Generatori ad induzione per la generazione di corrente alternata. Generatori senza contatto con eccitazione elettromagnetica

Salve intenditori del mondo elettrico ed elettronico. Se guardi spesso il nostro sito, probabilmente ricorderai che abbastanza recentemente abbiamo pubblicato un materiale abbastanza voluminoso su come funziona e funziona il generatore DC. Abbiamo descritto in dettaglio la sua struttura dai più semplici prototipi di laboratorio alle moderne unità di lavoro. Assicurati di leggerlo se non l'hai già fatto.

Oggi svilupperemo questo argomento e scopriremo qual è il principio di funzionamento di un alternatore. Parliamo delle sfere della sua applicazione, varietà e molto altro.

Iniziamo con il più elementare: la corrente alternata differisce dalla corrente costante in quanto cambia la direzione del movimento con una certa periodicità. Cambia anche il valore, di cui parleremo più dettagliatamente in seguito.

Dopo un certo periodo di tempo, che chiameremo "T", vengono ripetuti i valori dei parametri correnti, che possono essere rappresentati sul grafico come una sinusoide - una linea ondulata che passa con la stessa ampiezza attraverso la linea centrale.

Principi di base

Quindi, lo scopo e il dispositivo degli alternatori, precedentemente chiamati alternatori, è convertire l'energia cinetica, cioè meccanica, in energia elettrica. La stragrande maggioranza dei generatori moderni utilizza un campo magnetico rotante.

• Tali dispositivi funzionano a causa dell'induzione elettromagnetica, quando, quando una bobina di un materiale conduttivo (solitamente filo di rame) ruota in un campo magnetico, si verifica una forza elettromotrice (EMF).
• La corrente inizia a formarsi nel momento in cui i conduttori iniziano ad attraversare le linee magnetiche del campo di forza.

• Inoltre, il valore di picco dell'EMF nel conduttore si ottiene quando attraversa i poli principali del campo magnetico. In quei momenti in cui scivolano lungo le linee di forza, l'induzione non si verifica e l'EMF scende a zero. Dai un'occhiata a qualsiasi diagramma dal presentato: il primo stato verrà osservato quando la cornice è verticale e il secondo quando è orizzontale.

• Per una migliore comprensione dei processi in corso, è necessario ricordare la regola della mano destra, che è stata studiata da tutti a scuola, ma poche persone ricordano. La sua essenza sta nel fatto che se posizioni la mano destra in modo che le linee di forza del campo magnetico entrino in essa dal lato del palmo, il pollice messo da parte indicherà la direzione del movimento del conduttore e le dita rimanenti indicherà la direzione dell'EMF che sorge in esso.
• Dai un'occhiata allo schema sopra, posizione "a". In questo momento, l'EMF nel frame è uguale a zero. Le frecce mostrano la direzione del suo movimento: parte del telaio A si sposta verso il polo nord del magnete e B - il polo sud, raggiungendo il quale l'EMF sarà massimo. Applicando la regola della mano destra sopra descritta, vediamo che la corrente inizia a fluire nella parte "B" nella nostra direzione e nella parte "A" - lontano da noi.
• Il telaio ruota ulteriormente e la corrente nel circuito inizia a diminuire finché il telaio non assume nuovamente una posizione orizzontale (c).
• Un'ulteriore rotazione porta al fatto che la corrente inizia a fluire nella direzione opposta, poiché le parti del telaio sono invertite rispetto alla posizione iniziale.

Dopo mezzo giro, tutto tornerà al suo stato originale e il ciclo si ripeterà di nuovo. Di conseguenza, abbiamo ottenuto che durante la rotazione completa del telaio, la corrente è aumentata due volte al massimo e è scesa a zero, e una volta ha cambiato direzione rispetto al movimento iniziale.

Corrente alternata

È generalmente accettato che la durata del periodo di rivoluzione sia pari a 1 secondo e il numero di periodi "T" è la frequenza della corrente elettrica. Nelle reti elettriche standard in Russia e in Europa, in un secondo, la corrente cambia direzione 50 volte - 50 periodi al secondo.

In elettronica, uno di questi periodi è designato da un'unità speciale che prende il nome dal fisico tedesco G. Hertz. Cioè, nell'esempio fornito delle reti russe, la frequenza attuale è di 50 hertz.

In generale, la corrente alternata ha trovato un'applicazione molto ampia in elettronica per il fatto che: l'ampiezza della sua tensione è molto facile da cambiare utilizzando trasformatori che non hanno parti in movimento; è sempre convertibile in corrente continua; il dispositivo di tali generatori è molto più affidabile e più semplice rispetto alla generazione di corrente continua.

Struttura dell'alternatore

Come funziona un generatore di corrente alternata, in linea di principio, è chiaro, ma confrontandolo con un collega per generare una corrente costante, non è immediatamente possibile cogliere la differenza.

Parti principali di lavoro e loro collegamento

Se leggi il materiale precedente, probabilmente ricorderai che il telaio nello schema più semplice era collegato a un collettore, diviso in piastre di contatto isolate e che, a sua volta, era collegato a spazzole che scorrevano lungo di esso, attraverso le quali un circuito esterno era collegato.

A causa del fatto che le piastre del collettore cambiano costantemente con le spazzole, non vi è alcun cambiamento nella direzione della corrente: semplicemente pulsa, muovendosi in una direzione, cioè il collettore è un raddrizzatore.

• Per la corrente alternata, tale dispositivo non è necessario, quindi viene sostituito da anelli collettori, a cui sono fissate le estremità del telaio. L'intera struttura ruota insieme attorno ad un asse centrale. Le spazzole sono adiacenti agli anelli, che scorrono anche lungo di essi, fornendo un contatto costante.
• Come nel caso della corrente continua, verranno sommati i campi elettromagnetici che si verificano in diverse parti del telaio, formando il valore risultante di questo parametro. In questo caso, una corrente elettrica fluirà nel circuito esterno collegato tramite le spazzole (se vi si collega la resistenza di carico RH).
• Nell'esempio sopra, "T" è uguale a un giro completo del telaio. Quindi, si può concludere che la frequenza della corrente generata dal generatore dipende direttamente dalla velocità di rotazione dell'armatura (telaio), o in altre parole, del rotore, al secondo. Tuttavia, questo vale solo per un generatore così semplice.

Se aumenti il ​​numero di coppie di poli, il numero di variazioni complete della corrente per giro dell'armatura aumenterà proporzionalmente nel generatore e la sua frequenza sarà misurata in modo diverso, secondo la formula: f = np, dove f è la frequenza, n è il numero di giri al secondo, p è il numero di coppie di poli magnetici del dispositivo.

