Indukcijski generatori za generiranje naizmjenične struje. Beskontaktni generatori sa elektromagnetnom pobudom

Pozdrav poznavaocima svijeta elektronike i elektronike. Ako često gledate našu stranicu, vjerojatno se sjećate da smo nedavno objavili prilično obiman materijal o tome kako DC generator radi i radi. Detaljno smo opisali njegovu strukturu od najjednostavnijih laboratorijskih prototipova do modernih radnih jedinica. Obavezno ga pročitajte ako već niste.

Danas ćemo razviti ovu temu i shvatiti koji je princip rada alternatora. Razgovarajmo o sferama njegove primjene, sortama i još mnogo toga.

Počnimo s najosnovnijim - naizmjenična struja se razlikuje od konstantne struje po tome što mijenja smjer kretanja s određenom periodičnošću. Također mijenja vrijednost, o čemu ćemo detaljnije govoriti kasnije.

Nakon određenog vremenskog perioda, koji ćemo nazvati "T", vrijednosti trenutnih parametara se ponavljaju, što se na grafikonu može prikazati kao sinusoida - valovita linija koja istom amplitudom prolazi kroz središnju liniju.

Osnovni principi

Dakle, svrha i uređaj alternatora, koji se ranije zvao alternator, je pretvaranje kinetičke energije, odnosno mehaničke, u električnu energiju. Velika većina modernih generatora koristi rotirajuće magnetno polje.

• Takvi uređaji rade zbog elektromagnetne indukcije, kada, kada se zavojnica od vodljivog materijala (obično bakrene žice) rotira u magnetskom polju, u njemu nastaje elektromotorna sila (EMF).
• Struja počinje da se formira u trenutku kada provodnici počnu da prelaze magnetne linije polja sile.

• Štaviše, vršna vrijednost EMF-a u provodniku se postiže kada prođe glavne polove magnetskog polja. U onim trenucima kada klize duž linija sile, indukcija se ne javlja i EMF pada na nulu. Pogledajte bilo koji dijagram iz predstavljenog - prvo stanje će se posmatrati kada je okvir okomito, a drugo kada je horizontalno.

• Za bolje razumijevanje tekućih procesa, morate se prisjetiti pravila desne ruke, koje su svi proučavali u školi, ali se malo ljudi sjeća. Njegova suština leži u činjenici da ako desnu ruku postavite tako da linije sile magnetskog polja uđu u nju sa strane dlana, ostavljeni palac će ukazati na smjer kretanja provodnika, a preostali prsti će ukazati na smjer EMF-a koji nastaje u njemu.
• Pogledajte gornji dijagram, pozicija "a". U ovom trenutku, EMF u okviru je jednak nuli. Strelice pokazuju smjer njegovog kretanja - dio okvira A kreće se prema sjevernom polu magneta, a B - južnom polu, dostižući koji će EMF biti maksimalan. Primjenjujući gore opisano pravilo desne ruke, vidimo da struja počinje teći u dijelu "B" u našem smjeru, a u dijelu "A" - dalje od nas.
• Okvir se dalje rotira i struja u kolu počinje da opada sve dok okvir ponovo ne zauzme horizontalni položaj (c).
• Daljnja rotacija dovodi do činjenice da struja počinje teći u suprotnom smjeru, budući da su dijelovi okvira obrnuti u odnosu na početni položaj.

Nakon pola okreta, sve će se vratiti u prvobitno stanje, a ciklus će se ponoviti. Kao rezultat toga, dobili smo da se tokom punog okretanja okvira struja povećala dva puta do maksimuma i pala na nulu, te jednom promijenila smjer u odnosu na početno kretanje.

Izmjenična struja

Općenito je prihvaćeno da je trajanje perioda okretanja jednako 1 sekundi, a broj perioda "T" je frekvencija električne struje. U standardnim električnim mrežama u Rusiji i Evropi, u jednoj sekundi, struja mijenja smjer 50 puta - 50 perioda u sekundi.

U elektronici jedan takav period označava specijalna jedinica nazvana po njemačkom fizičaru G. Hercu. Odnosno, u datom primjeru ruskih mreža, trenutna frekvencija je 50 herca.

Općenito, naizmjenična struja je našla vrlo široku primjenu u elektronici zbog činjenice da: veličinu njenog napona je vrlo lako promijeniti pomoću transformatora koji nemaju pokretne dijelove; uvijek se može pretvoriti u jednosmjernu struju; uređaj takvih generatora je mnogo pouzdaniji i jednostavniji nego za generiranje istosmjerne struje.

Struktura alternatora

Kako radi generator naizmjenične struje, u principu je jasno, ali kada ga uporedimo sa kolegom za generiranje konstantne struje, nije odmah moguće shvatiti razliku.

Glavni radni dijelovi i njihova veza

Ako ste pročitali prethodni materijal, onda se vjerojatno sjećate da je okvir u najjednostavnijoj shemi bio spojen na kolektor, podijeljen na izolirane kontaktne ploče, a on je, zauzvrat, bio povezan s četkama koje klize duž njega, kroz koje je bio vanjski krug povezan.

Zbog činjenice da se kolektorske ploče stalno mijenjaju četkama, nema promjene u smjeru struje - ona jednostavno pulsira, krećući se u jednom smjeru, odnosno kolektor je ispravljač.

• Za naizmjeničnu struju takav uređaj nije potreban, pa se zamjenjuje kliznim prstenovima na koje su pričvršćeni krajevi okvira. Cijela struktura rotira zajedno oko središnje ose. Četke se graniče s prstenovima, koji također klize duž njih, osiguravajući stalan kontakt.
• Kao iu slučaju jednosmjerne struje, EMF-ovi koji nastaju u različitim dijelovima okvira će se sumirati, formirajući rezultujuću vrijednost ovog parametra. U tom slučaju struja će teći u vanjskom kolu spojenom kroz četke (ako na njega spojite otpornik opterećenja RH).
• U gornjem primjeru, "T" je jednako punom okretu okvira. Dakle, može se zaključiti da frekvencija struje koju generiše generator direktno zavisi od brzine rotacije armature (okvira), odnosno rotora, u sekundi. Međutim, ovo se odnosi samo na tako jednostavan generator.

Ako povećate broj parova polova, tada će se proporcionalno povećati broj potpunih promjena struje po obrtaju armature u generatoru, a njegova frekvencija će se mjeriti drugačije, prema formuli: f = np, gdje je f frekvencija, n je broj okretaja u sekundi, p je broj parova magnetnih polova uređaja.

• Kao što smo već napisali gore, tok naizmjenične struje grafički je prikazan kao sinusoida, pa se takva struja naziva i sinusoidnom. Odmah je moguće izdvojiti glavne uvjete koji određuju konstantnost karakteristika takve struje - to je uniformnost magnetskog polja (njegova konstantna vrijednost) i konstantna brzina rotacije armature u kojoj se inducira.
• Kako bi uređaj bio dovoljno moćan, koristi se električnim magnetima. Namotaj rotora, u kojem se indukuje EMF, u radnim jedinicama takođe nije okvir, kao što smo pokazali na gornjim dijagramima. Koristi se vrlo veliki broj provodnika koji su međusobno povezani po određenom uzorku

Zanimljivo je znati! Formiranje EMF-a se događa ne samo kada je vodič pomaknut u odnosu na magnetsko polje, već i obrnuto, kada se samo polje pomiče u odnosu na vodič, što aktivno koriste dizajneri električnih motora i generatora.

