Генератор переменного тока: устройство, принцип работы, назначение. Чем отличается генератор постоянного тока от генератора переменного тока

Устройство генератора переменного тока

Для начала давайте разберемся, зачем нужен переменный ток? Как известно, в первых электрических установках применялся только ток постоянный. Но со временем испытатели пришли к выводу, что гораздо выгодней с экономической точки зрения использовать переменный ток, то есть такой, у которого показатели направления и значения не являются неизменными.

С тех пор все шире применяются генераторы переменного тока.

Принцип устройства генератора переменного тока

Переменный ток вырабатывается на электростанциях при помощи специальных электромашинных синхронных генераторов. Основное, что нужно знать для понимания их принципа действия, — это электромагнитная индукция. При помощи паровой или водяной турбины образуются значения механической энергии, которая при помощи преобразования изменяется в электрическую энергию.

Как правило, подобное устройство состоит из проводов и трех больших катушек. Под действием электрического магнита происходит вращение ротора или привода. При этом появляется магнитное поле, которое передается на статоры.

Напряжение передается при помощи коллекторных щеток и колец. Это происходит следующим образом: происходит вращение коленвала и вместе с ним, роторных колец из меди, после чего под действием этого вращения к ротору примыкают щетки. Таким образом происходит передача электрического тока от частей генератора, находящихся в неподвижном состоянии, к его вращающимся частям. Так производятся магнитные поля, которые, в свою очередь, производят электрические потоки, при помощи которых и заряжается аккумулятор.

Давайте посмотрим, какие генераторы бывают и что входит в их конструкцию.Прежде всего рассмотрим индукционные генераторы. В их конструкцию обязательно входит магнит, который позволяет создать магнитные поля. Второй важной частью является обмотка, на которой происходит индукция электро-движущей силы. Эта сила по своему значению прямо пропорциональна значению магнитного переменного потока.

Для того чтобы сгенерировать магнитный поток, в генераторе применяется конструкция, в которую входят два стальных сердечника. В одном из них находится обмотка для создания магнитного поля, а в другом – обмотка для создания электро-движущей силы. В результате вращения сердечника (вращающийся сердечник называется ротор) появляется магнитное поле. Сердечник, который находится в неподвижном положении, называется статор. Сердечники должны быть расположены максимально близко друг к другу, в этом случае поток магнитного поля будет сильней.

Генераторы, которые используются в промышленных целях, включают электромагнит как основную вращающуюся часть и неподвижный статор. Для того чтобы к ротору подводился ток, используется система со скользящими контактами.

Кроме того, стоит упомянуть о такой важной составляющей части ротора как щетки. Они находятся в неподвижном положении и связывают его обмотку с частью внешней цепи. Очень важен тот момент, что генератор отдает наружу ток гораздо большей силы, чем сила тока, возникающая в его обмотках при появлении магнитного поля. Именно поэтому ток получают с неподвижной части обмоток.

Для выработки тока для работы генератора используется еще один генератор, который называется возбудитель и подает постоянный ток.

Если генератор не отличается большой мощностью, то можно обойтись без колец и щеток, только при помощи вращающегося магнита.

Как правило, промышленные генераторы отличаются очень серьезными размерами. Но при этом размер каждой запчасти там выверен до малейшего миллиметра. Именно благодаря точности конструкции удается добиться генерации мощного потока электроэнергии.

Стоит также выделить синхронные и асинхронные генераторы. Асинхронный более прост в своей конструкции, отличается невысокой стоимостью, но при этом- большой устойчивостью к перегрузкам и коротким замыканиям. Сфера его применения очень широка – от ламп накаливания до электронагревателей и сложной электроники. Но стоит иметь в виду, что этот вид генераторов плохо относится к кратковременным перегрузкам и при выборе важно закладывать запас мощности.

Синхронные генераторы отличаются гораздо более высокой устойчивостью к перегрузкам, они способны выдержать до пятикратной перегрузки.

Генераторы переменного тока широко применяются в конструкции автомобилей.

Если рассмотреть конструкцию трехфазного автомобильного генератора, то внешне он выглядит как корпус с вентиляционными отверстиями. Вращение ротора происходит в подшипниках и начинается под действием шкива. На электромагните-роторе одна обмотка, на которую подается ток под воздействием щеток и колец из меди. Также важной частью является реле, регулирующее максимальную мощность напряжения.В статор входит треугольник из трех обмоток из меди. Также используются полупроводниковые диоды, которые преобразуют напряжение в постоянное.

В некоторых случаях для запуска генератора используется бензиновый двигатель, такой генератор соответственно называется бензиновым.

Широкое распространение генераторов переменного тока сегодня доказывает их эффективность и экономическую целесообразность. Генераторы постоянного тока сегодня используются гораздо реже, хотя в некоторых сферах они еще сохранились. Самая известная и широкая сфера их применения – это электротранспорт, знакомые всем нам троллейбусы и трамваи. В промышленности же практически повсеместно применяются генераторы, генерирующие переменный ток. Порой они совершенно гигантских размеров и производят огромные объемы электроэнергии в истинно промышленных масштабах. При этом конструкция и принцип действия подобных генераторов достаточно просты и понятны.

jelektro.ru

В автомобильном генераторе ток переменный или постоянный?

переменный трехфазный, но он тут же выпрямляется.

До моста переменный, после моста выпрямлен и постоянный!<br>Мост шесть диодов, три обмотки двигателя!

Ток переменный. Обосноваение: проше регулировать выходное напряжение. Генераторы постоянного тока - замучаешься. Помню еще из техникума

Уточнить хочу. Корректнее было-бы спросить о напряжении, так как форма тока зависит ещё и от типа нагрузки. Напряжение после моста будет действительно постоянным, а насчёт тока...зависит от нагрузки.

Добавлю, что не только выпрямленный, т.е. постоянный, но и напряжение, выдаваемое генератором ( и зависящее от оборотов ) на выходе ограничено регулятором в пределах 12,7 - 14,2 В (для большинства автомобилей). А обоснование простое: аккумулятор-то выдает только постоянный ток и преобразовывать его не выгодно ни экономически, ни энергетически.

Генератор переменного тока. Выпрямитель может быть встроенным. От этого генератор не перестает быть генератором переменного тока. Обоснование: Конструктивно проще, не надо коллектора - только токосъемник => износоустойчивость узла съема тока выше, соответственно - надежность. <a rel="nofollow" href="http://www.inomarka.h2.ru/me_03_08_13.shtml" target="_blank" >В современных автомобилях применяются вентильные генераторы. Это синхронные трехфазные электрические машины переменного тока, которые — как отечественные, так и зарубежные — имеют очень похожие конструкции и отличаются, если оставить в стороне качество изготовления, только габаритами, расположением присоединительных мест и отдельных узлов. </a> УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА Устройство генератора показано на фото. Корпус (5) и передняя крышка генератора (2) служат опорами для подшипников (9 и 10), в которых вращается якорь (4). На обмотку возбуждения якоря напряжение от аккумулятора подается через щетки (7) и контактные кольца (11). Якорь приводится в движение посредством клинового ремня через шкив (1). При запуске двигателя, как только якорь начинает вращаться, создаваемое им электромагнитное поле индуцирует переменный электрический ток в обмотке статора (3). В выпрямительном блоке (6) этот ток становится постоянным. Далее ток через совмещенный с выпрямительным блоком регулятор напряжения поступает в электросеть автомобиля для питания системы зажигания, освещения и сигнализации, контрольно-измерительных приборов и др. Аккумуляторная батарея подключится к числу этих приборов и начнет подзаряжаться чуть позднее, как только электроэнергии, вырабатываемой генераторной установкой, станет достаточно, чтобы обеспечить бесперебойное функционирование всех потребителей.

Генератор переменного тока. Вроде проще конструкция. выше нажёжность, чё-т типа того

Бывает и то и другое. На старых машинах (ГАЗ-21, ГАЗ-24, М-407, ЗАЗ-965 и многих других) стояли генераторы постоянного тока. Затем появились 3-х фазные генераторы переменного тока с 6-ти полупериодным выпрямителем. С точки зрения регулирования напряжения какой у Вас генератор (постоянный или переменный) безразлично. Причина перехода на генераторы переменного тока связана со значительно большим ресурсом коллекторного узла у переменников (коллекторные кольца не имеют разрывов и, соответственно, не искрят).

touch.otvet.mail.ru

Устройство генератора постоянного и переменного тока

Сегодня тематика электроснабжения интересна многим пользователям. Пытаясь разобраться в особенностях современных систем электроснабжения, человек сталкивается с вопросом – как работает и устроен генератор тока. В действительности, в этом устройстве нет ничего чрезвычайно сложного и в его особенностях может разобраться любой желающий.

Конструктивные и эксплуатационные особенности генераторов тока

Генератором тока называют устройство, преобразующее механическую энергию в электричество. Современные генераторы способны вырабатывать как переменный, так и постоянный электрический ток. Самым простым примером использования генераторов являются автомобили. До середины прошлого столетия в автотранспорте устанавливали генераторы постоянного тока, которые впоследствии были заменены компактными, функциональными и современными генераторами переменного тока с полупроводниковыми диодами.

Принцип работы генератора

Генераторы тока преобразовывают механическую энергию в электрическую, за счет вращения проволочной катушки в магнитном поле – закон электромагнитной индукции Фарадея. В качестве примера можно рассмотреть конструкцию и принцип работы простого генератора переменного тока, состоящего из проволочной рамки, которая вращается между полюсами неподвижного магнитного элемента. Концы проволочной рамки соединяются с контактным кольцом, скользящим по электропроводной щетке. В этом случае индуцированный ток будет протекать к внутреннему контактному кольцу при прохождении соединенной половины рамки мимо северного магнитного полюса. И наоборот, если другая половина рамки будет проходить мимо северного полюса магнита, электроток будет двигаться к внешнему контактному кольцу.

Трехфазные генераторы отлично подходят для выработки мощного переменного тока с минимальными затратами. Работа таких устройств основана на использовании одного магнита, который вращается относительно нескольких обмоток. Стандартные трехфазные генераторы обладают тремя катушками, расположенными на одинаковом расстоянии от оси магнита. В этом случае каждая катушка генератора будет вырабатывать электрический переменный ток при прохождении рядом с полюсом магнита.

Синхронные и асинхронные генераторы тока

По принципу работы все генераторы электрического тока разделяются на синхронные и асинхронные.

Асинхронные устройства отличаются низкой стоимостью и простотой, они обладают высокой устойчивостью к перегрузкам и коротким замыканиям. Такие приборы чаще всего используются для питания активной нагрузки – электрических нагревателей, электробытовых приборов, ламп накаливания и т.д. Следует отметить, что мощные перегрузки могут вывести из строя даже качественный асинхронный генератор, потому при подключении некоторых электрических потребителей, к примеру, электродвигателей или электрических инструментов, запас мощности у генератора должен быть трех- или четырехкратным.

Синхронные генераторы подходят для индуктивных потребителей электричества, обладающих высокими значениями токов при пуске. Такие устройства способны выдерживать кратковременные перегрузки без каких-либо отрицательных последствий.

Устройство трехфазного автомобильного генератора

Чтобы лучше разобраться в том, как работает и устроен генератор тока, можно подробно рассмотреть конструкцию автомобильного генератора. Такое устройство состоит из корпуса и двух крышек, оснащенных вентиляционными отверстиями. Ротор (электромагнит с одной обмоткой) генератора приводится в движение с помощью шкива и вращается в 2-х подшипниках. Ток на обмотку ротора поступает от двух медных колец и графитовых щеток, соединенных с электронным реле. Реле в генераторе необходимо для поддержания напряжения на допустимых значениях. В различных автомобильных генераторах реле бывают встроенными в корпус устройства и расположенными за пределами корпуса.

Статор включает в себя три медные обмотки, соединенные в треугольник между собой. К точкам соединения обмоток подключается выпрямительный мост, включающий в себя 6 полупроводниковых диодов, преобразующих электрический ток из переменного в постоянный.

podvi.ru

Генератор переменного тока. Устройство и принцип действия

В последнее время широкое распространение получили генераторы переменного тока, выгодно отличающиеся от генераторов постоянного тока своими габаритными размерами и способностью вырабатывать ток заряда при меньшей частоте вращения коленчатого вала двигателя. Они имеют повышенную надежность.

Генераторы переменного тока используют на гусеничных и колесных машинах (например, на КамАЗ-4310 и КЗКТ-7428). По своей конструкции генераторы переменного тока отличаются от коллекторных генераторов постоянного тока. У них почти вдвое меньше масса и втрое — расход меди. Благодаря более раннему началу отдачи зарядного тока (с момента приведения во вращение вала двигателя на режиме холостого хода) такие генераторы имеют существенно лучшие зарядные свойства по сравнению с генераторами постоянного тока.

Генератор переменного тока представляет собой трехфазную синхронную электромашину с электромагнитным возбуждением и выпрямителем. Генератор работает совместно с регулятором напряжения, обеспечивающим поддержание в электросети машины (с определенным допуском) требуемого постоянного напряжения.

Рис. Схема генератора переменного тока:1 — ротор; 2 — статор; 3, 9 — шарикоподшипники; 4 — шкив привода; 5 — вентилятор; 6, 10 — крышки; 7 — выпрямитель; 8 — контактные кольца; 11 — щеткодержатель; 12 — обмотка возбуждения; 13 — винты крепления фазовых обмоток статора к выпрямителю; 14 — винт «массы»

Принцип действия генератора переменного тока

Конструкции электрических генераторов переменного тока различны, но принцип их действия одинаков. Рассмотрим один из таких генераторов.

Статор 2 генератора с трехфазной обмоткой выполнен в виде отдельных катушек, в витках которых при вращении ротора 1 индуцируется переменное напряжение. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Обмотка возбуждения 12 выполнена в виде катушки и помещена на стальной втулке клювообразных полюсов ротора, обмотки которого питаются постоянным током от аккумуляторной батареи или выпрямителя 7, устанавливаемого на выходе генератора. В крышке 10 имеются вентиляционные окна, через которые циркулирует охлаждающий поток воздуха. Моноблок-радиатор способствует охлаждению выпрямителя, собранного из кремниевых вентилей (диодов) с допустимой температурой нагрева 150 °С.

Интересным компоновочным решением конструкции генератора переменного тока является генераторная установка магистральных автопоездов МАЗ. Она состоит из генератора и интегрального регулятора напряжения (ИРН). Номинальное вырабатываемое напряжение установки 28 В, номинальная мощность 800 Вт. Регулятор вмонтирован в основание щеткодержателя генератора. В крышку генератора также вмонтирован выпрямительный блок БПВ 4-45. Регулятор состоит из резисторов, конденсаторов, стабилитронов, транзисторов и других элементов. Он снабжен переключателем сезонной регулировки («летняя» и «зимняя»). Элементы ИРН смонтированы на малогабаритной керамической плате, закрытой специальной крышкой и залитой герметиком, что делает конструкцию неразборной и неремонтируемой.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Чем отличается генератор от двигателя! Конкретно устройством?

Двигатели постоянного тока могут работать в генераторном режиме всегда. В электровозах и трамваях даже предусмотрен режим рекуперационного торможения. Он включается всегда когда разогнавшийся электровоз или трамвай тормозят, останавливаются. Т. е. устройством конструктивно не очень сильно отличаются. В двигателях переменного тока, в частности асинхронных, и генераторах переменного тока ситуация несколько иная. Они взаимонеобратимы.

мощностью. и напряжением на выходе

двигатель - вырабатывает энергию генератор - собирает энергию

двигатель- прибор преобразующий электрическую энергию в механическую генератор- прибор преобразующий механическую энергию в электрическую

Генератор генерирует, а двигатель двигает. Что здесь неясного.

Молодой человек, разность состоит в том что, генератор вырабатывает энергию, не обязательно электрическую, двигатель же потребляет в своей сущности энергию! Теперь разберемся с взаимно обратимостью (как асинхронный двигатель может работать в режиме генератора, так и синхронный генератор может работать в режиме двигателя, в первом случае нужен первичный двигатель, во втором источник постоянного тока или постоянные магниты, напряжение на генераторе) Что касается рекуперативного как Алексей говорит торможения, так здесь это не по вопросу совсем!

Теоретически-ничем. Наверное слышал, что они обратимы. Но это только теоретически .Любой генератор может работать двигателем, но он будет плохим двигателем. Любой двигатель может работать генератором, но он будет плохим генератором. Разница в деталях. Наиболее близкая обратимость у автомобильных коллекторных генераторов старого образца. Если подать на него напряжение, он будет вращаться и при хорошей мощности на валу. А теперь вопрос, Хоть раз видел, что б его использовали как двигатель? А современные автогенераторы? Ну-ка запусти их как двигатель... А ведь есть пятифазные автогенераторы. Обычный асинхронный двигатель может работать генератором трёхфазного напряжения. Для этого необходимо придать ротору обороты, превосходящие синхронную частоту вращения. Как это сделать? Все двигатели и генераторы рассчитываются и делаются на конкретный вид работы. Использование для другого вида-экономически не эффективно. Те же трамвайные двигатели использовать только как двигатели нерационально-они сделаны и для генерирования. Потому внешне иногда можно сказать, что это -двигатель, а это- генератор, А иногда невозможно найти разницу.

touch.otvet.mail.ru

Генератор переменного тока: устройство, принцип работы, назначение

Домашний уют 1 января 2017

Электрический ток является основным видом энергии, совершающим полезную работу во всех сферах человеческой жизни. Он приводит в движение разные механизмы, дает свет, обогревает дома и оживляет целое множество устройств, которые обеспечивают наше комфортное существование на планете. Поистине, этот вид энергии универсален. Из нее можно получить все что угодно, и даже большие разрушения при неумелом использовании.

Но было время, когда электрические эффекты все так же присутствовали в природе, но никак не помогали человеку. Что же изменилось с тех пор? Люди стали изучать физические явления и придумали интересные машины – преобразователи, которые, в общем, и сделали революционный скачок нашей цивилизации, позволив человеку получать одну энергию из другой.

Так люди научились вырабатывать электричество из обычного металла, магнитов и механического движения – только и всего. Были построены генераторы, способные выдавать колоссальные по мощности потоки энергии, исчисляемые мегаваттами. Но интересно, что принцип действия этих машин не так уж сложен и вполне может быть понятен даже подростку. Что же такое генератор электрического тока? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Эффект электромагнитной индукции

Основой появления в проводнике электрического тока является электродвижущая сила - ЭДС. Она способна заставить перемещаться заряженные частицы, которых много в любом металле. Эта сила появляется только в случае, если проводник испытывает на себе изменение интенсивности магнитного поля. Сам эффект получил название электромагнитной индукции. ЭДС тем больше, чем больше скорость изменения потока магнитных волн. То есть, можно возле постоянного магнита перемещать проводник, или на неподвижный провод влиять полем электромагнита, меняя его силу, эффект будет один и тот же – в проводнике появится электрический ток.

Над этим вопросом в первой половине XIX века работали ученые Эрстед и Фарадей. Они же и открыли это физическое явление. В последствии на основе электромагнитной индукции были созданы генераторы тока и электродвигатели. Интересно, что эти машины легко могут быть преобразованы друг в друга.

Как работают генераторы постоянного и переменного тока

Понятно, что генератор электрического тока – это электромеханическая машина, вырабатывающая ток. Но на самом деле она есть преобразователь энергии: ветра, воды, тепла, чего угодно в ЭДС, которая уже вызывает ток в проводнике. Устройство любого генератора принципиально ничем не отличается от замкнутого проводящего контура, который вращается между полюсами магнита, как в первых опытах ученых. Только намного больше величина магнитного потока, создаваемого мощными постоянными или чаще электрическими магнитами. Замкнутый контур имеет вид многовитковой обмотки, которых в современном генераторе не одна, а минимум три. Все это сделано для того, чтобы получить как можно большую ЭДС.

Стандартный электрический генератор переменного тока (или постоянного) состоит из:

Корпуса. Выполняет функцию рамы, внутри которой крепят статор с полюсами электромагнита. В нем установлены подшипники качения роторного вала. Его изготавливают из металла, он также защищает всю внутреннюю начинку машины.
Статора с магнитными полюсами. На нем закреплена обмотка возбуждения магнитного потока. Его выполняют из ферромагнитной стали.
Ротора или якоря. Это подвижная часть генератора, вал которой приводит во вращательное движение посторонняя сила. На сердечнике якоря располагают обмотку самовозбуждения, где и образуется электрический ток.
Узла коммутации. Этот элемент конструкции служит для отведения электричества с подвижного вала ротора. Он включает в себя проводящие кольца, которые подвижно соединены с графитовыми токосъемными контактами.

Видео по теме

Создание постоянного тока

В генераторе, продуцирующем постоянный ток, проводящий контур вращается в пространстве магнитной насыщенности. Причем за определенный момент вращения каждая половина контура оказывается вблизи того или иного полюсника. Заряд в проводнике за этот полуоборот движется в одном направлении.

Чтобы получить съем частиц, сделан механизм отвода энергии. Его особенность в том, что каждая половина обмотки (рамки) соединена с токопроводящим полукольцом. Полукольца между собой не замкнуты, а закреплены на диэлектрическом материале. За период, когда одна часть обмотки начинает проходить определенный полюс, полукольцо замыкается в электрическую схему щеточными контактными группами. Получается, на каждую клемму приходит только одного вида потенциал.

Правильнее назвать энергию не постоянной, а пульсирующей, с неизменной полярностью. Пульсация вызвана тем, что магнитный поток на проводник при вращении оказывает как максимальное, так и минимальное влияние. Чтобы эту пульсацию выровнять, применяют несколько обмоток на роторе и мощные конденсаторы на входе схемы. Для уменьшения потерь магнитного потока зазор между якорем и статором делают минимальным.

Схема генератора переменного тока

Когда происходит вращение подвижной части генерирующего ток устройства, в проводниках рамки также наводится ЭДС, как и в генераторе постоянного тока. Но небольшая особенность – генератор переменного тока устройство коллекторного узла имеет другое. В нем каждый вывод соединен со своим токопроводящим кольцом.

Принцип работы генератора переменного тока следующий: когда половина обмотки проходит возле одного полюса (другая, соответственно, возле противоположного полюса), в цепи движется ток в одном направлении от минимума к наивысшему своему значению и снова к нулю. Как только обмотки меняют свое положение относительно полюсов, ток начинает свое движение в обратном направлении с той же закономерностью.

При этом на входе схемы получается форма сигнала в виде синусоиды с частотой полуволн, соответствующей периоду вращения вала ротора. Для того, чтобы получить на выходе стабильный сигнал, где частота генератора переменного тока постоянна, период вращения механической части должен быть неизменным.

Магнитные генераторы газового типа

Конструкции генераторов тока, где вместо металлической рамки как носитель зарядов используют токопроводящую плазму, жидкость или газ, получили название МГД-генераторов. Вещества под давлением прогоняют в поле магнитной напряженности. Под воздействием все той же ЭДС индукции заряженные частицы обретают направленное движение, создавая электрический ток. Величина тока прямо пропорциональна скорости прохождения через магнитный поток, а также его мощности.

Генераторы МГД имеют более простое конструктивное решение – в них отсутствует механизм вращения ротора. Такие источники питания способны выдавать большие мощности энергии в короткие промежутки времени. Их применяют в качестве резервных устройств и в условиях экстренных аварийных ситуаций. Коэффициент, определяющий полезное действие (КПД) этих машин выше, чем имеет электрический генератор переменного тока.

Генератор синхронный переменного тока

Существуют такие типы генераторов переменного тока:

Машины синхронные.
Машины асинхронные.

Синхронный генератор переменного тока имеет строгую физическую зависимость между вращательным движением ротора и генерируемой частотой электричества. В таких системах ротор – это электромагнит, собранный из сердечников, полюсов и возбуждающих обмоток. Последние запитываются от источника постоянного тока посредством щеток и кольцевых контактов. Статор же представляет собой катушки провода, соединенные между собой по принципу звезды с общей точкой – нолем. В них уже наводится ЭДС и вырабатывается ток.

Вал ротора приводится в движение посторонней силой, обычно турбинами, частота движения которых синхронизирована и постоянна. Электрическая цепь, подключаемая к такому генератору, представляет собой трехфазную схему, частота тока в отдельной линии которой смещена на фазу в 120 градусов относительно других линий. Чтобы получить правильную синусоиду, направление магнитного потока в просвете между статорной и роторной частью регулируют конструкцией последних.

Возбуждение генератора переменного тока реализуют двумя методами:

Контактным.
Бесконтактным.

В схеме контактного возбуждения на обмотки электромагнита через щеточную пару подают электроэнергию с другого генератора. Этот генератор может быть совмещен с валом основного. Он, как правило, имеет меньшую мощность, но достаточную, чтобы создать сильное магнитное поле.

Бесконтактный принцип предусматривает, что синхронный генератор переменного тока на валу имеет дополнительные трехфазные обмотки, в которых при вращении наводится ЭДС и вырабатывается электричество. Оно через выпрямляющую схему поступает на катушки возбуждения ротора. Конструктивно в такой системе отсутствуют подвижные контакты, что упрощает систему, делая ее более надежной.

Асинхронный генератор

Существует асинхронный генератор переменного тока. Устройство его отличается от синхронного. В нем нет точной зависимости ЭДС от частоты с которой вал ротора вращается. Присутствует такое понятие как «скольжение S», которое характеризует эту разницу влияния. Величина скольжения определяется вычислением, так что неправильно думать, будто бы нет закономерности электромеханического процесса в асинхронном двигателе.

Если генератор, работающий вхолостую, нагрузить, то протекающий в обмотках ток будет создавать магнитный поток, препятствующий вращению ротора с заданной частотой. Так образуется скольжение, что, естественно, влияет на выработку ЭДС.

Современный асинхронный генератор переменного тока устройство подвижной части имеет в трех разных исполнениях:

Полый ротор.
Короткозамкнутый ротор.
Фазный ротор.

Такие машины могут иметь само- и независимое возбуждение. Первая схема реализуется за счет включения в обмотку конденсаторов и полупроводниковых преобразователей. Возбуждение независимого типа создается дополнительным источником переменного тока.

Схемы включения генераторов

Все мощные источники питания линий электропередач вырабатывают трехфазный электрический ток. Они содержат в себе три обмотки, в которых образуются переменные токи со смещенной друг от друга фазой на 1/3 периода. Если рассматривать каждую отдельную обмотку такого источника питания, то получим однофазный переменный ток, идущий в линию. Напряжение в десятки тысяч вольт может вырабатывать генератор. 220 В потребитель получает с распределительного трансформатора.

Любой генератор переменного тока устройство обмоток имеет стандартное, но подключение к нагрузке бывает двух типов:

звездой;
треугольником.

Принцип работы генератора переменного тока, включенного звездой, предполагает объединение всех проводов (нулевых) в один, которые идут от нагрузки обратно к генератору. Это обусловлено тем, что сигнал (электрический ток) передается в основном через выходящий провод обмотки (линейный), который и называют фазой. На практике это очень удобно, ведь не нужно тянуть три дополнительных провода для подключения потребителя. Напряжение между линейными проводами и линейным и нулевым проводом будут отличаться.

Соединяя треугольником обмотки генератора, их замыкают друг с другом последовательно в один контур. Из точек их соединения выводят линии к потребителю. Тогда вообще не нужен нулевой провод, а напряжение на каждой линии будет одинаковым независимо от нагрузки.

Преимуществом трехфазного тока перед однофазным является его меньшая пульсация при выпрямлении. Это положительно сказывается на питаемых приборах, особенно двигателях постоянного напряжения. Также трехфазный ток создает вращающийся поток магнитного поля, который способен приводить в движение мощные асинхронные двигатели.

Где применимы генераторы постоянного и переменного тока

Генераторы постоянного тока значительно меньше по размерам и массе, чем машины переменного напряжения. Имея более сложное конструктивное исполнение чем последние, они все же нашли применение во многих отраслях промышленности.

Основное распространение они получили в качестве высокооборотных приводов в машинах, где требуется регулирование частоты вращения, например, в металлообрабатывающих механизмах, подъемниках шахт, прокатных станах. В транспорте такие генераторы установлены на тепловозах, различных судах. Множество моделей ветрогенераторов собраны на базе источников постоянного напряжения.

Генераторы постоянного тока специального назначения применяют в сварке, для возбуждения обмоток генераторов синхронного типа, в качестве усилителей постоянного тока, для питания гальванических и электролизных установок.

Назначение генератора переменного тока - вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Такой вид энергии подарил человечеству Никола Тесла. Почему именно изменяющий полярность ток, а не постоянный нашел широкое применение? Это связано с тем, что при передаче постоянного напряжения идут большие потери в проводах. И чем длиннее провод, тем потери выше. Переменное напряжение можно транспортировать на огромные расстояния при гораздо меньших затратах. Причем легко можно преобразовывать переменное напряжение (понижая и повышая его), который выработал генератор 220 В.

Заключение

Человек до конца не познал природу магнетизма, который пронизывает все вокруг. И электрическая энергия – это лишь малая часть открытых тайн мироздания. Машины, которые мы называем генераторами энергии, по сути очень просты, но то, что они могут нам дать, просто поражает воображение. Все же настоящее чудо здесь не в технике, а в мысли человека, которая смогла проникнуть в неисчерпаемый резервуар идей, разлитых в пространстве!

Источник: fb.ru

monateka.com

Генератор переменного тока - это... Что такое Генератор переменного тока?

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 15 декабря 2011.

Генератор переменного тока (альтернатор) является электромеханическим устройством, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

История

Системы производящие переменный ток были известны в простых видах со времён открытия магнитной индукции электрического тока. Ранние машины были разработаны такими пионерами, как Майкл Фарадей и Ипполит Пикси.

Фарадей разработал «вращающийся треугольник», действие которого было многополярным — каждый активный проводник пропускался последовательно через область, где магнитное поле было в противоположных направлениях. Первая публичная демонстрация наиболее сильной «альтернаторной системы» имела место в 1886 году. Большой двухфазный генератор переменного тока был построен британским электриком Джеймсом Эдвардом Генри Гордоном в 1882 году. Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали ранний альтернатор, производивший частоты между 100 и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла запатентовал практический «высокочастотный» альтернатор (который действовал на частоте около 15000 герц). После 1891 года, были введены многофазные альтернаторы.

Принцип действия генератора основан на действии электромагнитной индукции — возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита — ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется в постоянное полупроводниковым выпрямителем.

Автомобильный генератор переменного тока. Приводной ремень снят.

Генератор переменного тока используется на современных автомобилях для заряда батареи аккумуляторов и для энергоснабжения автомобильной электрической системы. В генераторах переменного тока не используется коммутатор, это даёт большое преимущество над генераторами постоянного тока: они проще, легче и дешевле. Автомобильные генераторы переменного тока используют набор выпрямителей (диодный мост) для преобразования переменного тока в постоянный ток. Для производства постоянного тока с низкими пульсациями, автомобильные генераторы переменного тока имеют трёхфазную обмотку и трёхфазный выпрямитель.

Современные автомобильные генераторы переменного тока имеют встроенный в них регулятор напряжения. Ранее устанавливались регуляторы напряжения только аналогового вида. На данный момент реле регуляторы перешли на цифровой канал так называемая CAN шина.

Морские генераторы переменного тока

Морские генераторы переменного тока в яхтах с соответствующей адаптацией к солёно-водной окружающей среде.

Бесщёточные генераторы переменного тока

Бесщеточный генератор состоит из двух генераторов на одном валу. Маленькие бесщеточные генераторы могут выглядеть как одна единица, но две части легко идентифицируются на больших генераторах. Большая часть из двух является основным генератором и меньшая является возбудителем. Возбудитель имеет стационарные катушки поля и вращающегося якоря (мощность катушек). Основной генератор использует противоположные конфигурации с вращающимся полем и стационарные катушки. Мостовой выпрямитель (вращающийся выпрямитель) монтируется на пластину, прикрепленную к ротору. Ни щетки, ни контактные кольца не используются, что сокращает число изнашивающихся частей.

Индукционный генератор

В отличие от остальных генераторов, в основе работы индукционного генератора лежит не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее, иначе говоря поле изменяется не в функции перемещения, а в функции времени, что в конечном счёте (наведение ЭДС) даёт такой же результат.

Конструкция индукционных генераторов предполагает размещение и постоянного поля и катушек для наведения ЭДС на статоре, ротор же остаётся свободным от обмоток, но обязательно имеет зубцовую форму, так как вся работа генератора основана на зубцовых гармониках ротора.

Генераторы для малой энергетики

Для мощностей до 100 кВт широкое применение нашли одно и трехфазные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Применение высокоэнергетических постоянных магнитов состава неодим-железо-бор позволило упростить конструкцию и значительно уменьшить размеры и вес генераторов, что является критически важным для малой ветроэнергетики.

Конструкция генератора переменного тока

В самом общем случае, наиболее часто применяемый трехфазный генератор переменного тока состоит из явнополюсного ротора с одной парой полюсов (маломощные оборотистые генераторы) или 2 парами их, расположенными крестообразно (наиболее распространенные генераторы мощностями до нескольких сот киловатт. Такая конструкция не только позволяет более рационально использовать материал, но и для промышленной частоты переменного тока 50 Гц дает рабочую частоту вращения ротора 1500 оборотов в минуту, что хорошо согласуется с тяговыми оборотами дизельных двигателей этой мощности), а также статора с 3 (в первом случае) или 6 (во втором) силовыми обмотками и полюсами. Напряжение с силовых обмоток и есть то, которое подается потребителю.

Ротор может быть выполнен на постоянных магнитах только для весьма маломощных генераторов, во всех остальных случаях он имеет намотку т.н. обмотки возбуждения, то есть представляет из себя электромагнит постоянного тока, запитываемый во вращающемся роторе через щёточно-коллекторный узел с простыми кольцевыми контактами, более устойчивыми к износу нежели разрезной ламельный коллектор машин постоянного тока.

В сколько-либо мощном генераторе переменного тока с обмоткой возбуждения на роторе, неизбежно встает вопрос - какой величины ток возбуждения подавать на катушку? Ведь от этого зависит выходное напряжение такого генератора. И это напряжение должно поддерживаться в определенных рамках, например, 380 Вольт, вне зависимости от тока в цепи потребителей, значительная величина которого способна также значительно уменьшать выходное напряжение генератора. Кроме этого, нагрузка по фазам вообще может быть очень неравномерной.

Этот вопрос решается в современных генераторах, как правило введением в выходные цепи фаз генератора электромагнитных трансформаторов тока, соединенных вторичными обмотками треугольником или звездой, и дающими на выходе переменное трехфазное напряжение амплитудой единицы - десятки вольт, строго пропорциональное и согласованное по фазе с величиной тока нагрузки фаз генератора - чем больше потребляемый в данный момент по данной фазе ток, тем больше напряжение на выходе соответствующей фазы соответствующего токового трансформатора. Этим и достигается стабилизирующий и авторегулирующий эффект. Все три регулирующие фазы с вторичных обмоток токовых трансформаторов далее заводятся на обычный 3-фазный выпрямитель из 6 полупроводниковых диодов, и на выходе его получается постоянный ток нужной величины, и подаваемый на обмотку возбуждения ротора через щёточно-коллекторный узел. Схема может быть дополнена реостатным узлом для некоторой свободы регулирования тока возбуждения.

В устаревших или маломощных генераторах вместо токовых трансформаторов применялась система из мощных реостатов, с вычленением рабочего тока возбуждения за счет изменения падения напряжения на резисторе при изменении тока через него. Эти схемы были менее точны и гораздо менее экономичны.

В обоих случаях существует проблема появления начального напряжения на силовых обмотках генератора в момент начала его работы - действительно, если возбуждения ещё нет, то и току во вторичных обмотках токовых трансформаторов взяться неоткуда. Проблема, однако, решается тем что железо ярма ротора обладает некоторой способностью к остаточному намагничиванию, эта остаточная намагниченность оказывается достаточной для возбуждения в силовых обмотках напряжения в несколько вольт, достаточного для самовозбуждения генератора и выхода его на рабочие характеристики.

В генераторах с самовозбуждением - серьезную опасность представляет случайная подача внешнего напряжения промышленной электрической сети на силовые обмотки статора. Хотя это не приводит к каким-то негативным последствиям для самих обмоток генератора, мощное переменное магнитное поле от внешней сети эффективно размагничивает статор, в результате чего генератор теряет способность к самовозбуждению. В этом случае требуется начальная подача напряжения возбуждения от какого-то внешнего источника, например, автомобильного аккумулятора, иногда такая процедура полностью излечивает статор, но в некоторых случаях необходимость подачи внешнего возбуждения остается навсегда.

Главный генератор переменного тока

Главный генератор состоит из вращающегося магнитного поля, как было указано ранее, и неподвижной арматуры (генераторные обмотки)

Гибридные автомобили

Первый серийный гибридный автомобиль Toyota Prius. Модель 1997 года

Автомобиль, использующий для привода ведущих колёс разнородную энергию.

Современными автопроизводителями используется схема, позволяющая совмещать тягу двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Это позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, что повышает топливную эффективность силовой установки.

Иногда с гибридами ошибочно смешивают транспортные средства с электромеханической трансмиссией (например, тепловозы, некоторые тракторы и танки).

См. также

Ссылки

Alternators. Integrated Publishing (TPub.com).
Wooden Low-RPM Alternator. ForceField, Fort Collins, Colorado, USA.
Understanding 3 phase alternators. WindStuffNow.
Alternator, Arc and Spark. The first Wireless Transmitters. The G0UTY Homepage.
Thompson, Sylvanus P., Dynamo-Electric Machinery, A Manual for Students of Electrotechnics, Part 1, Collier and Sons, New York, 1902
White, Thomas H.,"Alternator-Transmitter Development (1891-1920)". EarlyRadioHistory.us.

dvc.academic.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30