Автомобильный генератор это генератор переменного тока или постоянного

Автомобильный генератор

Автомобильный генератор — устройство, обеспечивающее преобразование механической энергии вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.

Автомобильный генератор используется для зарядки автомобильного аккумулятора, а также для питания электропотребителей, таких как система зажигания, автомобильная светотехника, бортовой компьютер, система диагностики и другие. К автомобильным генераторам предъявляют высокие требования по надёжности, так как генератор обеспечивает бесперебойную работу большинства компонентов современного автомобиля.

Устройство и общий принцип работы

На первых автомобилях применяли коллекторные генераторы постоянного тока, коллекторный узел которых был малонадёжным. Но с появлением мощных выпрямительных полупроводниковых диодов от этой схемы ушли к более надёжному варианту.

В современных автомобилях применяются синхронные трёхфазные электрические машины переменного тока, а в выпрямителе применяют трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова.

Из-за переменной частоты вращения двигателя автомобиля и переключений электропотребителей в бортовой сети, становится необходимым поддержание уровня напряжения. Для этих целей используется регулятор напряжения, управляющий током в обмотке возбуждения генератора.

Для того, чтобы генератор после запуска двигателя начал вырабатывать электрическую энергию, необходимо подать напряжение на обмотку возбуждения. Это происходит при повороте ключа замка зажигания в положение «ON». Ток в обмотке возбуждения регулируется регулятором напряжения (в некоторых автомобилях — отдельный узел, установленный в моторном отсеке, во многих современных встроен непосредственно в генератор). Ротор генератора приводится в движение через шкив от клинового ремня. Создаваемое обмоткой возбуждения электромагнитное поле индуцирует электрический ток в силовой обмотке.

Напряжение бортовой сети при работающем генераторе и исправном регуляторе напряжения поддерживается на уровне 13,5-14,5 В. Это выше уровня напряжения аккумулятора, что вызывает небольшой выравнивающий ток осуществляющий заряд батареи.

Почему, кстати, 14 вольт? Аккумулятор ведь вроде 12-вольтовый, электрика вся тоже называется «двенадцативольтовой»? Дело в хитром устройстве аккумулятора. Если ограничить напряжение генератора 12 вольтами, аккумулятор будет постоянно стремиться отдать свой ток в сеть, естественно, постоянно разряжаясь. Слегка повышенное напряжение заставляет его … начать, наоборот, заряжаться от генератора. [1]

На автомобилях с дизельными двигателями напряжение бортовой сети составляет, как правило, 24 вольта. Устанавливаются соответственно 24-вольтовые генераторы. На старых автомобилях и мотоциклах напряжение в бортовой сети составляло 6 вольт, генераторы тоже были 6-вольтовые.

Генераторы постоянного тока

На старых автомобилях (ГАЗ-51, ГАЗ-69, ГАЗ-М-20 «Победа» и многих других) устанавливались генераторы постоянного тока.

На полюсах генератора (находятся на статоре), выполненных из электротехнической стали, находится обмотка возбуждения. На якоре генератора — силовая обмотка, с которой электрический ток снимается посредством коллектора с щётками. Обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно, в цепь обмотки возбуждения включен реле-регулятор.

Реле-регулятор состоит из трёх электромагнитных реле:

1. Регулятор напряжения (на электрических схемах сокращённо обозначается РН) уменьшает магнитный поток в обмотке возбуждения (на статоре); обмотка реле включена последовательно с обмоткой возбуждения. При повышении напряжения на генераторе выше расчётного предела (например более 14,5 вольт) электромагнитное реле срабатывает и последовательно обмотке возбуждения включается дополнительное сопротивление, ограничивающее ток возбуждения, уменьшается магнитный поток, и, следовательно, напряжение на генераторе уменьшится. При уменьшении напряжения ниже расчётного электромагнитное реле шунтирует дополнительное сопротивление, ток в обмотке возбуждения возрастает, возрастает магнитный поток и напряжение на генераторе повышается. Поскольку процесс протекает с большой частотой, напряжение в бортовой сети автомобиля остаётся почти постоянным.