• Ovo svojstvo omogućava postavljanje namotaja u kojem se indukuje EMF, ne samo na rotirajući središnji dio uređaja, već i na stacionarni dio. U tom slučaju se pokreće magnet, odnosno polovi.

• S takvom strukturom, vanjskom namotu generatora, odnosno strujnom krugu, nisu potrebni pokretni dijelovi (prstenovi i četke) - veza je kruta, često pričvršćena vijcima.
• Da, ali može se razumno prigovoriti, kažu, isti elementi će morati biti instalirani na pobudnom namotu. To je istina, međutim, struja koja teče ovdje bit će mnogo manja od konačne snage generatora, što uvelike pojednostavljuje organizaciju napajanja strujom. Elementi će biti male veličine i težine i vrlo pouzdani, što upravo takav dizajn čini najtraženijim, posebno za moćne jedinice, na primjer, vučne jedinice ugrađene na dizel lokomotive.
• Ako govorimo o generatorima male snage, gdje sakupljanje struje ne predstavlja nikakve poteškoće, stoga se često koristi "klasična" shema, s rotirajućim namotom armature i stacionarnim magnetom (induktorom).

Savjet! Inače, stacionarni dio alternatora naziva se stator, jer je statičan, a rotirajući dio se zove rotor.

Vrste alternatora

Generatori se mogu klasifikovati i razlikovati po nekoliko kriterijuma. Pozovimo ih.

Trofazni generatori

Mogu se razlikovati po broju faza i biti jednofazni, dvofazni i trofazni. U praksi je posljednja opcija najraširenija.

• Kao što možete vidjeti sa gornje slike, pogonska jedinica jedinice ima tri nezavisna namota koja se nalaze na statoru po obodu, pomaknuta za 120 stepeni jedan u odnosu na drugi.
• Rotor je u ovom slučaju elektromagnet, koji, rotirajući, inducira promjenjivu EMF u namotajima, koji su međusobno pomjereni u vremenu za jednu trećinu "T" perioda, odnosno ciklusa. Zapravo, svaki namotaj je zaseban monofazni generator koji napaja svoj vanjski krug R naizmjeničnom strujom. Odnosno imamo tri vrijednosti struje I (1,2,3) i isti broj kola. Svaki takav namotaj, zajedno sa vanjskim krugom, naziva se faza.

• Kako bi se smanjio broj žica koje vode do generatora, tri povratne žice koje vode do njega od potrošača energije zamjenjuju se jednom zajedničkom, kroz koju će teći struje iz svake faze. Takva zajednička žica naziva se nula.
• Spoj svih namotaja takvog generatora, kada su njihovi krajevi povezani jedni s drugima, naziva se zvijezda. Odvojene tri žice koje povezuju početak namotaja s potrošačima električne energije nazivaju se linearnim - prenose se duž njih.
• Ako je opterećenje svih faza isto, onda će potreba za neutralnom žicom potpuno nestati, jer će ukupna struja u njoj biti nula. Kako se to dešava, pitate se? Sve je krajnje jednostavno - za koncept principa dovoljno je zbrojiti algebarske vrijednosti svake sinusoidne struje, fazno pomaknute za 120 stepeni. Gornji dijagram će vam pomoći da shvatite ovaj princip ako zamislite da su krive na njemu promjena struje u tri faze generatora.
• Ako opterećenje u fazama nije isto, tada će neutralna žica početi propuštati struju. Zbog toga je uobičajena 4-žična shema spajanja zvijezda, jer vam omogućava da sačuvate električne uređaje koji su u tom trenutku uključeni u mrežu.

• Napon između linijskih žica naziva se linearnim, dok je napon na svakoj fazi fazni. Struje koje teku u fazama su takođe linearne.
• Zvjezdano ožičenje nije jedino. Postoji još jedna opcija za povezivanje tri namota u seriju, kada je kraj jednog spojen na početak drugog, i tako dalje, dok se ne formira zatvoreni prsten (vidi dijagram iznad "b"). Žice koje izlaze iz generatora povezane su na spojevima namotaja.
• U tom slučaju će fazni i linijski napon biti isti, a struja linijske žice će biti veća od fazne, sa istim opterećenjem.
• Za takvu vezu također nije potrebna neutralna žica, što je glavna prednost trofaznog generatora. Manje žica čini ga jednostavnijim i jeftinijim zbog manje količine upotrijebljenih obojenih metala.

Još jedna karakteristika trofazne sheme povezivanja je pojava rotirajućeg magnetnog polja, što omogućava stvaranje jednostavnih i pouzdanih asinkronih motora.

Ali to nije sve. Prilikom ispravljanja jednofazne struje na izlazu ispravljača dobiva se napon s valovima od nule do maksimalne vrijednosti. Razlog je, mislimo, jasan ako shvatite osnovni princip rada ovakvog uređaja. Kada dođe do faznog pomaka, talasanje se značajno smanjuje, ne prelazi 8%.

Razlika u izgledu

Generatori se razlikuju i po izgledu, kojih ima 2:

• Sinhroni alternator- glavna karakteristika takve jedinice je kruta veza frekvencije promjenjivog EMF-a koji se inducira u namotu i sinhrone frekvencije rotacije, odnosno rotacije rotora.

1. Pogledajte dijagram iznad. Na njemu vidimo stator sa trofaznim namotom spojenim u trokutasti krug, koji se ne razlikuje mnogo od onog na asinkronom motoru.
2. Na rotoru generatora nalazi se elektromagnet s pobudnim namotom, napajan istosmjernom strujom, koji se može napajati na bilo koji poznati način - to će biti detaljnije opisano kasnije.
3. Umjesto elektromagneta može se koristiti konstantni, tada potreba za kliznim dijelovima kola, u obliku četkica i kliznih prstenova, potpuno nestaje, za takav generator neće biti dovoljno moćan i ne može normalno stabilizirati izlaz naponi.
4. Na osovinu rotora je povezan pogon - bilo koji motor koji stvara mehaničku energiju, a pokreće se određenom sinhronom brzinom.
5. Budući da se magnetsko polje glavnih polova rotira sa rotorom, indukcija promjenjivog EMF-a počinje u namotu statora, koji se može označiti kao E1, E2 i E3. Ove varijable će biti iste vrijednosti, ali kao što je već spomenuto više puta, bit će pomjerene za 120 stepeni u fazi. Zajedno, ove vrijednosti čine trofazni EMF sistem koji je simetričan.
6. Opterećenje je povezano na tačke C1, C2 i C3, a struje I1, I2 i I pojavljuju se na fazama namotaja u statoru. U ovom trenutku, svaka faza samog statora postaje snažan elektromagnet i stvara rotirajući magnet polje.
7. Brzina rotacije magnetnog polja statora će odgovarati brzini rotacije rotora.

