Устройство и работа генератора переменного тока: Устройство и принцип работы генератора переменного тока — урок. Физика, 8 класс.

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:

Генератор переменного тока Generac SG035	Генератор переменного тока Generac QT027 1P	Генератор переменного тока Honda EP 2500 CX
Мощность: 25. 2 кВт Топливо: газ Цена и описание >>	Мощность: 15.6 кВт Топливо: газ Цена и описание >>	Мощность: 2 кВт Топливо: бензин Цена и описание >>

Генератор переменного тока SKAT УГСБ-4500(-1)/220	Генератор переменного тока Robin-Subaru ЕВ 3.5/230-W120R	Генератор переменного тока SDMO T12HK
Мощность: 4.5 кВт Топливо: бензин Цена и описание >>	Мощность: 3.2 кВт Топливо: бензин Цена и описание >>	Мощность: 12 кВт Топливо: дизель Цена и описание >>

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.

Урок 43-3 Устройство и принцип работы генератора переменного тока

Рассмотрим замкнутый контур (рамку) площадью S, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого равна B. Контур равномерно вращается вокруг оси OO’ с угловой скоростью ω.

Магнитный поток, пронизывающий контур, определяется формулой Ф = BS cosΔφ, где Δφ — угол между вектором нормали n к плоскости контура и вектором В. Рамка вращается внутри магнита с частотой v, и за время t совершает N = vt оборотов. За оборот рамка поворачивается на угол 2π рад. Угол на который поворачивается рамка за время t: Δφ = 2π vt = ωt, тогда изменение магнитного потока ΔФ = BS cos Δφ = BS cos ωt .

В замкнутом контуре возникает э. д.с. индукции, которая по закону электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока .

Тогда получим мгновенное значение э.д.с.

e = — Ф’ = — (BS cos ωt)’ = BSω sin ωt

Следовательно э.д.с. индукции, возникающая в замкнутом контуре, при его равномерном вращении в однородном магнитном поле меняется со временем по закону синуса. Э.д.с. индукции максимальна при sin ωt = 1, т.е. α = ωt = π/2

Величина ε₀ = ωBS – называется амплитудным значением э.д.с. индукции.

Если такой контур замкнуть на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток, сила и направление которого изменяются. Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле является простейшимгенератором переменного тока.

В нашей стране используется переменный ток частотой 50 Гц (в США – 60 Гц). Такой ток вырабатывается генераторами.

Генераторы электрического тока – это устройства для преобразования различных видов энергии – механической, химической, тепловой, световой и др. – в электрическую.

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции.

В настоящее время имеется много различных типов генераторов. Но все они состоят из одних и тех нее основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС — электродвижущая сила (в рассмотренной модели генератора это вращающаяся рамка).

Неподвижную часть генератора называют статором, а подвижную – ротором.

Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока (Ф_m = BS) через каждый виток.

В изображенной на рисунке модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором. Магнитное поле создает неподвижный постоянный магнит. Разумеется, можно было бы поступить и наоборот: вращать магнит, а рамку оставить неподвижной. К концам обмотки ротора присоединены контактные кольца. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.

Модель генератора переменного тока.

Промышленные генераторы имеют намного большие размеры, для увеличения напряжения, снимаемого с клемм генератора, на рамки наматывают не один, а много витков. Во всех промышленных генераторах переменного тока витки, в которых индуцируется переменный ток, устанавливают неподвижно, а вращается магнитная система. Если ротор вращать с помощью внешней силы, то вместе с ротором будет вращаться и магнитное поле, создаваемое им, при этом в проводниках статора будет индуцироваться э.д.с.

Принцип действия генератора переменного тока следующий. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока магнитной индукции.

В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки.

Структурная схема генератора переменного тока.

Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том левее валу (В настоящее время постоянный ток в обмотку ротора чаще всего подают из статорной обмотки этого же генератора через выпрямитель).

В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны.

Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.

Как работает генератор переменного тока | Technician.Academy

Автомобильные аккумуляторы не могут удовлетворять потребности электрической системы в течение продолжительных периодов времени. Работа генератора заключается в восстановлении питания аккумуляторной батареи. 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 в Plymouth Valiant. До этого использовались генераторы постоянного тока (DC). Как генераторы постоянного тока, так и генераторы переменного тока основаны на явлении, известном как электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция возникает, когда электричество возникает при перемещении проводника через магнитное поле. Это также может произойти, когда магнитное поле проходит через проводник. Для создания электричества в генераторе постоянного тока проводник вращается, а поле удерживается. В генераторе переменного тока проводник неподвижен, а поле вращается.

Несмотря на то, что они почти одинаковы, генератор не мог вырабатывать ток, достаточный для питания ряда электрических аксессуаров на современных автомобилях. Из-за этого от него отказались в пользу генератора.

Ротор, статор и диоды

Появление полупроводников привело к созданию многих устройств, от домашнего компьютера до транзисторного радиоприемника. Генератор переменного тока является одним из таких устройств, в основе которого лежит полупроводник, называемый диодом. Диод позволяет току проходить только в одном направлении, а не в другом. Это преобразует напряжение переменного тока (AC) в напряжение постоянного тока (DC), которое может использовать автомобиль.

Генератор переменного тока предназначен для преобразования механической энергии в электрическую. Он приводится от коленчатого вала двигателя ремнем. Ремень вращает шкив, прикрепленный к валу ротора. Ротор представляет собой магнитный железный сердечник, намотанный на катушку из проволоки. Два конца катушки прикрепляются к медным контактным кольцам, которые затем прикрепляются к щеткам. Одна из щеток подключена к земле, а другая подключена к полевой клемме в регуляторе напряжения. Прядильный ремень вращает ротор, расположенный внутри статора. Поскольку ротор — это магнит, а статор — проводник, вращение ротора создает электричество в обмотках статора. Это индукция в действии.

Внутри статора находятся три витка провода, каждый из которых генерирует собственное напряжение переменного тока. Это напряжение должно быть преобразовано 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, которые позволяют току проходить только в одном направлении. Диод блокирует выход отрицательного напряжения с каждой катушки статора, поэтому на транспортное средство поступает только положительное напряжение. Чтобы визуализировать это, подумайте о переменном напряжении, которое представляет собой синусоиду. После прохождения напряжения через выпрямленный мост синусоида разрезается пополам вдоль ее горизонтальной оси.

Регуляторы напряжения

Генераторам переменного тока требуется регулятор напряжения для контроля выработки электроэнергии. Для выполнения этой задачи регулятор включает и выключает цепь управления ротором, уменьшая его магнитное поле. В результате напряжение, поступающее на статор, снижается, как и общая выходная мощность генератора. В старых генераторах переменного тока использовался внешний регулятор или регулятор, встроенный в генератор. Они могут быть как механическими, так и с электронным управлением.

В современных автомобилях за регулирование напряжения отвечает модуль управления силовым агрегатом (PCM). Нет необходимости в отдельном регуляторе. В большинстве случаев PCM контролирует напряжение аккумулятора, частоту вращения двигателя и температуру аккумулятора. Затем он подает импульс на катушку возбуждения генератора переменного тока для управления выходным сигналом.

Индикаторы зарядки

Датчики и сигнальные лампы используются для предупреждения водителя о проблемах 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 системе зарядки и используются для измерения напряжения системы зарядки. Вольтметр представляет собой катушку с проводом, расположенную между двумя магнитами. По мере того, как ток от системы зарядки увеличивается, катушка провода перемещается, заставляя указатель перемещаться по манометру.

Вольтметры известны своей неточностью, поэтому большинство производителей перешли на сигнальные лампы. В большинстве случаев индикаторы предупреждения о заряде получают питание от замка зажигания. Они заземляются через регулятор напряжения. Когда зажигание включено, а двигатель не работает, индикатор имеет замкнутую цепь и загорается. 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 будет продолжать получать массу от регулятора. Это будет держать его освещенным.

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

Автомобильный генератор Что это? Как это работает?

Что такое автомобильный генератор?

Автомобильный генератор представляет собой устройство, использующее физический закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Неймана для тех из вас, кто только что закончил среднюю школу) для преобразования механической энергии в 0008 электричество энергия .

В первых автомобилях, где не было электроники, не было и генератора. Как только появилась электроника, более ста лет назад, возникла необходимость создавать электричество и хранить его.

Решение было найдено путем оснащения каждого автомобиля аккумулятором и генератором для его зарядки.

Короче говоря, генератор в машине — это не что иное, как большая динамо-машина, такая же, которую мы использовали в старых мотоциклах. Он использует вращение двигателя для выработки электроэнергии в виде переменного тока.

Это электричество позволяет нам иметь кондиционер, отопление, блок управления, фары и габаритные огни. Вот почему генератор переменного тока играет решающую роль в современных автомобилях.

Помните, что автомобильный аккумулятор используется только для хранения энергии, позволяющей выключить зажигание. Как только машина заводится, почти все электричество подается генератором, а не аккумулятором.

На практике выход из строя генератора автомобиля приводит к тому, что весь автомобиль переходит в состояние «капут», даже приводя к его остановке во время движения.

Как работает автомобильный генератор?

Как уже объяснялось, автомобильный генератор представляет собой не что иное, как электромеханическое устройство, преобразующее механическую энергию двигателя в переменный ток.

Для этого используется закон физики электромагнитной индукции, также известный как Фарадея-Неймана .

В этой статье мы не хотим открывать симпозиум по физике, но этот закон описывает, как при генерации магнитных полей механическая энергия преобразуется в электрическая энергия. Преобразование очень эффективно, и фактически почти 100% механической энергии преобразуется в электрическую энергию.

Автомобили — это лишь одно из применений генераторов переменного тока. Почти вся электроэнергия, которую мы потребляем, на самом деле производится с помощью генераторов переменного тока.

На гидроэлектростанциях используются большие турбины, механическая энергия которых преобразуется в электроэнергию генератора переменного тока.