2. Ограничитель тока (сокращённо ОТ) — электромагнитное реле, не позволяющее току генератора превышать расчётную величину. Обмотка ограничителя тока включена последовательно между генератором и потребителями. При достижении током расчётной силы, а значит и в обмотке ограничителя тока реле срабатывает и в цепь обмотки возбуждения включается дополнительное сопротивление, уменьшается ток возбуждения, уменьшается напряжение на генераторе, а следовательно, уменьшается ток, отдаваемый генератором. При отключении потребителей ограничитель тока поддерживает постоянную величину зарядного тока аккумуляторной батареи. При включении потребителей электроэнергии зарядный ток будет уменьшаться в зависимости от сопротивления нагрузки. При этом, если ток внешней цепи превышает максимально допускаемый ограничителем тока, то, кроме тока генератора, во внешнюю цепь пойдёт ток из аккумуляторной батареи, то есть батарея будет разряжаться.

Ограничитель тока и регулятор напряжения работают не одновременно. Пока ток, отдаваемый генератором не достигнет допускаемой максимальной величины, работает только регулятор напряжения. Когда ток генератора достигнет предельной величины, ограничитель тока включает дополнительное сопротивление, а регулятор напряжения перестаёт работать.

3. Реле обратного тока (сокращённо РОТ). При длительном прохождении тока из батареи через генератор могут перегреться обмотки, кроме того, бесполезно разряжается аккумулятор. Назначение реле обратного тока — автоматически отключать генератор от внешней цепи, когда его напряжение станет меньше напряжения батареи и включать генератор, как только напряжение генератора превысит расчётную величину.

Если на панели приборов установлена контрольная лампа работы генератора (зажигается при низком напряжении генератора, когда расходуется энергия аккумулятора) — устанавливается четвёртое реле (обычно выполняется в отдельном корпусе) — реле включения контрольной лампы.

В СССР серийно выпускались только вибрационные реле-регуляторы (с электромагнитными реле), в 1970-е — 1980-е годы отмечено появление радиолюбительских конструкций на полупроводниковых приборах (публиковались в журналах «Радио», «За рулём», «В помощь радиолюбителю».

Генераторы переменного тока

На современных автомобилях применяются синхронные трёхфазные генераторы переменного тока с встроенным полупроводниковым трёхфазным выпрямителем.

Ротор автомобильного генератора переменного тока имеет обмотку возбуждения (у генератора постоянного тока обмотка возбуждения находится на сердечниках полюсов), ток подводится через щётки и контактные кольца. Статор имеет три обмотки, соединённые «звездой». Снимаемый со статора ток выпрямляется шестью полупроводниковыми диодами (встроены в выпрямительный щит) и становится постоянным. Далее выпрямленный ток поступает в бортовую электросеть автомобиля.

Регулятор напряжения регулирует ток обмотки возбуждения таким образом, чтобы напряжение, снимаемое с генератора было как можно более стабильным.

Регуляторы напряжения генераторов переменного тока могут быть вибрационные (только электромагнитные реле), контактно-транзисторные (электромагнитные реле, управляемые транзисторной схемой) или бесконтактные (электромагнитное реле отсутствует, ток регулирует электронный ключ на транзисторах). Конструктивное исполнение — выполненные в отдельном корпусе или встроенные в генератор.

Например, на автомобиле ГАЗ-53 применяется контактно-транзисторный регулятор напряжения РР-362 (генератор Г-250), на ВАЗ-2101 — вибрационный регулятор напряжения РР-380 (генератор Г-221), а на автомобиле Москвич-2140 — бесконтактный регулятор напряжения РР-362А, встроенный в генератор Г-250Ж.

Ограничитель тока, реле обратного тока и реле включения контрольной лампы генератора как таковые отсутствуют, с их работой справляются полупроводниковые диоды выпрямителя.

Применение генераторов переменного тока позволяет уменьшить габаритные размеры, вес генератора, повысить его надёжность, сохранив или даже увеличив его мощность по сравнению с генераторами постоянного тока.

Например, генератор постоянного тока Г-12 (автомобиль ГАЗ-69) весит 11 кг, номинальный ток 20 ампер, а генератор переменного тока Г-250П2 (автомобиль УАЗ-469) при массе 5,2 кг выдаёт номинальный ток 28 ампер.

Генераторы на мото- и сельскохозяйственной технике

На тракторах и иной сельскохозяйственной технике, не имеющей аккумуляторных батарей, устанавливаются генераторы с самовозбуждением (на основе постоянных магнитов). Так, на тракторе СХТЗ 15/30 (выпускался в 1930-е годы) устанавливался генератор постянного тока (двигатель запускался вручную, рукояткой); на тракторе ДТ-75 — генератор переменного тока (двигатель запускался бензиновым «пускачом». Регуляторы напряжения также устанавливались, иначе без них при высоких оборотах двигателя перегорали бы лампы накаливания.