• Asinhroni generatori- razlikuju se od gore opisanog primjera činjenicom da frekvencije EMF-a i rotacije rotora nisu čvrsto vezane jedna za drugu. Razlika između ovih parametara naziva se klizanje.

1. Elektromagnetno polje takvog generatora u normalnom režimu rada vrši kočni moment pod opterećenjem na rotaciju rotora, pa će frekvencija promjene magnetnog polja biti niža.
2. Ove jedinice ne zahtijevaju složene sklopove i upotrebu skupih materijala za izradu, stoga se široko koriste kao elektromotori za transport, zbog lakog održavanja i jednostavnosti samog uređaja. Ovi generatori su otporni na preopterećenja i kratke spojeve, ali nisu primjenjivi na uređajima koji su jako ovisni o frekvenciji struje.

Metode pobude namotaja

Poslednja razlika između modela, koju bih želeo da se dotaknem, odnosi se na način napajanja pogonskog namotaja.

Ovdje postoje 4 vrste:

1. Namotaj se napaja iz izvora treće strane.
2. Samopobudni generatori- struja se uzima iz samog generatora, dok se napon ispravlja. Međutim, budući da je u neaktivnom stanju, takav generator neće moći generirati dovoljan napon za pokretanje, za što krug koristi bateriju koja će biti uključena tijekom pokretanja.
3. Opcija sa pobudnim namotom napajanim drugim generatorom manje snage, ugrađenim s njim na istoj osovini... Drugi generator već mora početi od izvora treće strane, na primjer, iste baterije.
4. Potonjem tipu uopće nije potrebno napajanje pobudnog namota, jer ga nema, jer se u uređaju koristi trajni magnet.

Primena alternatora u praksi

Takvi generatori se koriste u gotovo svim sferama ljudske djelatnosti gdje je potrebna električna energija. Štoviše, princip njegovog izvlačenja razlikuje se samo u načinu pokretanja osovine uređaja. Tako rade hidro, toplotne, pa čak i nuklearne elektrane.

Ove stanice napajaju javne mreže putem žica na koje je spojen krajnji potrošač, odnosno svi mi. Međutim, postoji mnogo objekata do kojih je nemoguće isporučiti električnu energiju na ovaj način, na primjer, transport, gradilišta udaljena od dalekovoda, veoma udaljena sela, stražarnice, bušaće platforme itd.

To znači samo jedno - potreban vam je vlastiti generator i motor koji ga pokreće. Pogledajmo nekoliko malih i uobičajenih uređaja u našem životu.

Automobilski generatori

Na fotografiji - električni generator za automobil

Neko bi odmah mogao reći: „Kako? To je DC generator!" Da, zaista je tako, ali samo prisustvo ispravljača, koji čini ovu strujnu konstantu, to čini takvim. Osnovni princip rada se ne razlikuje - isti rotor, isti elektromagnet i tako dalje.

Ovaj uređaj radi na način da, bez obzira na brzinu rotacije osovine, generiše napon od 12V, koji obezbeđuje regulator, preko kojeg se napaja namotaj polja. Pokreće se pobudni namotaj, napajan iz akumulatora automobila, rotor jedinice pokreće motor automobila kroz remenicu, nakon čega počinje inducirati EMF.

Za ispravljanje trofazne struje koristi se nekoliko dioda.

Generator na tečno gorivo

Uređaj benzinskog alternatora, baš kao i dizel, ne razlikuje se mnogo od onoga što je ugrađeno u vaš automobil, s izuzetkom nijanse da će proizvoditi naizmjeničnu struju, kako se očekuje.

Od karakteristika se može izdvojiti činjenica da se rotor jedinice mora uvijek okretati istom brzinom, jer s padovima proizvodnja energije postaje gora. Ovo je značajan nedostatak takvih uređaja - sličan efekat se javlja kada su dijelovi istrošeni.

Zanimljivo je znati! Ako se na generator priključi opterećenje, koje će biti niže od radnog, on neće u potpunosti iskoristiti svoju snagu i uzalud će pojesti dio tekućeg goriva.

Na tržištu postoji veliki izbor sličnih jedinica, dizajniranih za različite kapacitete. Veoma su popularni zbog svoje mobilnosti. Istovremeno, upute za upotrebu su izuzetno jednostavne - vlastitim rukama točimo gorivo, pokrećemo motor okretanjem ključa i spajamo ...

Na ovome ćemo, možda, završiti. Namenu i opštu strukturu ovih uređaja analizirali smo što je jednostavnije moguće. Nadamo se da su vam alternator i njegov princip rada postali malo bliži, a uz naš prijedlog poželjet ćete uroniti u fascinantan svijet elektrotehnike.

Autogenerator je jedna od najvažnijih jedinica u automobilu. Njegova funkcija je generiranje i opskrba električnom energijom svih čvorova kojima je potrebna konstantna potrošnja struje. Pored toga, obezbeđuje punjenje baterije tokom pokretanja vozila i tokom rada motora.

Zatim ćemo razmotriti od čega se sastoji električni generator u modernim mašinama, koji je princip rada i koliko je važno održavati ga u punom radnom stanju. Također ćemo analizirati koje se vrste uređaja koriste u modernim automobilima.

Glavne funkcije alternatora

Uređaj radi tako što pretvara mehaničku energiju koju stvara radilica u električnu struju. Kao rezultat, napajanje je osigurano za sve uređaje kojima je potrebna struja. Električna energija se pohranjuje u akumulatoru vozila. U normalnom režimu, on je taj koji obezbeđuje napajanje sistemima kojima je potrebna struja.

Ali prilikom pokretanja automobila, starter je glavni potrošač energije. Snaga struje doseže stotine ampera, a napon u mreži naglo pada. Generator u ovom trenutku postaje glavni izvor struje. Baterija stvara nestabilnu struju koja ne može osigurati konstantan napon električnom sistemu vozila.

Strujni generator je svojevrsna sigurnosna mreža, jer upravo on osigurava proizvodnju i opskrbu električnom energijom prilikom iznenadnih napona. To može biti ne samo pokretanje motora, već i uključivanje farova, promjena brzina, kao i pokretanje rada dodatnih sistema.

Osim toga, uređaj omogućava punjenje baterije, što je jednako važno za potpuni rad automobila.

Princip rada

Postoje dvije vrste generatora: DC i AC. Većina modernih automobila opremljena je drugom vrstom generatora. Karakterizira ih činjenica da su magnetsko kolo i provodnik nepomični. Rotira se samo permanentni magnet, čijom se rotacijom stvara struja. To se događa zato što u krug zavojnice prodire magnetski fluks koji varira po veličini i smjeru. Kao rezultat, dolazi do ujednačenog povećanja i smanjenja energije.

Dakle, kada vrh magnetnog kola prođe pored polova magneta, stvara se struja koja se mijenja u veličini i smjeru. Također se mijenja u zavojnici. Zbog toga se struja naziva naizmjenična. Dizajn jedinice omogućava generiranje dovoljne količine električne energije čak i uz relativno sporu rotaciju, budući da ima veliki broj zavojnica i rotora, a umjesto konvencionalnog magneta, u njega je ugrađen električni.

