения и выключения выходного тока в зависимости от положения ротора. Как и в случае с генератором на постоянных магнитах, понижающие-повышающие регуляторы также используются для управления выходом.
К сожалению, машина не является самовозбуждающей по своей природе, и для запуска были приняты различные методы, в том числе обеспечение постоянного тока возбуждения от резервной батареи через обмотки статора во время запуска или использование небольших постоянных магнитов, встроенных в некоторые полюсов ротора.
- Характеристики
- Приложения
Компактная, прочная конструкция.
Работа с переменной скоростью.
Фазы генератора полностью независимы.
Недорого в производстве.
Поскольку они имеют простые инертные роторы без обмоток или встроенных магнитов, они могут приводиться в движение с очень высокой скоростью и работать в условиях высоких температур окружающей среды.
Подходит для конструкций мощностью до мегаватт и скоростью более 50 000 об / мин.
Системы привода гибридных электромобилей (HEV), автомобильные стартер-генераторы, вспомогательная электроэнергетика для самолетов, ветряные генераторы, высокоскоростные газотурбинные генераторы.
См. Также Встроенный стартер-генератор
Асинхронные генераторы — это в основном асинхронные двигатели, скорость вращения которых немного превышает синхронную скорость, связанную с частотой питания.См. Объяснение того, как работают асинхронные двигатели на странице Двигатели переменного тока. Однако индукционные генераторы не имеют средств производства или генерации напряжения, если они не подключены к внешнему источнику возбуждения. Конструкция с короткозамкнутым ротором используется для малой энергетики, потому что она проста, прочна и недорога в производстве.
Как и в случае с асинхронным двигателем, когда обмотки статора многофазного индукционного генератора подключены к сети переменного тока, под действием трансформатора напряжение индуцируется в обмотках ротора или проводящих стержнях ротора с короткозамкнутым ротором с частота этого индуцированного напряжения в роторе равна частоте приложенного напряжения статора.Когда отдельные обмотки ротора закорочены или соединены друг с другом через внешний импеданс (проводящие стержни ротора с короткозамкнутым ротором уже замкнуты накоротко), через катушки протекает большой ток, создающий магнитное поле, которое по закону Ленца имеет полярность, противоположную полю статора. Это заставляет ротор вращаться, увлекаемый магнитным притяжением за вращающимся полем, создаваемым статором. Величина крутящего момента на роторе зависит от величины относительной скорости между вращающимся ротором и вращающимся полем, создаваемым статором, обычно называемым скольжением.Таким образом, ротор ускоряется до синхронной скорости, установленной частотой питания сети, достигая максимума, когда величина индуцированного тока ротора и крутящего момента уравновешивают приложенную нагрузку, в то же время частота токов, индуцируемых в роторе. обмотки уменьшаются в соответствии с частотой скольжения. Но чем быстрее вращается ротор, тем меньше результирующая относительная разница скоростей между обоймой ротора и вращающимся полем статора или скольжение, и, следовательно, напряжение, индуцированное в обмотке ротора.Когда ротор приближается к синхронной скорости, его крутящий момент уменьшается в соответствии с проскальзыванием, уменьшая ускорение, поскольку ослабляющее магнитное поле ротора недостаточно для преодоления потерь на трение ротора в режиме холостого хода. В результате ротор продолжает вращаться медленнее, чем синхронная скорость. Это означает, что в электродвигательном режиме асинхронная машина никогда не сможет достичь своей синхронной скорости, потому что на этой скорости не будет тока, индуцированного в короткозамкнутом роторе, магнитного поля и, следовательно, крутящего момента.
Однако в режиме генератора статор по-прежнему подключен к сети, обеспечивающей необходимое вращающееся поле, но вал ротора приводится в движение внешними средствами со скоростью, большей, чем синхронная скорость, так что электромагнитные реакции меняются на противоположные, поскольку ротор будет вращаться быстрее. чем вращающееся магнитное поле статора, так что полярность скольжения меняется на обратную, а полярность напряжения и тока, индуцируемых в роторе, аналогичным образом изменяется.В то же время под действием трансформатора ток в роторе будет индуцировать ток в катушках статора, которые теперь обеспечивают выходную энергию генератора на нагрузку. Когда скорость ротора превышает синхронную скорость, индуцированное напряжение и ток в стержнях ротора и катушках статора будут увеличиваться по мере того, как относительная скорость между ротором и вращающимся полем статора и, следовательно, увеличивается скольжение. Это, в свою очередь, потребует более высокого крутящего момента для поддержания вращения.
Выходное напряжение генератора регулируется величиной тока возбуждения.
На следующей диаграмме показаны характеристики многофазной асинхронной машины, когда она сконфигурирована как двигатель или как генератор.
Поскольку ток ротора пропорционален относительному движению между вращающимся полем статора и скоростью ротора, известному как «скольжение», ток ротора и, следовательно, крутящий момент прямо пропорциональны скольжению в стабильной рабочей области вокруг синхронной скорость машины и частота тока ротора такая же, как частота скольжения.
При синхронной скорости скольжение равно нулю, и электричество не будет потребляться двигателем или производиться генератором. Хотя обе машины работают на скоростях в пределах нескольких процентов от синхронной скорости, они являются асинхронными машинами.