На мототехнике с батарейной системой зажигания устройство и принцип действия генераторов не отличается от автомобильных. На старых мотоциклах стояли 6-вольтовые генераторы постоянного тока, на новых — 12-вольтовые генераторы переменного тока.

На мототехнике, не имеющей аккумуляторных батарей (например, мотоциклы «Минск», «Восход»), устанавливаются генераторы переменного тока с самовозбуждением.

На мотоциклах с продольным расположением двигателя (мотоциклы «Урал», «Днепр» и др.) генератор находится снаружи на картере, вращение от коленвала через шестерёнчатую или ременную передачу.

На мотоциклах с поперечным расположением двигателя (например, мотоциклы «ИЖ») ротор генератора насажен на передний конец коленчатого вала (правый по ходу движения), генератор находится в совмещённом картере двигателя и коробки передач, закрыт крышкой. Обычно с деталями генератора объединены детали системы зажигания (контакты прерывателя или датчик момента искрообразования бесконтактной электронной системы зажигания)

«Прикуривание»

При «прикуривании» автомобильный генератор автомобиля-донора (особенно регулятор напряжения) может выйти из строя. Дело в том, что ток, потребляемый электрическим стартером намного больше, чем максимальный ток, на который рассчитан генератор и регулятор напряжения.

Например, стартер СТ-221 (ВАЗ-2101) имеет мощность 1,77 л. с., сила тока холостого хода 35 ампер, в режиме полного торможения 500 А. Генератор Г-221 этого же автомобиля рассчитан на максимальный ток 42 А.

Для безопасного «прикуривания» рекомендуется на автомобиле-доноре отсоединять аккумуляторную батарею или останавливать двигатель.

Генераторы тока: переменного и постоянного

Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности — всему нужна электроэнергия. Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация. Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока — важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.

Читайте также  Тестовый приемник электромагнитных помех с генератором esl3

Что такое генератор тока

Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков. Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель — именно так работает генератор тока.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин — генераторы постоянного или переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током

Вспоминаем уроки физики. Электроток — заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).

В чем разница между постоянным и переменным током

Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке — переменный, в батарейке — постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт — всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт — переменный.

Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач.

Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один — потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.

  • Внешней силовой рамы, изготовленной из высокопрочных сплавов. Корпус рассчитан на интенсивную нагрузку, возникающую при передаче магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря: чугунный кожух не «пробивается» разрядами тока.
  • Магнитных полюсов, закрепленные на корпусе болтами или шпильками. На «плюс» и «минус» монтируется обмотка.
  • Статора. Остов с катушкой возбуждения изготавливают из ферромагнитных материалов, на сердечнике устанавливают магнитные полюса, которые и образуют магнитное поле.
  • Вращающегося ротора (якоря). Задача магнитопровода — снизить вихревые токи и повысить КПД генератора постоянного тока.
  • Коммутационного узла, оснащенного щетками (обычно изготовленными из графита) и коллекторными пластинами из меди.

В чем конструктивная разница между генераторами

Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.

Особенности конструкции генератора переменного тока

Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла. Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности. По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Специфика синхронного устройства

Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.

  • Отсутствие электрической связи с ротором;
  • Вращение якоря под воздействием остаточного механизма статора;
  • Измененная электрическая нагрузка на статоре.

Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.

Принцип работы электростанции прямого тока

  • Рамка вращается вокруг оси, расположенная на корпусе обмотка регулярно проходит через «минус» и «плюс» полюсов.
  • Каждый раз при достижении разнополюсных точек, происходит смена направления тока на противоположное.
  • Выходной цепи благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле, создается постоянный ток.
  • С помощью щеток с положительного или отрицательного полюса снимается потенциал и по схеме передается потребителю.

Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.

Принцип работы электростанции прямого тока

  • Небольшой вес и компактность агрегата;
  • Возможность использовать в экстремальных условиях;
  • Отсутствие потерь, связанных с вихревыми токами.

Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.

Принцип работы электростанции переменного тока

Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток.
Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.

В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.