Za sve modele princip rada generatora je praktički isti. Samo neke od komponenti uređaja mogu se mijenjati, osiguravajući proizvodnju više električne energije.

Kako radi alternator

Za one koji su barem malo upućeni u principe proizvodnje i distribucije električne energije, sve je krajnje jednostavno. U automobilu postoje dva električna kruga: primarni i sekundarni.

Između primarnog i sekundarnog kruga nalazi se regulator napona. On izračunava nivo napona u sekundarnom kolu i u zavisnosti od toga postavlja parametre za primarni. Bez regulatora napona u automobilu, mogao bi se pratiti nivo napona i količina proizvedene električne energije.

Ako napon u mreži naglo padne, regulator reagira na svoje indikatore, a struja u krugu namota polja raste. Kao rezultat toga, magnetsko polje se povećava, a unutar uređaja se stvara više električne energije. Napon unutar mehanizma će se povećavati sve dok njegov porast ne zaustavi regulator.

Kada se nivo struje u cijeloj mreži izjednači, regulator ponovo daje signal za povećanje napona u generatoru na željeni nivo. Dakle, rad generatora direktno zavisi od količine električne energije koju troše svi sistemi vozila. A regulator napona kontrolira količinu proizvedene energije.

Bitan! Rad generatora ne zavisi od broja obrtaja motora. Ako postoje kvarovi u električnoj mreži automobila, to je ili zbog problema u samom generatoru, ili zbog kvara regulatora napona, ali ni na koji način zbog problema u radu motora. Generatorski uređaj vam omogućava da generirate potrebnu količinu električne energije čak i pri malim brzinama jedinice.

U nastavku možete pogledati video s dostupnim objašnjenjem dijagrama rada alternatora:

Kako se generator napaja

Generator napona u automobilu služi kao pretvarač mehaničke energije u električnu energiju. Mehanička energija se proizvodi iz motora vozila. Generatorski uređaj je dizajniran na način da remenica radilice prenosi kretanje na remenicu generatora. Između njih nalazi se kaiš koji obezbeđuje ovaj prenos.

Svi moderni automobili su opremljeni poliklinastim remenima, koji imaju dobru fleksibilnost i omogućavaju postavljanje remenica malog prečnika na alternatore. I što je manji prečnik ove jedinice, to više jedinica može da generiše energiju. Ovaj odnos osigurava visoke omjere prijenosa koji razlikuju generatore velike brzine.

Iz ovoga se može zaključiti da upotreba novih materijala i tehnologija u proizvodnji DC i AC generatora može povećati njihovu produktivnost. Ovo je veoma važno za automobile visoke tehnologije sa povećanom potrošnjom energije.

Generatorski uređaj

Dizajn generatora nije se mnogo promijenio od izuma prvih AC i DC električnih mehanizama koji se koriste za proizvodnju električne energije u automobilima. Ova jedinica ima sljedeći uređaj:

• okvir;
• dva poklopca sa otvorima za ventilaciju. Aluminijski poklopci se spajaju sa tri ili četiri vijka;
• rotor koji se okreće u dva ležaja i pokreće ga remenica;
• struju do namotaja elektromagneta dovode dva bakrena prstena i grafitne četke;
• oni su, zauzvrat, povezani na relej-regulator, koji kontroliše nivo proizvodnje električne energije unutar jedinice. Ovisno o modifikaciji, relej se može ugraditi u kućište ili ukloniti izvan njega.

Svi moderni uređaji opremljeni su ventilatorima za hlađenje koji sprečavaju pregrijavanje uređaja. Generatori su pričvršćeni direktno na prednji dio motora pomoću posebnih nosača.

Stator generatora se sastoji od jezgre, namotaja, proreznog klina, utora i izlaza za spajanje na ispravljače. Rotor se sastoji od sistema polova. Ove komponente se nalaze u kućištu, a njihov rad i interakcija je osnova za proizvodnju električne energije unutar uređaja.

Sklop četkica sadrži četke ili klizne kontakte. Mogu biti multigrafit ili elektrografit. Sklopovi četkica prenose jednosmjernu struju na rotirajuću armaturu, koja djeluje kao trajni magnet. Ali iste četke su slaba karika ovog dizajna, jer zahtijevaju stalno održavanje, čišćenje i zamjenu istrošenih dijelova.

Automobilski generator bez četkica

Tip uređaja bez četkica danas je najčešći, jer je najpouzdaniji i ne zahtijeva stalno održavanje. Kao i svaki drugi uređaj, sastoji se od dvije komponente:

Za razliku od mehanizama s četkicom, ovdje se koristi složena regulacija izlaznog napona. Ostvaruje se zbog činjenice da su osi namota pomaknute za 90 stepeni. Kao rezultat toga, kako raste opterećenje, magnetsko polje rotora se pomiče prema glavnom namotu, a EMF koji se stvara u njemu se povećava. Napon se zauzvrat stabilizuje.

Ovakav raspored mehanizma ima sljedeće prednosti:

• tokom rada uređaja ne stvara se ugljena prašina, što je glavni problem za generatore četkica;
• nakon određenog perioda rada nije potrebna zamjena četkica;
• smanjen broj mehaničkih konstrukcija značajno povećava pouzdanost uređaja i minimizira troškove njegovog održavanja;
• uređaj se ne boji nepovoljnih vremenskih uslova;
• takvi uređaji imaju jednostavan dizajn, što znači da su jeftiniji.

Generatori bez četkica su prilično popularni, unatoč činjenici da su jednofazni i imaju nisku učinkovitost. Međutim, ovaj njihov nedostatak eliminiše se upotrebom sistema sa elektronskom regulacijom i nezavisnom pobudom.

Kako radi DC generator?

DC uređaj ima sličnu konstrukciju kao alternator. Njegovi glavni dijelovi su armatura u obliku cilindra s namotom i elektromagneti koji stvaraju napon u uređaju.

Dijele se u dvije vrste: samopobuđene i uz korištenje nezavisnog prekidača, takvi uređaji mogu biti i četkasti i bez četkica.

Zbog činjenice da je DC generatorima potreban stalan izvor energije, njihovo područje primjene je prilično usko fokusirano. Često se koriste za pogon javnih električnih vozila. Ovaj tip instrumenta se koristi u dizel generatorima.

Električna energija nije primarna energija slobodno prisutna u prirodi u značajnim količinama i mora se proizvoditi za upotrebu u industriji i svakodnevnom životu. Najveći dio stvaraju uređaji koji pretvaraju pogonsku snagu u električnu struju - tako rade generatori, čiji izvori mehaničke energije mogu biti parne i vodene turbine, motori s unutarnjim sagorijevanjem, pa čak i snaga ljudskih mišića.

Istorija i evolucija

Otkriće zakona elektromagnetne indukcije od strane Michaela Faradaya 1831. godine postalo je osnova za konstrukciju električnih mašina. Ali prije pojave električne rasvjete, nije bilo potrebe za komercijalizacijom tehnologije. U ranim potrošačima električne energije, na primjer, u telegrafu, galvanske baterije su korištene kao izvor energije. Ovo je bio veoma skup način proizvodnje električne energije.