• Come abbiamo già scritto sopra, il flusso di una corrente alternata è rappresentato graficamente come una sinusoide, quindi tale corrente è anche chiamata sinusoidale. È immediatamente possibile individuare le condizioni principali che determinano la costanza delle caratteristiche di tale corrente: questa è l'uniformità del campo magnetico (il suo valore costante) e la velocità di rotazione costante dell'armatura in cui è indotta.
• Per rendere il dispositivo abbastanza potente, utilizza magneti elettrici. Anche l'avvolgimento del rotore, in cui viene indotto l'EMF, nelle unità operative non è un telaio, come abbiamo mostrato nei diagrammi sopra. Viene utilizzato un numero molto elevato di conduttori, che sono collegati tra loro in un determinato schema

Interessante sapere! La formazione di campi elettromagnetici si verifica non solo quando il conduttore viene spostato rispetto al campo magnetico, ma anche viceversa, quando il campo stesso si sposta rispetto al conduttore, che viene utilizzato attivamente dai progettisti di motori e generatori elettrici.

• Questa proprietà consente di posizionare l'avvolgimento in cui viene indotta l'EMF, non solo sulla parte centrale rotante del dispositivo, ma anche sulla parte fissa. In questo caso si mette in moto un magnete, cioè i poli.

• Con una tale struttura, l'avvolgimento esterno del generatore, cioè il circuito di potenza, non necessita di parti mobili (anelli e spazzole) - la connessione è resa rigida, spesso imbullonata.
• Sì, ma si può ragionevolmente obiettare, dicono, gli stessi elementi dovranno essere installati sull'avvolgimento di eccitazione. Questo è vero, tuttavia, la corrente che scorre qui sarà molto inferiore alla potenza finale del generatore, il che semplifica notevolmente l'organizzazione della fornitura di corrente. Gli elementi saranno di piccole dimensioni e peso e molto affidabili, il che rende proprio un tale design il più richiesto, specialmente per le unità potenti, ad esempio le unità di trazione installate su locomotive diesel.
• Se parliamo di generatori di bassa potenza, dove la raccolta di corrente non presenta alcuna difficoltà, quindi, viene spesso utilizzato uno schema "classico", con un avvolgimento di armatura rotante e un magnete stazionario (induttore).

Consigli! A proposito, la parte fissa dell'alternatore è chiamata statore, poiché è statica, e la parte rotante è chiamata rotore.

Tipi di alternatori

I generatori possono essere classificati e distinti in base a diversi criteri. Chiamiamoli.

Generatori trifase

Possono differire nel numero di fasi ed essere a una, due e tre fasi. In pratica, l'ultima opzione è la più diffusa.

• Come puoi vedere dall'immagine sopra, l'unità di potenza dell'unità ha tre avvolgimenti indipendenti situati sullo statore attorno alla circonferenza, sfalsati di 120 gradi l'uno rispetto all'altro.
• Il rotore in questo caso è un elettromagnete che, mentre ruota, induce EMF variabile negli avvolgimenti, che vengono spostati l'uno rispetto all'altro nel tempo di un terzo del periodo "T", cioè un ciclo. Infatti, ogni avvolgimento è un generatore monofase separato che alimenta con corrente alternata il suo circuito esterno R. Cioè, abbiamo tre valori di corrente I (1,2,3) e lo stesso numero di circuiti. Ciascuno di questi avvolgimenti, insieme a un circuito esterno, è chiamato fase.

• Per ridurre il numero di fili che portano al generatore, i tre fili di ritorno che portano dai consumatori di energia vengono sostituiti con uno comune, attraverso il quale scorreranno le correnti di ciascuna fase. Un tale filo comune è chiamato zero.
• La connessione di tutti gli avvolgimenti di un tale generatore, quando le loro estremità sono collegate tra loro, è chiamata stella. I tre fili separati che collegano l'inizio degli avvolgimenti con i consumatori di elettricità sono chiamati lineari: vengono trasmessi lungo di essi.
• Se il carico di tutte le fasi è lo stesso, la necessità di un filo neutro scomparirà completamente, poiché la corrente totale al suo interno sarà zero. Come succede, chiedi? Tutto è estremamente semplice: per il concetto di principio, è sufficiente sommare i valori algebrici di ciascuna corrente sinusoidale, sfasata di 120 gradi. Il diagramma sopra ti aiuterà a capire questo principio se immagini che le curve su di esso siano la variazione di corrente nelle tre fasi del generatore.
• Se il carico nelle fasi non è lo stesso, il filo neutro inizierà a passare corrente. Ecco perché uno schema di connessione a stella a 4 fili è comune, poiché consente di salvare i dispositivi elettrici che sono inclusi nella rete in quel momento.

• La tensione tra i fili di linea è detta lineare, mentre la tensione su ciascuna fase è fase. Anche le correnti che scorrono nelle fasi sono lineari.
• Il cablaggio a stella non è l'unico. C'è un'altra opzione per collegare tre avvolgimenti in serie, quando la fine di uno è collegata all'inizio del secondo, e così via, fino a formare un anello chiuso (vedi lo schema sopra "b"). I fili in uscita dal generatore sono collegati alle giunzioni degli avvolgimenti.
• In questo caso, le tensioni di fase e di linea saranno le stesse e la corrente del filo di linea sarà maggiore di quella di fase, a parità di carico.
• Inoltre, tale connessione non richiede un filo neutro, che è il principale vantaggio di un generatore trifase. Meno fili lo rendono più semplice ed economico grazie alla minore quantità di metalli non ferrosi utilizzati.

Un'altra caratteristica dello schema di connessione trifase è l'aspetto di un campo magnetico rotante, che consente di creare motori asincroni semplici e affidabili.

Ma non è tutto. Quando si rettifica una corrente monofase all'uscita del raddrizzatore, si ottiene una tensione con ripple da zero al valore massimo. Il motivo, secondo noi, è chiaro se si comprende il principio base di funzionamento di un tale dispositivo. Quando c'è uno sfasamento, l'ondulazione si riduce notevolmente, non superando l'8%.

Differenza nell'aspetto

I generatori differiscono anche nell'aspetto, di cui ce ne sono 2:

• Alternatore sincrono- la caratteristica principale di tale unità è la connessione rigida della frequenza dell'EMF variabile, che è indotta nell'avvolgimento e la frequenza di rotazione sincrona, cioè la rotazione del rotore.