  • Большая выходная мощность при одинаковых габаритах устройств постоянного и переменного тока;
  • Выработка электроэнергии на низких скоростях вращения ротора;
  • Проще конструкция и схема, соответственно, меньше узлов, нуждающихся в техобслуживании и ремонте;
  • Конструкция токосъемного узла отличается большей надежностью;
  • Больше эксплуатационный ресурс и меньше эксплуатационные затраты.

Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.

Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии. Например, на борту самолетов. Если большая мощность — не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях. Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники.

Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети — это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования.

Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока. Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств. С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.

Устройство автомобилей

Генераторная установка, или, как ее обычно называют – генератор, является основным источником электрического тока на автомобиле. Следует отметить, что генераторная установка включает не только генератор, как таковой, но и его привод, а также устройства для регулирования и преобразования вырабатываемого напряжения.

классификация автомобильных генераторов

Генераторами называют электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. В принципе генераторами электрической энергии являются машины, преобразующие любой вид энергии – тепловую, ядерную, химическую, световую и т. д. в электрическую. Но традиционно сложилось так, что генераторами обычно называют машины, преобразующие механическую энергию движения в электроэнергию.
Чаще всего для такого преобразования в генераторах используют механическую энергию вращения одного из элементов конструкции, называемого якорем или ротором.
Принципиально возможно преобразование механической энергии поступательного движения какого-либо тела в электрическую энергию, но такой тип генераторов на практике не используется из-за сложности конструкции и малой эффективности.

Автомобильный генератор получает механическую энергию от коленчатого вала двигателя, с которым связан приводом, чаще всего — клиноременным или плоскоременным. Полученная в результате работы генератора электрическая энергия используется для питания электропотребителей автомобиля — системы зажигания, освещения и сигнализации, электрических приводов и контрольно измерительных приборов, компьютерных устройств и т. п., а также для зарядки аккумуляторной батареи.
Поскольку количество и суммарная мощность потребителей электроэнергии в современных автомобилях прогрессивно растет, используемые для получения электрической энергии генераторы обладают высокой мощностью, которая может достигать 1 кВт и даже более. Эту мощность генератор «отнимает» у двигателя, снижая его динамические и экономические показатели. Тем не менее, с такими потерями приходится мириться, поскольку современный автомобиль, даже дизельный, без электрической энергии далеко не уедет.

На автомобилях могут применяться генераторы постоянного или переменного тока.

История изобретения генератора

Работа генератора, преобразующего механическую энергию в электроэнергию, основана на явлении магнитоэлектрической индукции, которое обычно (и не совсем правильно) называют явлением электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Практически это может быть достигнуто, например, перемещением металлической рамки в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом.
Явление было открыто и описано английским физиком Майклом Фарадеем (Michael Faraday, 1791–1867) в 1831 году.
Изучением природы электрических явлений при воздействии на проводник постоянным магнитом занимались многие ученые, однако Фарадей первым опубликовал свои опыты и сделал надлежащие выводы.

Анализируя результаты опытов по изучению электромагнитной индукции Фарадей обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.
Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Возникновение ЭДС объясняется действием сил магнитного поля на находящиеся в проводниках свободные электроны, которые начинают направленно перемещаться, скапливаясь на одном из концов проводника. В итоге этого движения электронов на одном конце проводника возникнет отрицательный электрический заряд, а на другом конце — положительный.

Читайте также  Бензиновые генераторы в великом новгороде

Разность потенциалов на концах проводника численно равна индуцированной в проводнике ЭДС. Индуцирование ЭДС в проводнике происходит независимо от того, включен ли он в какую-либо электрическую цепь либо нет. Если присоединить концы этого проводника к какому-либо приемнику электрической энергии, то под воздействием разности потенциалов по замкнутой цепи потечет электрический ток.

Считается, что первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижским изобретателем Ипполитом Пикси (Hippolyte Pixii, 1808–1835). Этот генератор годился лишь для демонстрационных целей, а не для практического использования, поскольку приходилось вручную вращать тяжёлый постоянный магнит, благодаря чему в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.
В дальнейшем генератор Пикси был усовершенствован, и стал применяться в различных областях машиностроения.

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.