Krajem 19. stoljeća, mnogi pronalazači su tražili primjenu Faradejevog principa indukcije za mehaničko generiranje električne energije. Neka od važnih dostignuća bili su razvoj dinamo od strane Wernera von Simensa i proizvodnja radnih modela Theophilus Gramm generatora od strane Hippolytea Fontainea. Prvi uređaji korišćeni su u kombinaciji sa uređajima za spoljašnju lučnu rasvetu poznatim kao Yablochkov sveće.

Zamijenio ih je vrlo uspješan sistem sijalica sa žarnom niti Thomasa Edisona. Njegove komercijalne elektrane bile su bazirane na snažnim generatorima, ali kolo s istosmjernom strujom nije bilo pogodno za distribuciju energije na velike udaljenosti zbog velikog gubitka topline.

Nikola Tesla je razvio poboljšani alternator, kao i praktičan indukcioni motor. Ove električne mašine, zajedno sa stepenastim i opadajućim transformatorima, dale su osnovu za veće distributivne mreže elektroprivreda koje koriste velike elektrane. U velikim energetskim sistemima naizmenične struje, troškovi proizvodnje i transporta bili su nekoliko puta niži nego u Edisonovoj šemi, što je stimulisalo potražnju za električnom energijom i, kao rezultat, dalju evoluciju električnih mašina. ... Glavni datumi u istoriji generatora mogu se smatrati:

Princip rada

Generatori elektromagnetne indukcije ne proizvode električnu energiju. Uz pomoć mehaničke energije pokreću samo električne naboje koji su uvijek prisutni u provodnicima. Princip rada električnog generatora može se uporediti sa vodenom pumpom koja uzrokuje protok vode, ali ne stvara vodu u cijevima. Nadmoćno većina indukcijskih generatora su rotacijske električne mašine koji se sastoji od dvije glavne komponente:

• stator (stacionarni dio);
• rotor (rotirajući dio).

Za ilustraciju rada električnog generatora može poslužiti jednostavna električna mašina, koja se sastoji od zavojnice žice i magneta u obliku slova U. Glavni osnovni elementi ovog modela:

• magnetno polje;
• kretanje provodnika u magnetskom polju.

Magnetno polje je područje oko magneta gdje se osjeća njegova snaga. Da biste bolje razumjeli kako model funkcionira, možete zamisliti linije sile koje izlaze iz sjevernog pola magneta i vraćaju se na južni pol. Što je magnet jači, stvara više linija sile. Ako zavojnica počne da se okreće između polova, tada će obe strane početi da presijecaju zamišljene magnetske linije. To uzrokuje kretanje elektrona u vodiču (generiranje električne energije).

U skladu s pravilom desne ruke, kada se petlja okreće, u njoj će se inducirati struja, mijenjajući svoj smjer svakih pola okreta, jer će se linije sile strana petlje sijeći u jednom ili drugom smjeru . Dvaput u svakoj revoluciji, zavojnica prolazi kroz pozicije (paralelne s polovima) na kojima se ne javlja elektromagnetna indukcija. Dakle, najjednostavniji generator radi kao električna mašina koja stvara naizmjeničnu struju. Stres koji stvara može se promijeniti:

• jačina magnetnog polja;
• brzina rotacije zavojnice;
• broj zavoja žice koja prelazi linije sile magnetskog polja.

Petlja provodnika koja se okreće između polova magneta ima još jedan važan efekat. Kada struja teče u petlji, ona stvara elektromagnetno polje suprotno polju stalnog magneta. I što se više električne energije indukuje u zavojnici, to je jače magnetsko polje i otpor okretanju vodiča. Ista magnetska sila u zavojima uzrokuje rotaciju rotora elektromotora, odnosno pod određenim uvjetima generatori mogu raditi kao motori i obrnuto.

Karakteristike AC generatora

Naizmjeničnu struju (AC) proizvodi najjednostavniji opisani generator. Da bi proizvedena električna energija bila upotrebljiva, mora se nekako isporučiti na teret. Ovo se postiže korištenjem kontaktnog sklopa na osovini, koji se sastoji od rotirajućih prstenova i fiksnih karbonskih dijelova zvanih četke koji klize preko njih. Svaki kraj rotirajućeg provodnika spojen je na odgovarajući prsten, a tako stvorena struja u zavojnici prolazi kroz prstenove i četke do opterećenja.

Konstrukcija industrijskih mašina

Praktični generatori se razlikuju od najjednostavnijih. Obično su opremljeni uzbudnikom — pomoćnim generatorom koji napaja jednosmjernu struju elektromagnetima koji se koriste za stvaranje magnetskog polja u generatoru.

Umjesto zavojnice u najjednostavnijem modelu, praktični uređaji opremljeni su namotajima od bakrene žice, a zavojnice na željeznim jezgrama igraju ulogu magneta. U većini alternatora, elektromagneti koji stvaraju naizmjenično polje postavljeni su na rotor i električna energija se inducira u zavojnicama statora.

U takvim uređajima kolektor se koristi za prijenos istosmjerne struje od uzbuđivača do magneta. To uvelike pojednostavljuje dizajn, jer je prikladnije prenositi slabe struje kroz četke i primati visoki napon iz stacionarnih namotaja statora.

Primjena u mrežama

U nekim mašinama, broj sekcija namotaja je isti kao i broj elektromagneta. Ali većina AC generatora opremljena je sa tri seta zavojnica za svaki pol. Takve mašine proizvode tri struje električne energije i nazivaju se trofaznim. Njihova gustina snage je znatno veća od one kod jednofaznih.

U elektranama se AC generatori koriste kao pretvarači mehaničke energije u električnu energiju. To je zato što se izmjenični napon može lako povećati ili smanjiti korištenjem transformatora. Veliki generatori proizvode napon od oko 20.000 volti. Zatim raste za više od reda veličine za mogućnost transporta električne energije na velike udaljenosti. Serija opadajućih transformatora stvara napon pogodan za upotrebu na mjestu gdje se koristi električna energija.

Dinamo uređaj

Zavojnica žice koja rotira između polova magneta mijenja polove na krajevima vodiča dva puta za svaki okret. Da biste najjednostavniji model pretvorili u DC generator, trebate učiniti dvije stvari:

• uzeti struju od petlje do opterećenja;
• organizovati tok preusmerene struje samo u jednom pravcu.

Uloga kolekcionara

Uređaj koji se zove razdjelnik može učiniti oboje. Njegova razlika od sklopa kontaktnih četkica je u tome što njegova osnova nije prsten provodnika, već skup segmenata izoliranih jedan od drugog. Svaki kraj rotacionog kruga povezan je s odgovarajućim sektorom kolektora, a dvije stacionarne ugljene četke uklanjaju električnu struju iz komutatora.