1. Dai un'occhiata allo schema sopra. Su di esso vediamo uno statore con un avvolgimento trifase collegato in un circuito triangolare, che non è molto diverso da quello su un motore asincrono.
2. Sul rotore del generatore è presente un elettromagnete con un avvolgimento di eccitazione, alimentato da corrente continua, che può essere fornito ad esso in qualsiasi modo noto - questo verrà descritto più dettagliatamente in seguito.
3. Invece di un elettromagnete, è possibile utilizzarne uno costante, quindi la necessità di parti scorrevoli del circuito, sotto forma di spazzole e anelli collettori, scompare del tutto, per un tale generatore non sarà abbastanza potente e normalmente non può stabilizzare l'uscita tensioni.
4. Un azionamento è collegato all'albero del rotore, qualsiasi motore che genera energia meccanica, ed è messo in moto a una certa velocità sincrona.
5. Poiché il campo magnetico dei poli principali ruota con il rotore, l'induzione dell'EMF variabile inizia nell'avvolgimento dello statore, che può essere designato come E1, E2 ed E3. Queste variabili avranno lo stesso valore, ma come già detto più di una volta, saranno sfasate di 120 gradi. Insieme, questi valori formano un sistema EMF trifase simmetrico.
6. Il carico è collegato ai punti C1, C2 e C3 e le correnti I1, I2 e I appaiono sulle fasi dell'avvolgimento nello statore.In questo momento, ogni fase dello statore stesso diventa un potente elettromagnete e crea un magnete rotante campo.
7. La velocità di rotazione del campo magnetico dello statore corrisponderà alla velocità di rotazione del rotore.

• Generatori asincroni- si distinguono dall'esempio sopra descritto per il fatto che le frequenze dell'EMF e della rotazione del rotore non sono rigidamente legate tra loro. La differenza tra questi parametri è chiamata slip.

1. Il campo elettromagnetico di un tale generatore in modalità operativa normale esercita una coppia frenante sotto carico sulla rotazione del rotore, quindi la frequenza della variazione del campo magnetico sarà inferiore.
2. Queste unità non richiedono assemblaggi complessi e l'utilizzo di materiali costosi per la realizzazione, pertanto, sono ampiamente utilizzate come motori elettrici per il trasporto, grazie alla facile manutenzione e semplicità del dispositivo stesso. Questi generatori sono resistenti ai sovraccarichi e ai cortocircuiti, ma non sono applicabili su dispositivi fortemente dipendenti dalla frequenza della corrente.

Metodi di eccitazione degli avvolgimenti

L'ultima differenza tra i modelli, che vorrei toccare, è relativa al modo in cui viene alimentato l'avvolgimento di guida.

Ci sono 4 tipi qui:

1. L'avvolgimento è alimentato da una fonte di terze parti.
2. Generatori autoeccitati- l'alimentazione viene prelevata dal generatore stesso, mentre la tensione viene raddrizzata. Tuttavia, essendo in uno stato inattivo, un tale generatore non sarà in grado di generare una tensione sufficiente per l'avvio, per cui il circuito utilizza una batteria che sarà coinvolta durante l'avvio.
3. Opzione con un avvolgimento di eccitazione alimentato da un altro generatore di potenza inferiore, installato con esso sullo stesso albero... Il secondo generatore deve già partire da una fonte di terze parti, ad esempio la stessa batteria.
4. Quest'ultimo tipo non necessita affatto di alimentazione all'avvolgimento di eccitazione, poiché non lo ha, poiché nel dispositivo viene utilizzato un magnete permanente.

Applicazione degli alternatori nella pratica

Tali generatori sono utilizzati in quasi tutte le sfere dell'attività umana in cui è richiesta energia elettrica. Inoltre, il principio della sua estrazione differisce solo nel metodo di azionamento dell'albero del dispositivo. Ecco come funzionano le centrali idroelettriche, termiche e persino nucleari.

Queste stazioni alimentano le reti pubbliche tramite fili, a cui è collegato il consumatore finale, cioè tutti noi. Tuttavia, ci sono molti oggetti a cui è impossibile fornire energia elettrica in questo modo, ad esempio trasporti, cantieri lontani da linee elettriche, villaggi molto distanti, posti di guardia, trivellatrici, ecc.

Questo significa solo una cosa: hai bisogno del tuo generatore e motore che lo metta in moto. Diamo un'occhiata ad alcuni dispositivi piccoli e comuni nella nostra vita.

Generatori automobilistici

Nella foto: un generatore elettrico per un'auto

Qualcuno potrebbe dire subito: “Come? È un generatore di corrente continua!" Sì, infatti è così, ma solo la presenza di un raddrizzatore, che rende costante questa corrente, lo rende tale. Il principio di base del funzionamento non è diverso: lo stesso rotore, lo stesso elettromagnete e così via.

Questo dispositivo opera in modo tale che, indipendentemente dalla velocità di rotazione dell'albero, generi una tensione di 12V, che viene fornita dal regolatore, attraverso il quale viene alimentato l'avvolgimento di campo. L'avvolgimento di eccitazione inizia, alimentato da una batteria per auto, il rotore dell'unità viene azionato dal motore dell'auto attraverso una puleggia, dopodiché l'EMF inizia a essere indotto.

Diversi diodi vengono utilizzati per raddrizzare la corrente trifase.

Generatore a combustibile liquido

Il dispositivo di un alternatore a benzina, proprio come uno diesel, non è molto diverso da quello installato nella tua auto, ad eccezione della sfumatura che produrrà corrente alternata, come previsto.

Tra le caratteristiche, si può evidenziare il fatto che il rotore dell'unità deve ruotare sempre alla stessa velocità, poiché con le cadute la produzione di energia peggiora. Questo è uno svantaggio significativo di tali dispositivi: un effetto simile si verifica quando le parti sono usurate.

Interessante sapere! Se al generatore è collegato un carico, che sarà inferiore a quello operativo, non utilizzerà la sua potenza al massimo, consumando inutilmente parte del combustibile liquido.

Sul mercato è disponibile un'ampia selezione di unità simili, progettate per capacità diverse. Sono molto popolari grazie alla loro mobilità. Allo stesso tempo, le istruzioni per l'uso sono estremamente semplici: riempiamo il carburante con le nostre mani, avviamo il motore girando la chiave e colleghiamo ...

Su questo, forse, finiremo. Abbiamo analizzato lo scopo e la struttura generale di questi dispositivi nel modo più semplice possibile. Ci auguriamo che l'alternatore e il suo principio di funzionamento siano diventati un po' più vicini a te, e con il nostro suggerimento vorrai immergerti nell'affascinante mondo dell'ingegneria elettrica.