автомобильный генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока состоит из статора — неподвижного корпуса с размещенными в нем электромагнитными элементами, вращающегося якоря с обмотками, и коллектора со щеточным узлом.
Якорь снабжен несколькими обмотками из токопроводящих катушек, которые при вращении якоря пересекают магнитное поле неподвижного статора, в результате чего в обмотках индуцируется электродвижущая сила — ЭДС.
Величина ЭДС в обмотках при вращении якоря постоянно изменяется по величине и по направлению в зависимости от положения катушек относительно магнитного поля статора.
Посредством коллекторного узла индуцируемая в обмотках статора ЭДС снимается в электрическую цепь для дальнейшей обработки и приведения к требуемым параметрам.

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.

Упрощенная схема генератора постоянного тока приведена на рис. 1.
В магнитном поле постоянного магнита вращается стальной цилиндрический сердечник, в продольных пазах которого размещен диаметральный виток abcd. Начало d и конец a этого витка присоединены к двум взаимно изолированным медным полукольцам, образующим коллектор, который вращается вместе со стальным сердечником.
По коллектору скользят неподвижные контактные щетки А и В, от которых отходят провода к потребителю энергии R. Стальной сердечник с витком (обмоткой) и коллектором образует вращающуюся часть генератора постоянного тока – якорь.

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.

Так как длина и скорость перемещения пазовых сторон обмотки якоря неизменны, то ЭДС обмотки якоря прямо пропорциональна B, а форма графика ЭДС определяется законом распределения магнитной индукции B, размещенной в воздушном зазоре между поверхностью якоря и полюсом самого магнита. Так, например, магнитная индукция в точках зазора, лежащих на оси полюсов, имеет максимальные значения (рис. 2, а): под северным полюсом (N) – положительное значение и под южным полюсом (S) – отрицательное. В точках n и n’, лежащих на линии, проходящей через середину межполюсного пространства, магнитная индукция равна нулю.

устройство и работа генератора постоянного тока

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.

На рис. 2, а показан ряд положений витка abcd (обмотки) в различные моменты времени за один оборот якоря.
При α = 360˚ ЭДС якоря равна нулю, а при α = 270˚ — имеет максимальное значение, причем отрицательное.
Таким образом, в обмотке якоря генератора постоянного тока наводится переменная ЭДС, и, следовательно, при подключении нагрузки в обмотке будет действовать переменный ток (рис. 2, б – линия 1).

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.

принцип работы генератора постоянного тока

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.

При α = 270˚, когда стороны a и d поменялись местами, щетки А и В сохраняют неизменной свою полярность, так как полукольца коллектора также поменялись местами и щетка А по-прежнему имеет контакт с коллекторной пластиной, связанной со стороной, находящейся под полюсом N, а щетка В – с коллекторной пластиной, связанно со стороной, находящейся под полюсом S.
В результате ток во внешней цепи не изменяет своего направления (рис. 2, б – линия 2), т. е. переменный ток обмотки якоря с помощью коллектора и щеток преобразуется в постоянный ток.
Ток во внешней цепи постоянен лишь по направлению, а его величина изменяется, т. е. он пульсирует, как показано на графике рис. 2, б.

Пульсация тока и ЭДС значительно ослабляются, если обмотку якоря выполнить из большого числа равномерно расположенных и распределенных по поверхности сердечника витков и увеличить соответственно число коллекторных пластин.
Например, в двух витках на сердечнике якоря (четырех пазовых сторонах), оси которых смещены относительно друг друга на угол 90˚, и четырех пластинах в коллекторе (рис. 3, а).
В этом случае ток во внешней цепи генератора пульсирует с удвоенной частотой, но глубина пульсации значительно меньше (рис. 3, б). Если витков в обмотке якоря от 12 до 16, то ток на выходе из генератора практически постоянен.

Общее устройство генератора

Генератор переменного тока это элемент автомобиля, предназначенный для произведения электрической энергии путем преобразования механической энергии (вращение коленчатого вала) в электрическую энергию. Генераторы могут генерировать постоянный или переменный ток.

Генератор автомобиля используется, как источник питания для следующих электропотребителей: система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер, системы диагностики. Также генератор обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ) во время движения автомобиля.

На сегодняшний день чаще всего используются генераторы переменного тока, которые хорошо себя зарекомендовали.

Как работает генератор?

Чтобы ответить на вопрос, — как работает генератор? — мы рассмотрим Принцип работы генератора.

Основа работы генератора заключается в использовании электродвижущей силы (ЭДС), которая образуется в прямоугольном контуре, вращающемся в однородном вращающемся магнитном поле.