Kolektor je dizajniran na način da, bez obzira na polaritet na krajevima petlje i fazu rotacije rotora, kontaktna grupa daje struju željenog smjera prilikom prijenosa na opterećenje. Namoti u praktičnim dinamima sastoje se od mnogo segmenata, pa se za DC generatore, zbog potrebe njihove komutacije, pokazalo poželjnijim krug u kojem se armatura s induktivnim zavojnicama rotira u magnetskom polju.

Napajanje elektromagneta

Klasični dinamo koriste trajni magnet za indukciju polja. Ostatak DC generatora treba napajanje za elektromagnete. U takozvanim generatorima s odvojenom pobudom za to se koriste vanjski izvori jednosmjerne struje. Samopobuđeni uređaji koriste dio vlastite električne energije za pogon elektromagneta. Pokretanje takvih generatora nakon zaustavljanja ovisi o njihovoj sposobnosti da akumuliraju preostali magnetizam. Ovisno o načinu povezivanja uzbudnih zavojnica s namotajima armature, dijele se:

• šant (sa paralelnom pobudom);
• Serijski (sa sekvencijalnim pobudama);
• mješovita pobuda (sa kombinacijom šanta i serijske).

Tipovi pobude se primjenjuju ovisno o potrebnoj kontroli napona. Na primjer, generatorima koji se koriste za punjenje baterija potrebna je jednostavna kontrola napona. U ovom slučaju, tip šanta bi bio prikladan tip. Generator sa posebnom pobudom koristi se kao mašina koja proizvodi energiju za putnički lift, jer takvi sistemi zahtijevaju složenu kontrolu.

Primjena generatora kolektora

Mnogi DC generatori se napajaju AC motorima u kombinacijama koje se nazivaju motor generatorski setovi. Ovo je jedan od načina da promijenite AC u DC. Postrojenja za galvanizaciju koja elektrohemijski proizvode aluminijum, hlor i neke druge materijale zahtevaju dosta jednosmerne struje.

Dizel generatori također opskrbljuju istosmjernom strujom lokomotive i brodove. Budući da su kolektori složeni i nepouzdani uređaji, DC generatori se često zamjenjuju mašinama koje proizvode naizmjeničnu struju u kombinaciji s elektroničkim. Prekidački generatori našli su primjenu u mrežama male snage, omogućavajući korištenje dinamo s permanentnim magnetom bez pobudnih kola.

Postoje i druge vrste uređaja koji mogu proizvesti električnu energiju. To uključuje elektrohemijske baterije, termoelektrične i fotonaponske ćelije, pretvarače goriva. Ali u poređenju sa AC/DC indukcijskim generatorima, njihov udio u globalnoj proizvodnji energije je zanemariv.

Električna oprema svakog vozila uključuje generator- uređaj koji pretvara mehaničku energiju primljenu od motora u električnu energiju. Zajedno sa regulatorom napona naziva se generatorski set. Alternatori se ugrađuju na moderne automobile. Oni u najvećoj mjeri ispunjavaju zahtjeve.

Zahtjevi za generator:

• izlazni parametri generatora moraju biti takvi da do progresivnog pražnjenja baterije ne dođe ni u jednom načinu vožnje vozila;
• napon u mreži vozila koji napaja generator mora biti stabilan u širokom rasponu promjena brzine i opterećenja.

Posljednji zahtjev je zbog činjenice da je akumulatorska baterija vrlo osjetljiva na stepen stabilnosti napona. Prenizak napon uzrokuje nedovoljno punjenje akumulatora i kao rezultat toga poteškoće pri pokretanju motora; previsok napon dovodi do prekomjernog punjenja akumulatora i, kao rezultat, njegovog ubrzanog kvara.

Princip rada generatora i njegov temeljni dizajn isti su za sve automobile, razlikuju se samo u kvaliteti izrade, dimenzijama i lokaciji spojnih čvorova.

Glavni dijelovi generatora:

1. Remenica- služi za prijenos mehaničke energije od motora do osovine generatora pomoću remena;
2. Kućište generatora sastoji se od dva poklopca: prednjeg (sa strane remenice) i stražnjeg (sa strane kliznih prstenova), namijenjenih za montažu statora, ugradnju generatora na motor i postavljanje ležajeva (nosača) rotora. Zadnji poklopac sadrži ispravljač, sklop četkice, regulator napona (ako je ugrađen) i eksterne terminale za povezivanje na sistem električne opreme;
3. Rotor- čelična osovina s dvije čelične čahure kpyuvo oblika smještene na njoj. Između njih nalazi se pobudni namotaj čiji su vodovi spojeni na klizne prstenove. Generatori su opremljeni pretežno cilindričnim bakrenim kliznim prstenovima;
4. Stator- paket od čeličnih limova u obliku cijevi. U njegovim žljebovima nalazi se trofazni namotaj, u kojem se stvara snaga generatora;
5. Montaža sa ispravljačkim diodama- kombinuje šest snažnih dioda, utisnute u tri u pozitivnom i negativnom hladnjaku;
6. Regulator napona- uređaj koji održava napon mreže vozila u okviru propisanih granica pri promjeni električnog opterećenja, brzine rotora alternatora i temperature okoline;
7. Sklop četke- plastična konstrukcija koja se može skinuti. Ima četke s oprugom u kontaktu sa prstenovima rotora;
8. Zaštitni poklopac za diodni modul.

Razmotrite dijagram električnog povezivanja elemenata generatora.


Šematski dijagram agregata:
1. Prekidač za paljenje;
2. Kondenzator za suzbijanje smetnji;
3. Punjiva baterija;
4. Lampa-indikator zdravlja generatora;
5. Pozitivne diode energetskog ispravljača;
6. Negativne diode energetskog ispravljača;
7. Diode pobudnog namotaja;
8. Namotaji tri faze statora;
9. Pobudni namotaj (rotor);
10. Sklop četke;
11. Regulator napona;
B + Izlaz generatora "+";
B- "Masa" generatora;
D + Terensko napajanje, referentni napon za regulator napona.

Generator je baziran na efektu elektromagnetne indukcije. Ako se u zavojnicu, na primjer, napravljenu od bakrene žice, probije magnetski tok, onda kada se promijeni, na priključcima zavojnice se pojavljuje električni napon, proporcionalan brzini promjene magnetskog fluksa. Obrnuto, za formiranje magnetskog fluksa dovoljno je proći električnu struju kroz zavojnicu. Dakle, da bi se dobila izmjenična električna struja, potrebni su izvor izmjeničnog magnetskog polja i zavojnica iz koje će se naizmjenični napon direktno ukloniti.

Formiraju se pobudni namotaj sa sistemom polova, osovinom i kliznim prstenovima rotor, njegov najvažniji rotirajući dio, koji je izvor naizmjeničnog magnetnog polja.