Un generatore per auto è una delle unità più importanti in un'auto. La sua funzione è quella di generare e fornire elettricità a tutti i nodi che necessitano di un consumo di corrente costante. Inoltre, fornisce una carica della batteria durante l'avviamento del veicolo e durante il funzionamento del motore.

Successivamente, considereremo in cosa consiste un generatore elettrico nelle macchine moderne, qual è il principio di funzionamento e quanto sia importante mantenerlo in piena efficienza. E analizzeremo anche quali tipi di dispositivi vengono utilizzati nelle auto moderne.

Funzioni principali dell'alternatore

Il dispositivo funziona convertendo l'energia meccanica generata dall'albero motore in corrente elettrica. Di conseguenza, viene fornita alimentazione a tutti i dispositivi che necessitano di elettricità. L'energia elettrica è immagazzinata nella batteria del veicolo. In modalità normale, è lui che fornisce energia ai sistemi che necessitano di corrente.

Ma quando si avvia l'auto, è il motorino di avviamento il principale consumatore di energia. L'intensità della corrente raggiunge centinaia di ampere e la tensione nella rete diminuisce drasticamente. È il generatore in questo momento che diventa la principale fonte di corrente. La batteria genera una corrente instabile che non può fornire una tensione costante all'impianto elettrico del veicolo.

Il generatore di corrente è una sorta di rete di sicurezza, poiché è lui che garantisce la generazione e la fornitura di energia elettrica durante improvvisi sbalzi di tensione. Questo può essere non solo l'avvio del motore, ma anche l'accensione dei fari, il cambio di marcia e l'avvio del lavoro di sistemi aggiuntivi.

Inoltre, il dispositivo fornisce una carica della batteria, che è altrettanto importante per il pieno funzionamento dell'auto.

Principio di funzionamento

Esistono due tipi di generatori: DC e AC. La maggior parte delle auto moderne è dotata di un secondo tipo di generatore. Sono caratterizzati dal fatto che il circuito magnetico e il conduttore sono immobili. Ruota solo il magnete permanente, con la cui rotazione viene generata una corrente. Ciò accade perché il circuito della bobina è attraversato da un flusso magnetico che varia in grandezza e direzione. Di conseguenza, c'è un aumento e una diminuzione uniforme dell'energia.

Pertanto, quando la punta del circuito magnetico passa vicino ai poli del magnete, viene generata una corrente alternata in ampiezza e direzione. Cambia anche nella bobina. Ecco perché la corrente è chiamata alternata. Il design dell'unità gli consente di generare una quantità sufficiente di elettricità anche con una rotazione relativamente lenta, poiché ha un gran numero di bobine e rotori e, invece di un magnete convenzionale, ne è installato uno elettrico.

Per tutti i modelli, il principio di funzionamento dei generatori è praticamente lo stesso. Solo alcuni dei componenti del dispositivo possono cambiare, garantendo la generazione di più elettricità.

Come funziona un alternatore

Per coloro che sono almeno un po' esperti nei principi di generazione e distribuzione dell'elettricità, tutto è estremamente semplice. Ci sono due circuiti elettrici nell'auto: primario e secondario.

C'è un regolatore di tensione tra i circuiti primario e secondario. Calcola il livello di tensione nel circuito secondario e, in base a questo, imposta i parametri per il primario. Senza un regolatore di tensione in un'auto, il livello di tensione e la quantità di elettricità generata potrebbero essere monitorati.

Se la tensione nella rete diminuisce bruscamente, il regolatore reagisce ai suoi indicatori e la corrente nel circuito dell'avvolgimento di campo aumenta. Di conseguenza, il campo magnetico aumenta e viene generata più elettricità all'interno dell'apparecchio. La tensione all'interno del meccanismo aumenterà fino a quando il suo aumento non verrà interrotto dal regolatore.

Quando il livello di corrente nell'intera rete viene equalizzato, il regolatore fornisce nuovamente un segnale per aumentare la tensione nel generatore al livello desiderato. Pertanto, il funzionamento del generatore dipende direttamente dalla quantità di elettricità consumata da tutti i sistemi del veicolo. E il regolatore di tensione controlla la quantità di energia generata.

Importante! Il funzionamento del generatore è indipendente dalla velocità del motore. Se sono presenti malfunzionamenti nella rete elettrica dell'auto, ciò è dovuto o a problemi nel generatore stesso, oppure a un malfunzionamento del regolatore di tensione, ma non in alcun modo a problemi di funzionamento del motore. Il dispositivo generatore consente di generare la quantità di elettricità richiesta anche a basse velocità dell'unità.

Di seguito è possibile guardare un video con una spiegazione disponibile dello schema di funzionamento dell'alternatore:

Come viene alimentato il generatore

Il generatore di tensione nell'auto funge da convertitore di energia meccanica in energia elettrica. L'energia meccanica è prodotta dal motore del veicolo. Il dispositivo del generatore è progettato in modo tale che la puleggia dell'albero motore trasmetta il movimento alla puleggia del generatore. Tra di loro c'è un attacco per cintura, che fornisce questa trasmissione.

Tutte le auto moderne sono dotate di cinghie Poly V, che hanno una buona flessibilità e consentono il montaggio di pulegge di piccolo diametro sugli alternatori. E più piccolo è il diametro di questa unità, più l'unità può generare energia. Questa relazione fornisce gli elevati rapporti di trasmissione che contraddistinguono i generatori ad alta velocità.

Da ciò, possiamo concludere che l'uso di nuovi materiali e tecnologie nella produzione di generatori DC e AC può aumentare la loro produttività. Questo è molto importante per le auto ad alta tecnologia con il loro maggiore consumo di energia.

Dispositivo generatore

Il design del generatore non è cambiato molto dall'invenzione dei primi meccanismi elettrici AC e DC utilizzati per generare elettricità nelle automobili. Questa unità ha il seguente dispositivo:

• portafoto;
• due coperchi con fori per la ventilazione. I coperchi in alluminio sono tirati insieme con tre o quattro bulloni;
• un rotore rotante su due cuscinetti e azionato da una puleggia;
• la corrente all'avvolgimento dell'elettromagnete è fornita da due anelli di rame e spazzole di grafite;
• essi, a loro volta, sono collegati a un relè-regolatore, che controlla il livello di generazione di energia elettrica all'interno dell'unità. A seconda della modifica, il relè può essere integrato nell'alloggiamento o rimosso al di fuori di esso.