Устройство простейшего генератора

Простейший генератор представляет собой обыкновенную прямоугольную рамку, которая размещена между магнитами с разными полюсами. Для снятия напряжения с вращающейся рамки используют токосъемные кольца.

Общее устройство генератора

В автомобилестроение используют электромагниты – катушки индуктивности или обмотки медного провода. При прохождении электрического тока через обмотку, последняя насыщается электромагнитными свойствами. Для возбуждения обмотки используется аккумуляторная батарея.

Устройство автомобильного генератора переменного тока

Автомобильный генератор состоит из корпуса с крышками, в которых имеются отверстия для вентиляции. Ротор устанавливается в подшипниках 2 и вращается в них. Привод ротора осуществляется путем ременной передачи (ремень одевается на шкив). Ротор выступает электромагнитом (обмоткой). Ток на обмотку поступает с помощью двух медных колец и графитных щеток, которые соединены с электронным регулятором. Электронный реле регулятор отвечает за напряжение на выходе, которое должно находиться в пределах 12 Вольт вне зависимости от частоты вращения шкива привода генератора. Реле регулятор может встраиваться в корпус, а может находиться отдельно.

Общее устройство автомобильного генератора

Статор – представляет собой три медные обмотки, которые соединяются в треугольник. К точкам соединения обмоток подключается выпрямительный мост, который состоит из 6 полупроводниковых диодов, которые служат для преобразования переменного напряжения в постоянное.

Генера́тор (с латыни generator означает «производитель») — устройство, что вырабатывает электроэнергию, производит продукты или преобразует один вид энергии в другой.

Автомобильный генератор — устройство, которое преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.

Автомобильный генератор применяется для питания потребителей электроэнергии, таких как система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер автомобиля, системы диагностики, а также для зарядки аккумуляторной батареи (АКБ).

От надежности работы генератора зависит бесперебойность работы остальных систем автомобиля и других его компонентов. Мощность современного автомобильного генератора составляет 1 кВт.

Принцип работы автомобильного генератора

Первые автомобильные генераторы были генераторы постоянного тока. Они требовали много внимания к себе, что обуславливалось частым обслуживанием и контролем работы устройства.

Затем был придуманы диодные выпрямители, что значительно увеличило ресурс работы генератора и увеличило срок его работы. Генераторы с диодными выпрямителями тока стали называться генераторами переменного тока. На производство генератора переменного тока уходило меньше материалов, соответственно он стал легче и значительно меньше, а КПД вырос, обеспечивая более стабильный ток на выходе.

Читайте также  Теги для инстаграма генератор

В современных иномарках используют синхронные трехфазные генераторы переменного тока, а в качестве выпрямителя – трехфазный выпрямитель Ларионова.

От поворота ключа до выдачи напряжения…

Во время поворота ключа замка зажигания в рабочее положение питание подается на обмотку возбуждения и генератор начинает отдавать ток в нагрузку. За управление током в обмотке возбуждения отвечает стабилизатор напряжения, который входит в щеточный узел генератора. Питание стабилизатора напряжения осуществляется от выпрямителя.

Ротор генератора приводится во вращение от коленчатого вала через шкив посредством клинового ремня. В обмотке возбуждения создается электромагнитное поле, которое индуцирует электрический ток в фазовых обмотках статора.

Выдаваемый ток – скачкообразный и зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, поэтому для его стабилизации применяется стабилизатор напряжения.

Напряжение бортовой сети в работающей системе должно находится в пределах 13,8-14,2 В, что обеспечит нормальную подзарядку АКБ.

На крупногабаритных автомобилях используются автомобильные генераторы повышенной мощности 24 В.

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

Для того чтобы обеспечить нормальную работу автомобиля необходим автогенератор. Это устройство позволяет преобразовать энергию движения в электрический ток.

Генератор

Как выглядит автомобильный генератор

Генератор тока необходим для электропитания светотехнической продукции, зарядки АКБ (аккумуляторной батареи), измерительных приборов, подключения бортового компьютера и др.

Генератор постоянного тока

Первыми для автомобилей были применены генераторы постоянного тока, которые обладали массой недостатков. Внедрение новых выпрямителей нового типа (кремниевых и селеновых) позволило применять для транспорта генераторы переменного тока, которые позволили повысить эффективность установки и обеспечить большую мощность при одинаковом входном токе.