Rotor generatora 1. osovina rotora;
2. stupovi rotora;
3. pobudni namotaj;
4. klizni prstenovi.
Sistem polova rotora ima rezidualni magnetni fluks, koji je prisutan čak iu odsustvu struje u namotaju polja. Međutim, njegova vrijednost je mala i sposobna je osigurati samopobudu generatora samo pri prevelikim brzinama. Stoga, za početno magnetiziranje rotora, mala struja se propušta kroz njegov namotaj iz baterije, obično kroz lampu za praćenje performansi generatora. Jačina ove struje ne bi trebala biti prevelika da ne bi ispraznila bateriju, ali ni premala da bi se generator mogao pobuđivati ​​već u praznom hodu motora. Na osnovu ovih razmatranja, snaga ispitne lampe je obično 2 ... 3 vata. Nakon što napon na namotajima statora dostigne radnu vrijednost, lampa se gasi, a pobudni namotaj se napaja iz samog generatora. U ovom slučaju, generator radi na samopobudu.

Izlazni napon se uklanja iz namotaji statora... Kada se rotor okreće suprotno zavojnicama namotaja statora, naizmjenično se pojavljuju "sjeverni" i "južni" pol rotora, odnosno mijenja se smjer magnetskog fluksa koji prodire u zavojnicu statora, što uzrokuje pojavu naizmjeničnog napona u njemu. Frekvencija ovog napona zavisi od brzine rotacije rotora generatora i broja njegovih parova polova.

Stator generatora
1. namotaj statora;
2. namotavanje zaključaka;
3. magnetsko kolo.
Namotaj statora je trofazni. Sastoji se od tri odvojena namotaja, koja se nazivaju fazni namoti ili jednostavno faze, namotana prema određenoj tehnologiji na magnetskom kolu. Napon i struje u namotima su pomjerene jedna u odnosu na drugu za trećinu perioda, tj. 120 električnih stepeni kao što je prikazano.

Oscilogrami faznih napona namotaja
U 1, U 2, U 3 - napon namotaja;
T - period signala (360 stepeni);
F - fazni pomak (120 stepeni).
Fazni namotaji mogu biti povezani zvijezdom ili trouglom.


Vrste povezivanja namotaja
1. "zvijezda";
2. "trougao".
Kada je spojen u "trokut", struja u svakom od namotaja je 1,7 puta manja od struje koju daje generator. To znači da je uz istu struju koju dovodi generator, struja u namotajima kada je spojena na "trokut" mnogo manja od struje "zvijezde". Stoga se u generatorima velike snage često koristi "trokut" veza, jer se pri manjim strujama namotaji mogu namotati tanđom žicom, koja je tehnološki naprednija. Tanja žica se također može koristiti za spajanje zvijezda. U ovom slučaju, namotaj je napravljen od dva paralelna namotaja, od kojih je svaki spojen u "zvijezdu", odnosno dobije se "dvostruka zvijezda".

Ugrađena mreža automobila zahtijeva stalno napajanje napona. Stoga, namotaj statora napaja mrežu vozila preko ispravljača ugrađenog u generator. Ispravljač za trofazni sistem, sadrži šest energetskih poluvodičkih dioda, od kojih su tri povezane na "+" terminal generatora, a ostale tri na "-" ("uzemljenje") terminal. Poluvodičke diode su u otvorenom stanju i ne pokazuju značajan otpor prolasku struje kada se na njih primjenjuje napon u smjeru naprijed i praktički ne propuštaju struju pri obrnutom naponu. Treba napomenuti da izraz "ispravljačka dioda" ne krije uvijek poznati dizajn, koji ima kućište, vodove itd. ponekad je to samo poluvodički silicijumski spoj zapečaćen na hladnjaku.

Montaža sa ispravljačkim diodama
1.naponske diode;
2. dodatne diode;
3. hladnjak.
Mnogi proizvođači, kako bi zaštitili elektronske komponente automobila od napona, zamjenjuju diode energetskog mosta zener diodama. Razlika između zener diode i ispravljačke diode je u tome što kada se na nju dovede napon u suprotnom smjeru, ona ne propušta struju samo do određene vrijednosti ovog napona, koja se naziva stabilizacijski napon. Obično u energetskim zener diodama napon stabilizacije je 25 ... 30 V. Kada se dostigne ovaj napon, zener diode "probijaju", odnosno počinju da propuštaju struju u suprotnom smjeru, iu određenim granicama promjena jačine ove struje, napon na zener diodi, a samim tim i na izlazu "+" generatora ostaje nepromijenjen, ne dostižući opasne vrijednosti za elektronske komponente. Svojstvo zener diode da održava konstantan napon na svojim terminalima nakon "kvara" također se koristi u regulatorima napona.

Kao što je gore navedeno, naponi na namotajima se mijenjaju duž krivih bliskih sinusoidi i u nekim trenucima su pozitivni, u drugim negativni. Ako se pozitivni smjer napona u fazi uzme duž strelice usmjerene na nultu tačku namotaja statora, a negativan od nje, tada, na primjer, za trenutak t kada napon druge faze nema, prva faza je pozitivna, a treća negativna. Smjer faznih napona odgovara strelicama prikazanim na slici.

Smjer struja u namotajima i ispravljaču generatora

Struja kroz namote, diode i opterećenje će teći u smjeru ovih strelica. Uzimajući u obzir bilo koje druge trenutke u vremenu, lako je osigurati da u trofaznom sistemu napon koji nastaje u namotajima faza generatora, diode ispravljača ide od otvorenog do zatvorenog i nazad na takav način da struja u opterećenju ima samo jedan smjer - od "+" terminala generatorske instalacije do njegovog izlaza "-" ("masa"), tj. u opterećenju teče konstantna (ispravljena) struja.

U značajnom broju tipova generatora, pobudni namotaj je spojen na vlastiti ispravljač, sastavljen na tri diode. Ova veza namotaja polja sprečava da struja pražnjenja akumulatora teče kroz njega kada motor automobila ne radi. Ispravljačke diode namota polja rade na sličan način, napajajući ovaj namotaj ispravljenom strujom. Štoviše, ispravljač uzbudnog namota također uključuje 6 dioda, od kojih su tri zajedničke s ispravljačem snage (negativne diode). Struja pobude je znatno manja od struje koju generator dovodi do opterećenja. Stoga se male diode niske struje za struju ne veću od 2 A koriste kao diode uzbudnog namota (za usporedbu, diode energetskog ispravljača omogućuju protok struje do 25 ... 35 A).

Ako je potrebno povećati snagu generatora, koristi se dodatna ruka ispravljača.

Takav ispravljački krug se može odvijati samo kada su namoti statora spojeni na "zvijezdu", budući da se dodatna ruka napaja iz "nulte" tačke "zvijezde". Kada bi se fazni naponi mijenjali čisto sinusno, ove diode uopće ne bi učestvovale u procesu pretvaranja naizmjenične struje u jednosmjernu. Međutim, u stvarnim generatorima, oblik faznih napona se razlikuje od sinusoidnog. To je zbir sinusoida, koji se nazivaju harmonijske komponente ili harmonici - prvi, čija se frekvencija poklapa sa frekvencijom faznog napona, i najviši, uglavnom treći, čija je frekvencija tri puta veća od prve. .