Tutti i dispositivi moderni sono dotati di ventole di raffreddamento che impediscono il surriscaldamento del dispositivo. I generatori sono fissati direttamente alla parte anteriore del motore tramite speciali staffe.

Lo statore del generatore è costituito da un nucleo, un avvolgimento, uno slot wedge, uno slot e un'uscita per il collegamento ai raddrizzatori. Il rotore è costituito da un sistema di poli. Questi componenti risiedono nell'involucro e il loro lavoro e interazione è la base per la generazione di elettricità all'interno del dispositivo.

Il gruppo spazzole ospita le spazzole, o contatti striscianti. Possono essere multigrafite o elettrografite. I gruppi di spazzole trasmettono corrente continua all'armatura rotante, che funge da magnete permanente. Ma le stesse spazzole sono l'anello debole di questo design, poiché richiedono una costante manutenzione, pulizia e sostituzione delle parti usurate.

Dispositivo generatore brushless automobilistico

Il tipo di dispositivo brushless è oggi il più comune, poiché è il più affidabile e non richiede una manutenzione costante. Come qualsiasi altro dispositivo, è costituito da due componenti:

A differenza dei meccanismi a spazzole, qui viene utilizzata una regolazione composta della tensione di uscita. È realizzato grazie al fatto che gli assi degli avvolgimenti sono sfalsati di 90 gradi. Di conseguenza, all'aumentare del carico, il campo magnetico del rotore si sposta verso l'avvolgimento principale e l'EMF generato in esso aumenta. La tensione, a sua volta, si stabilizza.

Questa disposizione del meccanismo presenta i seguenti vantaggi:

• durante il funzionamento del dispositivo non si forma polvere di carbone, che è il problema principale per i generatori di spazzole;
• dopo un certo periodo di funzionamento non è necessaria la sostituzione delle spazzole;
• il numero ridotto di strutture meccaniche aumenta significativamente l'affidabilità del dispositivo e riduce al minimo il costo della sua manutenzione;
• il dispositivo non ha paura delle condizioni meteorologiche avverse;
• tali dispositivi hanno un design semplice, il che significa che sono più economici.

I generatori brushless sono piuttosto popolari, nonostante siano monofase e abbiano una bassa efficienza. Tuttavia, questo svantaggio viene eliminato dall'uso di sistemi con regolazione elettronica ed eccitazione indipendente.

Come funziona un generatore DC?

Il dispositivo CC ha una struttura simile a un alternatore. Le sue parti principali sono un'armatura a forma di cilindro con un avvolgimento ed elettromagneti che creano tensione nel dispositivo.

Si dividono in due tipologie: autoeccitati e con l'utilizzo di commutazione indipendente, tali dispositivi possono essere anche brushed e brushless.

A causa del fatto che i generatori CC necessitano di una fonte di energia costante, la loro area di applicazione è focalizzata in modo piuttosto ristretto. Sono spesso utilizzati per alimentare veicoli elettrici pubblici. Questo tipo di strumento viene utilizzato nei generatori diesel.

L'energia elettrica non è l'energia primaria liberamente presente in natura in quantità significative, e deve essere prodotta per essere utilizzata nell'industria e nella vita quotidiana. La maggior parte è creata da dispositivi che convertono la forza motrice in corrente elettrica: è così che funzionano i generatori, le cui fonti di energia meccanica possono essere turbine a vapore e ad acqua, motori a combustione interna e persino potenza muscolare umana.

Storia ed evoluzione

La scoperta delle leggi dell'induzione elettromagnetica da parte di Michael Faraday nel 1831 divenne la base per la costruzione di macchine elettriche. Ma prima dell'avvento dell'illuminazione elettrica, non c'era bisogno di commercializzare la tecnologia. Nei primi consumatori di elettricità, ad esempio, nel telegrafo, le batterie galvaniche venivano utilizzate come fonte di alimentazione. Questo era un modo molto costoso per generare elettricità.

Alla fine del 19° secolo, molti inventori cercavano un'applicazione del principio di induzione di Faraday per generare elettricità meccanicamente. Alcuni dei risultati importanti furono lo sviluppo della dinamo di Werner von Siemens e la produzione da parte di Hippolyte Fontaine di modelli funzionanti dei generatori di Theophilus Gramm. I primi dispositivi sono stati utilizzati in combinazione con dispositivi di illuminazione ad arco per esterni noti come candele Yablochkov.

Sono stati sostituiti dal sistema di lampade a incandescenza di grande successo di Thomas Edison. Le sue centrali elettriche commerciali erano basate su potenti generatori, ma il circuito alimentato a corrente continua era poco adatto per la distribuzione di energia a lunga distanza a causa della sua massiccia perdita di calore.

Nikola Tesla ha sviluppato un alternatore migliorato e un pratico motore a induzione. Queste macchine elettriche, insieme ai trasformatori step-up e step-down, hanno fornito la base per reti di distribuzione più grandi da parte delle società elettriche che utilizzano grandi centrali elettriche. Nei grandi sistemi di alimentazione in corrente alternata, i costi di generazione e trasporto sono stati diverse volte inferiori rispetto allo schema di Edison, che ha stimolato la domanda di energia elettrica e, di conseguenza, l'ulteriore evoluzione delle macchine elettriche. ... Le date principali nella storia dei generatori possono essere considerate:

Principio di funzionamento

I generatori di induzione elettromagnetica non generano elettricità. Con l'aiuto dell'energia meccanica, mettono in moto solo cariche elettriche che sono sempre presenti nei conduttori. Il principio di funzionamento di un generatore elettrico può essere paragonato a una pompa dell'acqua che fa scorrere l'acqua, ma non crea acqua nei tubi. Stragrande la maggior parte dei generatori a induzione sono macchine elettriche rotanti costituito da due componenti principali:

• statore (parte fissa);
• rotore (parte rotante).

Per illustrare come funziona un generatore elettrico, può servire una semplice macchina elettrica, costituita da una bobina di filo e da un magnete a forma di U. I principali elementi fondamentali di questo modello:

• un campo magnetico;
• movimento di un conduttore in un campo magnetico.

Un campo magnetico è l'area intorno a un magnete in cui si sente la sua forza. Per capire meglio come funziona il modello, puoi immaginare le linee di forza che escono dal polo nord del magnete e ritornano al polo sud. Più forte è il magnete, più linee di forza crea. Se la bobina inizia a ruotare tra i poli, entrambi i lati inizieranno a intersecare le linee magnetiche immaginarie. Ciò provoca il movimento degli elettroni nel conduttore (generazione di elettricità).