Увеличение нагрузки на генератор снижает его скорость и, следовательно, его выходную частоту, в то время как увеличение крутящего момента на приводном валу увеличивает его скорость и выходную частоту. Уменьшение нагрузки и крутящего момента имеет противоположный эффект.
- Индукционный генератор с постоянной скоростью
- Самовозбуждающийся индукционный генератор с регулируемой скоростью (SEIG)
- Эксплуатация
- Контроль
Асинхронные генераторы с фиксированной скоростью, подобные описанному выше, фактически работают в небольшом диапазоне скоростей, связанном с проскальзыванием генератора. Они получают возбуждение от электросети и могут работать только параллельно с этим источником. При использовании в сети они подходят для возврата энергии в сеть, из которой они получают ток возбуждения, но бесполезны в качестве резервных генераторов, когда электрическая сеть выходит из строя.Их ограниченный диапазон скоростей ограничивает возможные применения.
Маломасштабные системы производства электроэнергии довольно часто представляют собой автономные приложения, удаленные от электросети и использующие в качестве источника энергии сильно колеблющиеся источники энергии, такие как энергия ветра и воды. Индукционный генератор с фиксированной скоростью не подходит для таких применений.Индукционным генераторам с регулируемой частотой вращения требуется некоторая форма самовозбуждения, а также регулировка мощности, чтобы иметь возможность практического использования их нерегулируемого выходного напряжения и частоты.
Самовозбуждение достигается подключением конденсаторов к клеммам статора генератора. При возбуждении от внешнего первичного двигателя в катушках статора будет индуцироваться небольшой ток, поскольку поток из-за остаточного магнетизма в роторе разрезает обмотки, и этот ток заряжает конденсаторы.Когда ротор вращается, поток, пересекающий обмотки статора, будет меняться в противоположном направлении, поскольку ориентация остаточного магнитного поля меняется вместе с ротором. Индуцированный ток в этом случае будет иметь противоположное направление и будет стремиться к разрядке конденсаторов. В то же время заряд, высвобождаемый из конденсаторов, будет стремиться усилить ток, увеличивая поток в машине. Поскольку ротор продолжает вращаться, наведенная ЭДС и ток в обмотках статора будет продолжать расти, пока установившееся состояние достигается в зависимости от насыщения магнитной цепи в машине.В этой рабочей точке напряжение и ток будут продолжать колебаться при заданном пиковое значение и частота определяются характеристиками машины, воздушным зазором, скольжением, нагрузкой и выбором размеров конденсатора. Комбинация этих факторов устанавливает максимальные и минимальные пределы диапазона скоростей, в котором происходит самовозбуждение. В рабочее скольжение обычно невелико и изменение частоты зависит от рабочей скорости спектр.
Если генератор перегружен, напряжение будет быстро разрушаются (см. диаграмму выше), обеспечивая некоторую встроенную самозащиту.
При работе с регулируемой частотой вращения индукционному генератору требуется преобразователь частоты для адаптации выходной частоты переменного тока генератора к фиксированной частоте приложения или электросети.Во время работы в самовозбуждающемся индукционном генераторе есть единственный контролируемый фактор, влияющий на выходную мощность — это механический вход от первичного двигателя, поэтому система не поддается эффективному управлению с обратной связью. Для обеспечения регулируемого выходного напряжения и частоты внешний AC / DC / AC конвертеры требуются. Трехфазный диодный мост используется для выпрямления выходного тока генератора, обеспечивая звено постоянного тока на трехфазный тиристорный инвертор, который преобразует мощность от Линия постоянного тока на необходимое напряжение и частоту.
См. Также примеры и описание асинхронных индукционных генераторов с двойным питанием (DFIG) и линейного управления частотой синхронного генератора с фиксированной скоростью, которые используются для обеспечения регулируемой частоты и напряжения на выходе с регулируемым крутящим моментом и приводами с регулируемой скоростью в применениях ветряных генераторов.
Пульсации выходного напряжения можно минимизировать, используя многополюсные конструкции.
Конструкция генератора постоянного тока очень похожа на конструкцию двигателя постоянного тока.
Ротор состоит из электромагнита, обеспечивающего возбуждение поля. Ток к ротору поступает от статора или, в случае очень больших генераторов, от отдельного возбудителя, вращающегося на том же валу ротора. Подключение к ротору осуществляется через коммутатор, так что направление тока в обмотках статора меняет направление, когда полюса ротора проходят между чередующимися северным и южным полюсами статора.Ток ротора очень мал по сравнению с током в обмотках статора, и большая часть тепла рассеивается в более массивной конструкции статора.
В машинах с самовозбуждением при запуске из состояния покоя ток для запуска электромагнитов происходит из небольшого остаточного магнетизма, который существует в электромагнитах и окружающей магнитной цепи.
Автомобильный генератор — это машина переменного тока с регулируемой скоростью, обеспечивающая постоянный выходной сигнал постоянного уровня.
Типичный генератор представляет собой самовозбуждающую машину переменного тока.Используя генератор переменного тока, а не генератор постоянного тока, можно избежать использования коммутатора и его потенциальных проблем с надежностью.