Pravi oblik faznog napona kao zbir dva harmonika:
1.fazni napon namotaja;
2. prvi harmonik;
3. treći harmonik;
Iz elektrotehnike je poznato da u linijskom naponu, odnosno naponu koji se dovodi do ispravljača i ispravlja, treći harmonik nedostaje. To je zbog činjenice da se treći harmonici svih faznih napona poklapaju u fazi, odnosno da istovremeno postižu iste vrijednosti i istovremeno se međusobno balansiraju i poništavaju u linijskom naponu. Dakle, treći harmonik je prisutan u faznom naponu, ali ne i u linearnom naponu. Posljedično, snagu koju razvija treći harmonik faznog napona potrošači ne mogu koristiti. Da bi se iskoristila ova snaga, dodaju se diode, spojene na nultu tačku faznih namotaja, odnosno na tačku na koju utiče dejstvo faznog napona. Dakle, ove diode samo ispravljaju napon trećeg harmonika faznog napona. Upotreba ovih dioda povećava snagu generatora za 5 ... 15% pri brzini većoj od 3000 min -1.

Napon generatora bez regulatora jako zavisi od frekvencije rotacije njegovog rotora, magnetnog fluksa koji stvara pobudni namotaj, a samim tim i od jačine struje u ovom namotu i količine struje koju daje generator potrošačima. Što je veća frekvencija rotacije i jačina struje pobude, što je veći napon generatora, što je veća jačina struje njegovog opterećenja, to je ovaj napon manji. Funkcija regulator napona je stabilizacija napona kada se brzina i opterećenje mijenjaju zbog utjecaja na struju pobude. Ranije su korišteni regulatori vibracija, a zatim kontaktni tranzistorski. Ove dvije vrste regulatora sada su potpuno zamijenjene elektronskim.

Izgled elektronskih regulatora napona

Dizajn elektronskih poluvodičkih regulatora može biti različit, ali princip rada je isti za sve regulatore. Naravno, možete promijeniti struju u krugu pobude uvođenjem dodatnog otpornika u ovo kolo, kao što je učinjeno u prethodnim regulatorima napona vibracije, ali ova metoda je povezana s gubitkom snage u ovom otporniku i ne koristi se u elektroničkim regulatori. Elektronski regulatori mijenjaju pobudnu struju uključivanjem i isključivanjem pobudnog namotaja iz mreže napajanja, dok se relativno trajanje vremena uključivanja pobudnog namotaja mijenja. Ako je za stabilizaciju napona potrebno smanjiti pobudnu struju, vrijeme za uključivanje pobudnog namota se smanjuje, ako ga je potrebno povećati, ono se povećava.

Nedostatak date varijante povezivanja regulatora je što regulator održava napon na "D+" terminalu generatora, a potrošači, uključujući i akumulatorsku bateriju, su povezani na "B+" terminal. Osim toga, s ovom aktivacijom, regulator ne opaža pad napona u spojnim žicama između generatora i akumulatora i ne prilagođava napon generatora kako bi kompenzirao ovaj pad. Ovi nedostaci su eliminisani u sljedećem kolu, gdje se napon dovodi na ulazno kolo regulatora iz čvora gdje treba da se stabilizuje, obično je to "B+" terminal generatora.

Neki regulatori napona imaju svojstvo termičke kompenzacije - promjene napona koji se dovodi do baterije, ovisno o temperaturi zraka u motornom prostoru za optimalno punjenje baterije. Što je temperatura zraka niža, to se više napona mora dovesti do baterije i obrnuto. Vrijednost termičke kompenzacije doseže do 0,01 V na 1 ° C.

Ako stalni magnet rotira preko jezgre sa zavojnicom na nju, tada će se magnetsko polje oko zavojnice kontinuirano mijenjati i zbog fenomena elektromagnetne indukcije u njemu će nastati naizmjenična indukcijska struja. Na ovom principu radi indukcijski alternator, u kojem se mehanička energija pretvara u električnu.

Rice. 24.6.

Šema indukcionog alternatora koji se koristi na biciklima prikazana je na slici 24.5. Kada se osmopolni permanentni magnet rotira - rotor 1, EMF nastaje u namotu statora 2. Priključena na krajeve 3 i 4 namotaja, sijalica 5 je pod naponom. Slika 24.6 prikazuje poprečni presjek industrijskog generatora. Stacionarni dio generatora, odnosno stator 1, je okvir od limova mekog magnetskog elektro čelika. Stator ima namotaj od debele bakarne žice. Rotirajući dio generatora - rotor 2 je elektromagnet, čiji se namotaj 3 napaja posebnim DC generatorom - uzbudnikom. Kada se rotor rotira, magnetsko polje koje prodire u namotaj statora povremeno se mijenja, zbog čega se u njemu inducira promjenjivi indukcijski EMF. U termoelektranama se za rotaciju rotora koriste parne turbine. U hidroelektranama se za rotaciju rotora koriste relativno male brzine vodene turbine. Stoga se za dobivanje naizmjenične električne struje frekvencije od 50 Hz koriste generatori s rotorima koji imaju veliki broj parova polova.

Naizmjenična struja ima niz svojstava sličnih onima jednosmjerne struje, ali se neka od njenih svojstava razlikuju od osobina jednosmjerne struje.

Dakle, prolazeći kroz vodiče, naizmjenična struja ih zagrijava (kao i jednosmjerna struja). Ovo svojstvo se koristi u električnim grijačima i električnim žaruljama sa žarnom niti.

Oko vodiča kroz koje teče naizmjenična struja nužno postoji magnetsko polje, ali ono je, kao i struja, naizmjenično. U elektromagnetu koji se napaja izmjeničnom strujom iz mreže, polaritet krajeva magnetskog kola (jezgra) mijenja se 50 puta u sekundi.

Nije teško provjeriti da li serijski pobuđeni brušeni motor može raditi kada se napaja naizmjeničnom strujom. Takvi motori se koriste u mnogim kućanskim aparatima (usisivač, sokovnik, ventilator itd.). Zaista, kada se promijeni polaritet polova induktora, istovremeno se mijenja i smjer struje u armaturi, tako da će armatura nastaviti da se okreće u istom smjeru.

KONTROLNA PITANJA

1. Koji je princip rada indukcionog generatora?
2. Koja svojstva naizmjenične struje poznajete?
3. Koji su uređaji indukcionog turbo i hidrogeneratora? Objasnite sa slika.

4. Zašto rotor turbogeneratora ima jedan par polova, a hidrogenerator mnogo?

Vježbe

1. Dokazati da hidrogenerator HE Bratsk proizvodi naizmjeničnu struju frekvencije 50 Hz. Njegov rotor, koji se okreće frekvencijom od 125 o/min, ima 24 para polova.
2. Koliko parova polova treba da ima hidrogenerator ako mu se rotor rotira frekvencijom od 5 o/s? Frekvencija indukovane struje je 50 Hz.
3. Dokazati da magnetoelektrični uređaji nisu prikladni za mjerenja u krugovima naizmjenične struje, dok su elektromagnetski i elektrodinamički uređaji prikladni.
4. Slika prikazuje grafikon preuzet sa ekrana osciloskopa. Svaka ćelija odgovara horizontalno 0,01 s, a vertikalno 20 V. Odredite napon i frekvenciju električne struje.