Secondo la regola della mano destra, quando la bobina ruota, verrà indotta una corrente in essa, cambiando la sua direzione ogni mezzo giro, poiché le linee di forza dei lati della bobina si intersecheranno in una direzione o nell'altra . Due volte in ogni giro, la bobina passa attraverso posizioni (parallele ai poli) in cui non si verifica l'induzione elettromagnetica. Pertanto, il generatore più semplice funziona come una macchina elettrica che genera corrente alternata. Lo stress che crea può essere modificato da:

• intensità del campo magnetico;
• velocità di rotazione della bobina;
• il numero di spire di filo che attraversano le linee di forza del campo magnetico.

L'anello di un conduttore che gira tra i poli di un magnete ha un altro effetto importante. Quando una corrente scorre in un anello, crea un campo elettromagnetico opposto al campo di un magnete permanente. E più elettricità viene indotta nella bobina, più forte è il campo magnetico e la resistenza alla rotazione del conduttore. La stessa forza magnetica nelle spire fa ruotare il rotore del motore elettrico, cioè, in determinate condizioni, i generatori possono funzionare come motori e viceversa.

Caratteristiche dei generatori AC

La corrente alternata (AC) è prodotta dal generatore più semplice descritto. Affinché l'elettricità generata sia utilizzabile, deve essere in qualche modo fornita al carico. Ciò si ottiene utilizzando un gruppo di contatto sull'albero, che consiste in anelli rotanti e parti fisse in carbonio chiamate spazzole che scorrono su di essi. Ciascuna estremità del conduttore rotante è collegata a un anello corrispondente e la corrente così creata nella bobina viene fatta passare attraverso gli anelli e le spazzole al carico.

Costruzione di macchine industriali

I generatori pratici differiscono da quelli più semplici. Di solito sono dotati di un eccitatore, un generatore ausiliario che fornisce corrente continua agli elettromagneti utilizzati per creare un campo magnetico nel generatore.

Invece di una bobina nel modello più semplice, i dispositivi pratici sono dotati di avvolgimenti in filo di rame e le bobine su nuclei di ferro svolgono il ruolo di un magnete. Nella maggior parte degli alternatori, gli elettromagneti che creano un campo alternato sono posizionati sul rotore e l'elettricità viene indotta nelle bobine dello statore.

In tali dispositivi, il collettore viene utilizzato per trasferire la corrente continua dall'eccitatore ai magneti. Ciò semplifica notevolmente il design, poiché è più conveniente trasmettere correnti deboli attraverso le spazzole e ricevere alta tensione dagli avvolgimenti dello statore stazionario.

Applicazione nelle reti

In alcune macchine, il numero di sezioni di avvolgimento è uguale al numero di elettromagneti. Ma la maggior parte dei generatori CA è dotata di tre serie di bobine per ogni polo. Tali macchine producono tre flussi di elettricità e sono chiamate trifase. La loro densità di potenza è significativamente superiore a quella di quelli monofase.

Nelle centrali elettriche, i generatori di corrente alternata vengono utilizzati come convertitori di energia meccanica in energia elettrica. Questo perché la tensione CA può essere facilmente aumentata o diminuita utilizzando un trasformatore. I grandi generatori producono una tensione di circa 20.000 volt. Quindi aumenta di più di un ordine di grandezza per la possibilità di trasportare l'elettricità su lunghe distanze. Una serie di trasformatori step-down creano una tensione adatta all'uso nel punto in cui viene utilizzata l'elettricità.

Dispositivo dinamo

Una bobina di filo che ruota tra i poli di un magnete cambia i poli alle estremità del conduttore due volte per ogni giro. Per trasformare il modello più semplice in un generatore DC, devi fare due cose:

• prendere la corrente dal circuito al carico;
• organizzare il flusso della corrente deviata in una sola direzione.

Il ruolo del collezionista

Un dispositivo chiamato collettore può fare entrambe le cose. La sua differenza rispetto al gruppo della spazzola di contatto è che la sua base non è un anello conduttore, ma un insieme di segmenti isolati l'uno dall'altro. Ciascuna estremità del circuito rotante è collegata al corrispondente settore del collettore e due spazzole di carbone fisse rimuovono la corrente elettrica dal collettore.

Il collettore è progettato in modo tale che, indipendentemente dalla polarità alle estremità dell'anello e dalla fase di rotazione del rotore, il gruppo di contatti fornisca la corrente con la direzione desiderata durante il trasferimento al carico. Gli avvolgimenti nelle pratiche dinamo sono costituiti da molti segmenti, quindi, per generatori di corrente continua, a causa della necessità della loro commutazione, si è rivelato preferibile un circuito in cui l'armatura con bobine induttive ruota in un campo magnetico.

Alimentazione degli elettromagneti

Le dinamo classiche utilizzano un magnete permanente per indurre un campo. Il resto dei generatori DC ha bisogno di energia per gli elettromagneti. Nei cosiddetti generatori ad eccitazione separata, vengono utilizzate fonti di corrente continua esterne. I dispositivi autoeccitati utilizzano parte della loro elettricità autogenerata per azionare gli elettromagneti. L'avvio di tali generatori dopo l'arresto dipende dalla loro capacità di accumulare magnetismo residuo. A seconda del metodo di collegamento delle bobine di eccitazione con gli avvolgimenti dell'indotto, sono divisi:

• shunt (con eccitazione parallela);
• Seriale (con eccitazione sequenziale);
• eccitazione mista (con una combinazione di shunt e seriale).

I tipi di eccitazione vengono applicati a seconda del controllo di tensione richiesto. Ad esempio, i generatori utilizzati per caricare le batterie necessitano di un semplice controllo della tensione. In questo caso, il tipo di shunt sarebbe un tipo adatto. Un generatore eccitato separatamente viene utilizzato come macchina che genera energia per un ascensore per passeggeri, poiché tali sistemi richiedono un controllo complesso.

Applicazioni del generatore di collettori

Molti generatori DC sono alimentati da motori AC in combinazioni chiamate gruppi elettrogeni. Questo è un modo per cambiare AC in DC. Gli impianti di placcatura che producono elettrochimicamente alluminio, cloro e altri materiali richiedono molta corrente continua.

I generatori diesel forniscono anche corrente continua a locomotive e navi. Poiché i collettori sono dispositivi complessi e inaffidabili, i generatori CC sono spesso sostituiti da macchine che producono CA in combinazione con quelli elettronici. I generatori a commutazione hanno trovato applicazione nelle reti a bassa potenza, consentendo l'uso di una dinamo a magneti permanenti senza circuiti di eccitazione.