Генератор

Как выглядит современный генератор

На автотранспорте, производившемся до середины 60-х гг. ХХ века применяли генераторы постоянного тока.

Главным недостатком устройств являлся быстрый выход из строя оборудования, несовершенная схема подключения, малая мощность установки, необходимость постоянного контроля и обслуживания оборудования, притом, что выходная мощность была незначительна.

Электрическая схема авто включает в себя реле регулятора напряжения. В статоре расположена обмотка возбуждения, которая соединяется параллельно с силовой обмоткой (на якоре генератора) пружинными щётками.

Реле

Общий вид регулятора напряжения

Устройство и принцип работы генератора

  • Статор трёхобмоточный (звезда).
  • Ротор с обмоткой возбуждения. Ток на него подаётся посредством подключения контактных колец и щёток.
  • Выпрямительный щит состоит из 6 полупроводниковых диодов. Преобразовывает ток в постоянный, и направляет в электрическую сеть автомобиля. Выполняет также функцию реле обратного тока.
  • Стабилизатор напряжения. Позволяет контролировать значение токовых нагрузок на обмотках возбуждения, т. е. стабилизирует уровень напряжения в устройстве. Обычно выполнен в одном корпусе. Схема выполняется в трёх вариантах: бесконтактные (исключено электромагнитное реле; регулировка переменного тока осуществляется электронным ключом); контактно-транзисторные (управление осуществляется транзисторами); вибрационные (контроль осуществляется электромагнитным реле).
  • Реле включения индикации работы генератора переменного тока. Работает от 2-х фаз источника либо от нуля выпрямителя.

Щёточка

Вид пружинной щёточки

Токовые ограничители не предусмотрены, т. к. схема включает в себя самоограничительные элементы.

Преимущества:

  • уменьшение габаритов генераторов автомобилей;
  • высокая надёжность и безаварийность.
  • получение генераторов большей мощности в сравнении с моделями на постоянном токе.

Реле регулятора

Устройство состоит из трёх основных элементов:

  1. ОТ (ограничитель тока) – составная часть реле, которая контролирует ток. При превышении постоянного тока выше заданного происходит отключение устройства. Включается в схему последовательно между генератором и выходным напряжением.Принцип работы: реле срабатывает при достижении постоянного тока заданного значения. Затем происходит подключение в электроцепь дополнительного сопротивления для уменьшения токовой нагрузки.

При отключённой нагрузке ОТ поддерживает параметры АКБ на одном уровне. Выход тока за верхнее предельное значение сопровождается разрядкой АКБ.

  1. СН (Стабилизатор напряжения). Контролирует мощность магнитного потока на обмотке возбуждения статора. По достижении максимального значения напряжения срабатывает защита и в электроцепь включается дополнительное сопротивление, за счёт которого происходит снижение потенциала.

Стабилизатор

Стабилизатор напряжения, необходимый для контроля мощности магнитного потока

При понижении напряжения ниже рабочего реле исключает одно или несколько сопротивлений (посредством шунтов) и ток начинает повышаться.

  1. РОТ (реле обратного тока). Устройство необходимо для автоматического включения и отключения генератора от внешней нагрузки при понижении (превышении) напряжения внешней цепи АКБ. Отсутствие РОТ влечёт за собой перегрев обмоток и бесконтрольную разрядку аккумуляторов.

Для полного контроля работы генератора электрическая схема дополнена реле включения лампы, которое сигнализирует о низком напряжении на обмотках и малой ёмкости аккумулятора.

ОТ и регулятор напряжения не могут работать одновременно. После достижения критической величины начинает работать ограничитель переменного тока.

Автогенератор на переменном токе

Работа основана на действии электромагнитной индукции – вращении постоянного магнита в прямоугольном поле.

Виды по конструктивным особенностям:

  • С вращающимися магнитными полюсами при неподвижном статоре. Нашли широкое применение за счёт отсутствия необходимости компенсировать токи большой величины на роторе.
  • Модели с неподвижным магнитным полем и подвижным якорем. Менее распространены из-за малой эффективности.

По типу возбуждения:

  • Возбуждение от постоянных магнитов.
  • Возбуждение осуществляется выпрямленным током. В конструкции отсутствуют щётки.
  • Возбуждение осуществляется от первичного маломощного генератора, установленного на одном валу с основным.
  • Питание обмотки возбуждения от автономного источника электрического тока, аккумуляторных батарей и др.

