Каталог огранизаций по электромонтажу и электролабораторий:
Москва
Санкт-Петербург

Генератор тока переменного

Хорошо известный генератор тока (старое название –  «альтернатор») – это агрегат особой конструкции, обеспечивающий получение электрической энергии за счет механической работы, совершаемой при вращении вала. В качестве источника внешнего импульса могут использоваться любые бытовые приводные механизмы, включая традиционный дизель (смотрите расположенное ниже фото), гидравлический привод или ветряной двигатель.

Дизельный генератор
Дизельный генератор

Все основные конструктивные решения генераторов тока переменного направления и величины используют при своей работе один и тот же принцип действия. Он заключается в преобразовании механической работы в электрическую энергию. Рассмотрим особенности превращения энергии вращения в электрическую ЭДС более подробно.

Принцип работы

Для того чтобы понять, как работает генератор переменного тока, сначала следует разобраться с тем, в чем состоит принцип действия преобразователя вращательного движения в электричество. В основе такой трансформации лежит эффект взаимодействия полей вращающегося ротора и неподвижного статора. За счет воздействия создаваемого подвижным ротором поля на неподвижную статорную катушку в ней наводится собственная э/м ЭДС, под воздействием которой в подключенной к выходу нагрузке начинает течь переменный ток.

Суть или общий принцип работы генератора переменного тока удобнее всего пояснить на примере взаимодействия обычной рамки из электропроводящего материала с полем постоянного магнита (рисунок, представляющий простую рамку с током, приводится ниже по тексту). Ее можно рассматривать в качестве простейшего генератора переменного тока.

Рамка в поле магнита
Рамка в поле магнита

Отметим, что приведенная на этом рисунке схема может служить моделью генератора переменного тока. При вращении рамки с определенной скоростью внешний магнитный поток через ее площадь будет непрерывно меняться как по направлению, так и по величине. А это, согласно закону э\м индукции Фарадея, вызовет появление в ней гармонически меняющейся ЭДС.

Если соорудить на валу рамки что-то вроде токосъемника, изготовленного в виде колец с отводами, такое приспособление позволит снимать с нее наведенное напряжение, под действием которого в активной нагрузке потечет ток синусоидальной формы.

Обратите внимание! Этот пример использования эффекта э/м индукции можно несколько видоизменить, вращая постоянный магнит внутри неподвижной проволоки с током.

В этом случае рамка будет напоминать статор, а вращающийся магнит – высокоскоростной ротор генератора тока. Получаемый в результате этого электромагнитный эффект будет в этом случае тем же самым.

Виды и конструкция генераторов

Типы генераторов

Классический индукционный генератор переменного тока по характеру взаимодействия своей подвижной части и неподвижной статорной катушки подразделяется на следующие типы: синхронный или асинхронный.

Дополнительная информация. Этим агрегаты для получения электрической энергии напоминают такие широко распространенные в электротехнике устройства, какими являются известные каждому электродвигатели.

Напомним всем интересующимся этим вопросом, что при их конструировании применяется абсолютно та же схема, что и при разработке генераторов напряжения. Отличие состоит лишь в том, что в случае с генератором задействована обратная последовательность преобразования (используется принцип обратимости).

И те, и другие электрические машины представлены механизмами синхронного и асинхронного типа, которые, в свою очередь, отличаются отсутствием или наличием такого характерного для всех электрических машин явления, как скольжение ротора.

Основное отличие по этому признаку проявляется в том, что при вращении ротора в асинхронной системе он немного отстает от индуцируемого в катушке магнитного поля (как бы «скользит» вдоль нее).

В отличие от рассмотренного случая, синхронный двигатель при своей работе не обнаруживает эффекта скольжения, что объясняется особенностями конструктивного исполнения. В равной мере это касается и его аналога, представляющего синхронный генератор.

Особенности конструкции

Для того чтобы разобраться с тем, из чего состоит генератор, достаточно внимательно изучить его устройство, представленное на приведенной ниже фотографии.

Конструкция типового генератора
Конструкция типового генератора

Из размещенного выше рисунка видно, как устроен сам генератор, и что в его состав входят следующие узлы:

  • Корпус с передней и задней крышками и подшипниковой парой;
  • Статор и ротор электрогенератора;
  • Электронный регулятор с блоком выпрямительных диодов;
  • Набор контактных колец.

Основные части генератора (статор и ротор) монтируются в корпусе с обязательной их центровкой, исключающей возможность появления так называемых «биений».

Трехфазные генераторы

Во всех приведенных выше материалах рассматривался простейший однофазный генератор переменной ЭДС (точнее описывающая его работу модель). В реальной жизни в основном применяются генераторы трехфазного тока, характерным признаком которых является наличие в статоре трех отдельных обмоток, устанавливаемых с пространственным смещением на 120 градусов.

Применение такого способа их взаимного расположения приводит к определенному порядку чередования фаз. В этом случае при вращении ротора в обмотках катушек наводятся электрические сигналы, смещенные на те же 120 градусов, что соответствует стандарту трехфазного генератора.

Важно! Для подключения обмоток к внешней нагрузке, как правило, используется схема «звезда» (смотрите рисунок ниже).

Включение обмоток звездой и треугольником
Включение обмоток звездой и треугольником

В отдельных случаях, связанных с особенностями подключения потребителя, может применяться другая схема, известная как «треугольник». Независимо от выбранного способа включения обмоток, для передачи электроэнергии потребителю прокладываются три фазных провода и один нулевой.

Классический трехфазный генератор любого типа хорошо вписывается в системы энергообеспечения различных объектов с включенным в качестве нагрузки силовым электрооборудованием (как в электростанциях).

Автогенераторы

Устройство генератора переменного тока позволяет использовать его даже в тех случаях, когда к системе предъявляются достаточно жесткие требования. Так, он широко применяется в качестве автомобильного генератора, полная схема которого приводится на расположенном ниже рисунке.

Схема автогенератора
Схема автогенератора

Эти виды механизмов, как правило, содержат в своем составе следующие обязательные узлы:

  • Несущий корпус;
  • Обмотки статора и ротора;
  • Встроенный регулятор напряжения;
  • Модуль силовых (выпрямительных) диодов.

Устройство автомобильного генератора обеспечивает поддержание выходного напряжения, используемого для питания бортовой аппаратуры, на стабильном уровне. Его выпрямительный модуль гарантирует получение постоянного напряжения, поступающего не только для питания автомобильных приборов, но и для подзарядки аккумулятора.

Любой автогенератор начинает работать сразу же после запуска стартера и начала вращения вала двигателя. После срабатывания электронного реле-регулятора на него переключается вся сетевая нагрузка.

Таким образом, по своему устройству и принципу работы генераторы переменного тока для автомобиля, имеющие заданную электрическую мощность, во многом схожи с рассмотренными ранее преобразовательными устройствами. По техническим характеристикам и порядку обслуживания они ничем не отличаются от обычного индукционного генератора.

Единственным и очень важным их преимуществом, по сравнению с типовыми электрическими машинами, является возможность получения постоянного тока, выпрямляемого системой из нескольких диодов.

В заключительной части обзора следует сказать, что принцип работы генераторных устройств (взаимодействие э\м полей) широко применяется в самых различных сферах промышленного производства. В соответствии с ним, работают большинство специальных измерительных устройств и многие другие полезные приборы. Так что Максвелл сделал поистине «царский» подарок человечеству, открыв своевременно эффект электромагнитной индукции.

Если бы в мире не было генераторов переменного тока, человечество вряд ли добилось тех технических успехов, которыми оно без оглядки пользуется в настоящее время.

Видео

Adblock detector