Атомные электростанции используют энергию атома для нагрева большого количества воды. Они производят пар (как мокко Bialetti в домашних условиях), который толкает и вращает огромные турбины, которые, угадайте что, благодаря большому генератору переменного тока производят электричество. Мы получаем идею.

Какие проблемы может вызвать автомобильный генератор?

Автомобильный генератор играет основную роль в питании электрической системы автомобиля и подзарядке аккумуляторной батареи.

Учитывая сложность генератора автомобиля, причин проблем может быть много. Однако неисправность может возникать по двум причинам, связанным с текущим выходным напряжением:

• Генератор переменного тока не заряжает аккумулятор . Неисправность генератора автомобиля может привести к недостаточному напряжению для зарядки аккумулятора.
• Генератор перезаряжает аккумулятор . Неисправность также может привести к перезарядке аккумулятора слишком высоким напряжением. Это, пожалуй, наихудший случай, поскольку другие электрические компоненты, такие как блок управления, также могут быть повреждены.

Каковы симптомы неисправности автоматического генератора?

Электрические системы являются одними из самых сложных систем на борту современных автомобилей. Чтобы дать вам представление о , в каждом автомобиле есть несколько километров электропроводки на борту.

Это делает очень сложным определение точной проблемы и увеличивает стоимость человеко-часов механика.

Тем не менее, неисправный генератор можно определить по следующим признакам:

• Аккумулятор и генератор лампочка загорается — если лампочка горит постоянно и не гаснет после включения, возможно, проблема в генераторе. аккумулятор или генератор.
• Затемнение фар и фары — один из первых признаков неисправности генератора — это когда начинает тускнеть ближний свет или освещение салона. В этом случае генератор переменного тока неправильно питает электрическую систему и вызывает колебания мощности.
• Фары и фары мерцают — если свет продолжает меняться по мощности, генератор автомобиля определенно неисправен и больше не может производить мощность.
• Аккумулятор на земле — если аккумулятор на земле, проблема не обязательно в генераторе. Однако, если вы регулярно пользуетесь автомобилем и аккумулятор не слишком старый, проверьте исправность генератора. Часто заменяют несколько аккумуляторов, а потом выясняют, что проблема в генераторе.
• Пахнет горелым металлом или пластиком : если кабель поврежден и не передает энергию должным образом, он будет нагреваться. В конце концов он горит и пахнет горелым пластиком или металлом. Источником проблемы может быть неисправный генератор машины.
• Изношенный сервисный ремень — изношенный ремень становится не признаком неисправности генератора, а причиной. Если катушка генератора не вращается должным образом, она будет повреждена.
• Механический рык — один из звуков, который многие водители слышат незадолго до того, как их генератор переменного тока сдохнет, — это механический рык. Это связано с тем, что вращающиеся внутренние части были повреждены и поцарапаны стенкой генератора, вызывая этот необычный шум.
• Медленное электрооборудование : если вы заметили, что окна медленно поднимаются или опускаются или сиденье с электроприводом движется медленно, возможно, неисправен генератор.
• Трудности при запуске автомобиля — если генератор не работает должным образом, это может вызвать трудности при запуске автомобиля так же, как и аккумулятор.

Что такое символ автомобильного генератора?

Автомобильный генератор не имеет собственного символа или индикатора , но он разделяет их со своим вечным аналогом — аккумулятором.

Для тех, кто не помнит, индикатор аккумулятора/генератора красный один представлен квадратом со знаками «+» и «-» внутри.

Индикатор аккумулятора/генератора может иметь несколько значений. Если вы видите его, вы можете прочитать нашу специальную статью.

В некоторых автомобилях проблемы с генератором выводятся на электронный дисплей, например, «Проблемы с генератором » или « Неисправность генератора», за которым обычно следует «Остановите автомобиль и выключите двигатель». Генератор на самом деле является другим способом обращения к генератору переменного тока. В любом случае проблема определенно в генераторе и его необходимо заменить.

Автомобильный генератор Цена

Как и при любом ремонте автомобиля, цена замены генератора машины складывается из стоимости детали и человеко-часов механика .

В принципе, у хорошего механика должно уйти не более двух часов на демонтаж старого генератора и установку нового. Следовательно, общая стоимость труда не должна превышать 100 евро.

С другой стороны, более сложно установить цену на запасную часть, которая сильно различается в зависимости от марки и места приобретения . Цена нового генератора варьируется от 50 до 400 евро.

Таким образом, замена генератора будет стоить от 150 до 500 евро.

Что делать, если сломался генератор машины?

Если вы обнаружите, что генератор автомобиля сломан, лучше всего остановить автомобиль и вызвать эвакуатор .

На эвакуатор вы, скорее всего, потратите больше, чем на замену, но оно того стоит.

Ходьба с неисправным генератором может вывести из строя всю электрическую систему автомобиля

, а также повредить и расплавить многие электронные компоненты.

Если напряжение слишком высокое, оно может вывести из строя блок управления, который, не регулируя другие компоненты, может вызвать цепной эффект.

Без контроля блока управления повреждение может распространиться на механические части , причинив ущерб на тысячи евро.