По количеству фаз: одно-, двух- и трёхфазные.

Каждое устройство содержит ротор, отлитый цельно из металла. Наконечники ротора изготовляют из листовой стали. Для обеспечения нормальной работы процесса магнитной индукции необходимо выдержать зазор.

На сердечники насажены катушки возбуждения, которые работают на постоянном токе. Подача переменного тока на автогенераторах переменного тока осуществляется за счёт щёток или контактных колец.

В современных моделях применяются генераторы на переменном токе. Выпрямитель выполнен в виде встроенного полупроводника.

Устройство и принцип работы автомобильного генератора

Основным узлом, какой приводит в действие механизм автомобиля, является автогенератор. Агрегат позволяет получить электрическую энергию за счёт преобразования механической. Обязательным элементом электросистемы автомобиля является реле регулятора напряжения, какой осуществляет контроль параметров системы.

Задачи регулятора напряжения:

  • Стабилизировать потенциал в сети при разбросе частоты вращения.
  • Исключить бесконтрольную разрядку аккумуляторной батареи. Низкое значение потенциала вызывает недозаряд, повышенное значение провоцирует быстрый выход из строя АКБ.

Устройство генератора постоянного тока:

  • Корпус. Открывается с двух сторон: со стороны контактных колец – задняя (в ней размещены подшипники и закреплён статор, находятся щётки и др. узлы, которые отвечают за выработку и контроль электрической энергии), передняя – со стороны шкива (присоединена к механической части автомобиля).
  • Статор. Цилиндрическая оболочка из листовой стали, в которой расположена трёхфазная обмотка. Этот узел вырабатывает электрическую энергию.
  • Ротор клювообразной формы, внутри которой расположены две втулки. В пространстве между ними находится обмотка возбуждения, напрямую присоединённая к медным контактным кольцам (цилиндрической формы).
  • Реле регулятора напряжения, необходимо для регулировки токовой нагрузки на автогенератор.
  • Шкив – устройство передачи механической энергии к генератору ременной передачи.
  • Выпрямители шестидиодные, которые распределены в двух группах, соединённых по три в положительный и отрицательный теплоотводы.
  • Подпружиненные щётки.
  • Защитная крышка.

Шкив

Как выглядит шкив авто

Автогенератор переменного тока отличается габаритами, местом установки основных узлов и качеством. Схема и принцип работы генератор и составные части для всех моделей идентичны.

Автогенератор в сельской технике:

  • В тракторах не предусмотрена установка АКБ, поэтому на них устанавливают генераторы переменного тока с возбуждением на постоянных магнитах. На первых моделях применялись автогенераторы постоянного тока, которые запускались вручную. Реле регулятора напряжения был установлен на всех моделях.

При продольном устройстве двигателя автогенератор тока находится с наружной стороны картера, при поперечном – ротор закреплён на лицевой части коленчатого вала, а генератор в закрытом отсеке между коробкой передачи и картере ДВС.

  • На мототехнике схема производителя тока идентична автомобильным с АКБ. Для остальных моделей предусматривались конструкции на неодимовых магнитах.

Прикуривание должно проводиться с соблюдением правил безопасности, т. к. ток стартера на автомобиле-доноре значительно превышает допустимые токовые нагрузки на подключаемом генераторе. Наиболее частыми поломками данной ситуации является выход из строя регулятора напряжения.

Чтобы избежать выход из строя оборудования необходимо отключать ДВС и высвобождать клемму «-» на АКБ.

Для нормального движения ротора без нагрузки необходимо приложить 5% номинальной мощности устройства.

Вал генератора начинает оказывать сопротивление лишь при появлении магнитного поля статора, т. к. нагрузки (включение ламп, музыкальных устройств и др.)

Необходимая величина мощности, которая обеспечит питание обмотки возбуждения генератора, составляет 5% от общей выходной нагрузки.

В моделях авто, которые работают на дизельном топливе, установлены вакуумные лопастные насосы, подключённые к системе смазки двигателя.

Элементарный метод проверки корректности работы блока управления – замер напряжения на аккумуляторе до включения устройства и после. Допустимое отклонение составляет 2 В.

Видео. Генератор

Генератор – важная деталь автомобиля. Необходимо знать принцип действия и схему для того, чтобы продлить срок эксплуатации устройства и избежать непредвиденный выход из строя.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: