Изучаем генераторы постоянного и переменного тока
Работа электронного оборудования, бытовых электрических сетей и автомобилей прямо зависит от генераторов. Статья подробно раскроет тему, что такое генераторы постоянного и переменного тока. Будет описан каждый тип этих устройств, разновидности, принцип работы.
Простейший генератор переменного тока состоит из следующих частей:
Работает простой альтернатор по следующему принципу:
- Постоянные магниты создают магнитное поле.
- При вращении медной рамки, эти поля пересекаются самой рамкой.
- При пересечении полей, на рамке образуется электричество.
- При отсутствии пересечения, напряжение пропадает.
Рамка, осуществляя одно полное вращение, дважды пересекает магнитное поле. Таким образом направленность ЭДС меняется на противоположную. Смена направленности ЭДС приводит к возникновению синусоидального или переменного тока.
Автомобильные генераторы
- Генератором вырабатывается переменный ток. При этом устройство имеет трехфазную обмотку, соединенную по схеме «звезда».
- С каждой фазы ток поступает на один из 6 диодов, из которых состоит мост. За 1 период в преобразовании задействуется 2 диода для каждой фазы.
- Смена потенциала тока на каждой фазе заставляет диоды пропускать ток только в определенном направлении.
Генераторы переменного тока
Генераторы переменного тока устроены и работают по принципу простейшего экспериментального альтернатора. Эти устройства состоят из следующих элементов:
- Ротор. Представляет собой металлический сердечник, надетый на основной вал генератора. Ротор может быть оснащен обмоточным проводом или не иметь его. Все зависит от типа устройства. Ротор подвижная часть устройства. Приводится в движение за счет приводного механизма (двигателя, турбины, лопастей).
- Статор. Неподвижная часть, которая так же оснащена медной обмоткой. Обмотка помещена в специально прорезанные пазы, имеет изоляцию между металлическим корпусом и самим проводом.
- Контактные кольца с щетками или коллектором. Эти элементы используются для подачи постоянного напряжения к обмоткам для их первоначального возбуждения. Также коллектор используется в качестве выпрямителя. Он предотвращает смену направленности.
- Ток возбуждения поступает на обмотку статора, который является постоянным магнитом. Далее происходит образование магнитного поля.
- Вращающийся ротор с обмоткой также становится постоянным магнитом. Из-за этого создается ЭДС между статором и ротором.
- Во время вращения происходит пересечение магнитного поля, за счет чего образуется переменный ток.
- Ток поступает через коммутационный щеточный узел в подключенную цепь.
Генераторы переменного тока имеют множество разновидностей. Они отличаются по:
Также генераторы могут отличаться по способу эксплуатации. Они бывают стационарными или переносными.
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.
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.
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:
где B – индукция; l – длина стороны витка; v – скорость перемещения пазовых сторон витка.
Допустим, что магнитная индукция в воздушном зазоре рассматриваемой схемы распределяется синусоидально:
Тогда ЭДС витка при вращении якоря будет также изменяться по синусоидальному закону. Угол α определяет изменение положения якоря относительно исходного положения.
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.
Генератор постоянного тока – принцип действия, устройство, как работает
Устройство автомобильного генератора: особенности конструкции
Генераторы в автомобилях могут отличаться по размерам и схемам реализации тех или иных устройств (корпус генератора, привод и т.д.). Также под капотом решение может иметь различные места установки. Общими в устройстве являются следующие элементы:
Указанные составные части находятся в корпусе. Ключевыми параметрами генераторов для автомобилей являются следующие номинальные показатели: напряжение, ток, частота вращения, самовозбуждение на определенной частоте, КПД устройства.
Необходимо добавить, что вал ротора также является местом установки вентилятора-крыльчатки и приводного шкива. Сам ротор вращается на подшипниках. Подшипники могут быть как шарикового, так и роликового типа в области контактных колец, что зависит от индивидуальных особенностей конструкции.
Еще одной функцией регулятора напряжения является изменение напряжения, которое необходимо для эффективной подзарядки АКБ с учетом наружной температуры. С понижением температуры за бортом устройство подает больше напряжения на аккумулятор.
Рекомендуем также прочитать статью о том, как проверить реле регулятор генератора. Из этой статьи вы узнаете о доступных способах проверки устройства в том случае, если аккумулятор не заряжается от генератора или наблюдаются различные сбои в процессе зарядки АКБ.
Что касается привода генератора, данное решение представляет собой ременную передачу (с использованием клиновых или поликлиновых ремней), посредством которой вращается ротор. Ротор генератора по частоте вращения крутится до 3 раз быстрее самого коленвала. Добавим, что на современных авто используется поликлиновый ремень.
Генераторы постоянного тока
Диагностика неисправностей генератора
Диагностику генератора следует производить только с помощью вольтметра или амперметра.
- Проверять путем короткого замыкания, «на искру». Значительные перепады напряжения с большой долей вероятности выведут из строя все электронные системы автомобиля.
- Соединять клемму «30» или «В+» с «массой» или клеммой 67 ( «D+»).
- Позволять работать генератору при отключенном аккумуляторе или без нагрузки, то есть, когда нет включенных потребителей.
- Осуществлять сварку кузова при подключенных проводах генератора и аккумулятора.
- При включении аккумулятора внимательно следить за полярностью батареи. Иначе большая вероятность вывести из строя диоды выпрямителя.
- При отсоединении проводов генератор следует внимательно следить за тем, где они находятся, чтобы случайно не замкнуть их между собой. Неосторожное соединение проводов может вывести из строя узлы генератора.
- Если необходимо заменить проводку, то использовать можно только на провода с аналогичными параметрами (сечением и длиной).
Реле регулятора
- индикатор разряда аккумулятора горит или мигает во время работы мотора;
- произошла разрядка аккумулятора или его выкипание (перезарядка);
- яркость света фар снизилась;
- от генератора исходят писк, вой, другие посторонние звуки.