Esistono altri tipi di dispositivi in ​​grado di produrre elettricità. Questi includono batterie elettrochimiche, celle termoelettriche e fotovoltaiche, convertitori di carburante. Ma rispetto ai generatori a induzione AC/DC, la loro quota nella produzione globale di energia è trascurabile.

L'equipaggiamento elettrico di qualsiasi veicolo include Generatore- un dispositivo che converte l'energia meccanica ricevuta dal motore in energia elettrica. Insieme al regolatore di tensione, è chiamato gruppo elettrogeno. Gli alternatori sono installati sulle auto moderne. Soddisfano i requisiti nella massima misura.

Requisiti per il generatore:

• i parametri di uscita del generatore devono essere tali che non si verifichi una scarica progressiva della batteria in nessuna modalità di guida del veicolo;
• la tensione nella rete di bordo del veicolo fornita dal generatore deve essere stabile in un'ampia gamma di variazioni di velocità e carico.

Quest'ultimo requisito è dovuto al fatto che l'accumulatore è molto sensibile al grado di stabilità della tensione. Una tensione troppo bassa provoca una sottocarica della batteria e, di conseguenza, difficoltà nell'avviamento del motore; una tensione troppo alta porta al sovraccarico della batteria e, di conseguenza, al suo guasto accelerato.

Il principio di funzionamento del generatore e il suo design fondamentale sono gli stessi per tutte le auto, differiscono solo per la qualità della produzione, le dimensioni e la posizione dei nodi di collegamento.

Le parti principali del generatore:

1. Puleggia- serve per trasferire energia meccanica dal motore all'albero del generatore tramite una cinghia;
2. Alloggiamento del generatoreè costituito da due coperchi: anteriore (dal lato della puleggia) e posteriore (dal lato degli anelli collettori), progettati per montare lo statore, installare il generatore sul motore e posizionare i cuscinetti (supporti) del rotore. Il coperchio posteriore contiene un raddrizzatore, un gruppo spazzole, un regolatore di tensione (se integrato) e terminali esterni per il collegamento all'impianto elettrico;
3. Rotore- un albero in acciaio con due manicotti in acciaio a forma di kpyuvo situati su di esso. Tra di loro c'è un avvolgimento di eccitazione, i cui conduttori sono collegati agli anelli collettori. I generatori sono dotati di collettori rotanti in rame prevalentemente cilindrici;
4. statore- un pacchetto di lamiere di acciaio a forma di tubo. Nelle sue scanalature è presente un avvolgimento trifase, in cui viene generata la potenza del generatore;
5. Montaggio con diodi raddrizzatori- combina sei potenti diodi, pressati in tre in dissipatori positivi e negativi;
6. Regolatore di tensione- un dispositivo che mantenga la tensione della rete di bordo del veicolo entro i limiti specificati al variare del carico elettrico, della velocità del rotore dell'alternatore e della temperatura ambiente;
7. Assemblaggio spazzole- struttura in plastica rimovibile. Ha spazzole a molla a contatto con gli anelli del rotore;
8. Copertura protettiva per modulo diodo.

Considerare lo schema di collegamento elettrico degli elementi del generatore.


Schema schematico del gruppo elettrogeno:
1. Interruttore di accensione;
2. Condensatore di soppressione delle interferenze;
3. Batteria ricaricabile;
4. Indicatore luminoso di salute del generatore;
5. Diodi positivi del raddrizzatore di potenza;
6. Diodi negativi del raddrizzatore di potenza;
7. Diodi dell'avvolgimento di eccitazione;
8. Avvolgimenti di tre fasi dello statore;
9. Avvolgimento di eccitazione (rotore);
10. Gruppo spazzole;
11. Regolatore di tensione;
B + Uscita generatore "+";
B- "Massa" del generatore;
D + Alimentatore di campo, riferimento di tensione per regolatore di tensione.

Il generatore si basa sull'effetto dell'induzione elettromagnetica. Se una bobina, ad esempio, costituita da un filo di rame, è penetrata da un flusso magnetico, quando cambia, appare una tensione elettrica ai terminali della bobina, proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico. Viceversa, per la formazione di un flusso magnetico, è sufficiente far passare una corrente elettrica attraverso la bobina. Pertanto, per ottenere una corrente elettrica alternata, sono necessarie una sorgente di campo magnetico alternato e una bobina da cui verrà rimossa direttamente la tensione alternata.

Avvolgimento di eccitazione con sistema a poli, albero e forma ad anelli collettori rotore, la sua parte rotante più importante, che è la sorgente del campo magnetico alternato.

Rotore del generatore 1. albero del rotore;
2. poli del rotore;
3. avvolgimento di eccitazione;
4. anelli di contatto.
Il sistema polare del rotore ha un flusso magnetico residuo, che è presente anche in assenza di corrente nell'avvolgimento di campo. Tuttavia, il suo valore è piccolo ed è in grado di fornire l'autoeccitazione del generatore solo a velocità troppo elevate. Pertanto, per la magnetizzazione iniziale del rotore, una piccola corrente viene fatta passare attraverso il suo avvolgimento dalla batteria, solitamente attraverso una lampada di monitoraggio delle prestazioni del generatore. L'intensità di questa corrente non dovrebbe essere troppo grande per non scaricare la batteria, ma non troppo piccola in modo che il generatore possa essere eccitato già al minimo. Sulla base di queste considerazioni, la potenza della lampada di prova è generalmente di 2 ... 3 watt. Dopo che la tensione sugli avvolgimenti dello statore raggiunge il valore operativo, la lampada si spegne e l'avvolgimento di eccitazione viene alimentato dal generatore stesso. In questo caso, il generatore funziona in autoeccitazione.

La tensione di uscita viene rimossa da avvolgimenti dello statore... Quando il rotore ruota di fronte alle bobine di avvolgimento dello statore, i poli "nord" e "sud" del rotore appaiono alternativamente, cioè la direzione del flusso magnetico che penetra nella bobina dello statore cambia, causando la comparsa di una tensione alternata. La frequenza di questa tensione dipende dalla velocità di rotazione del rotore del generatore e dal numero delle sue coppie di poli.

Statore del generatore
1. avvolgimento statorico;
2. conclusioni tortuose;
3. circuito magnetico.
L'avvolgimento dello statore è trifase. Consiste di tre avvolgimenti separati, chiamati avvolgimenti di fase o semplicemente fasi, avvolti secondo una certa tecnologia su un circuito magnetico. La tensione e le correnti negli avvolgimenti vengono spostate l'una rispetto all'altra di un terzo del periodo, ad es. 120 gradi elettrici come mostrato.

Oscillogrammi delle tensioni di fase degli avvolgimenti
U 1, U 2, U 3 - tensione di avvolgimento;
- periodo del segnale (360 gradi);
F - sfasamento (120 gradi).
Gli avvolgimenti di fase possono essere collegati a stella oa triangolo.


Tipi di connessione degli avvolgimenti
1. "stella";
2. "triangolo".
Quando è collegato in un "triangolo", la corrente in ciascuno degli avvolgimenti è 1,7 volte inferiore alla corrente fornita dal generatore. Ciò significa che con la stessa corrente fornita dal generatore, la corrente negli avvolgimenti quando è collegata al "triangolo" è molto inferiore a quella della "stella". Pertanto, nei generatori di alta potenza, viene spesso utilizzata una connessione "a triangolo", poiché a correnti inferiori gli avvolgimenti possono essere avvolti con un filo più sottile, che è tecnologicamente più avanzato. Un filo più sottile può essere utilizzato anche per i collegamenti a stella. In questo caso, l'avvolgimento è costituito da due avvolgimenti paralleli, ciascuno dei quali è collegato a "stella", ovvero si ottiene una "stella doppia".

La rete di bordo dell'auto richiede un'alimentazione a tensione costante. Pertanto, l'avvolgimento statorico alimenta la rete di bordo del veicolo attraverso un raddrizzatore integrato nel generatore. raddrizzatore per un sistema trifase, contiene sei diodi a semiconduttore di potenza, tre dei quali sono collegati al terminale "+" del generatore e gli altri tre al terminale "-" ("massa"). I diodi a semiconduttore sono nello stato aperto e non mostrano una resistenza significativa al passaggio di corrente quando viene applicata loro una tensione nella direzione in avanti e praticamente non passano corrente a una tensione inversa. Va notato che il termine "diodo raddrizzatore" non nasconde sempre il design familiare, che ha un alloggiamento, cavi, ecc. A volte è solo una giunzione di silicio semiconduttore sigillata sul dissipatore di calore.

Montaggio con diodi raddrizzatori
1. diodi di potenza;
2. diodi aggiuntivi;
3. dissipatore di calore.
Molti produttori, per proteggere i componenti elettronici dell'auto dai picchi di tensione, sostituiscono i diodi del ponte di alimentazione con diodi zener. La differenza tra un diodo zener e un diodo raddrizzatore è che quando viene applicata una tensione nella direzione opposta, non fa passare corrente solo fino a un certo valore di questa tensione, chiamata tensione di stabilizzazione. Di solito nei diodi zener di potenza, la tensione di stabilizzazione è 25 ... 30 V. Quando viene raggiunta questa tensione, i diodi zener "sfondano", cioè iniziano a far passare la corrente nella direzione opposta ed entro certi limiti del la variazione della forza di questa corrente, la tensione sul diodo zener e, di conseguenza, e all'uscita "+" del generatore rimane invariata, non raggiungendo valori pericolosi per i componenti elettronici. La proprietà di un diodo zener di mantenere una tensione costante ai suoi terminali dopo un "guasto" viene utilizzata anche nei regolatori di tensione.

Come notato sopra, le tensioni sugli avvolgimenti cambiano lungo curve prossime ad una sinusoide e in alcuni momenti sono positive, in altri sono negative. Se la direzione positiva della tensione nella fase viene presa lungo la freccia diretta al punto zero dell'avvolgimento dello statore e negativa da essa, quindi, ad esempio, per il momento t quando la tensione della seconda fase è assente, il la prima fase è positiva e la terza è negativa. Il verso delle tensioni di fase corrisponde alle frecce mostrate in figura.

Direzione delle correnti negli avvolgimenti e raddrizzatore del generatore

La corrente attraverso gli avvolgimenti, i diodi e il carico scorrerà nella direzione di queste frecce. Considerando eventuali altri momenti, è facile assicurarsi che in un sistema trifase la tensione che si genera negli avvolgimenti delle fasi del generatore, i diodi del raddrizzatore di potenza vadano da aperto a chiuso e viceversa in modo tale che la corrente nel carico ha una sola direzione: dal terminale "+" dell'impianto del generatore alla sua uscita "-" ("massa"), cioè una corrente costante (rettificata) scorre nel carico.

In un numero significativo di tipi di generatori, l'avvolgimento di eccitazione è collegato al proprio raddrizzatore, assemblato su tre diodi. Questa connessione dell'avvolgimento di campo impedisce alla corrente di scarica della batteria di fluire attraverso di essa quando il motore dell'auto non è in funzione. I diodi raddrizzatori dell'avvolgimento di campo funzionano in modo simile, fornendo a questo avvolgimento una corrente raddrizzata. Inoltre, il raddrizzatore dell'avvolgimento di eccitazione include anche 6 diodi, tre dei quali sono comuni con il raddrizzatore di potenza (diodi negativi). La corrente di eccitazione è significativamente inferiore alla corrente fornita dal generatore al carico. Pertanto, come diodi di avvolgimento di eccitazione vengono utilizzati diodi a bassa corrente di piccole dimensioni per una corrente non superiore a 2 A (per confronto, i diodi di un raddrizzatore di potenza consentono alle correnti di fluire fino a 25 ... 35 A).

Se è necessario aumentare la potenza del generatore, viene utilizzato un braccio raddrizzatore aggiuntivo.

Un tale circuito raddrizzatore può avvenire solo quando gli avvolgimenti dello statore sono collegati a una "stella", poiché il braccio aggiuntivo è alimentato dal punto "zero" della "stella". Se le tensioni di fase cambiassero in modo puramente sinusoidale, questi diodi non parteciperebbero affatto al processo di conversione della corrente alternata in corrente continua. Tuttavia, nei generatori reali, la forma delle tensioni di fase differisce dalla sinusoide. È la somma delle sinusoidi, che sono chiamate componenti armoniche o armoniche: la prima, la cui frequenza coincide con la frequenza della tensione di fase, e la più alta, principalmente la terza, la cui frequenza è tre volte superiore alla prima .

La forma reale della tensione di fase come somma di due armoniche:
tensione di avvolgimento 1.phase;
2. prima armonica;
3. terza armonica;
È noto dall'ingegneria elettrica che nella tensione di linea, cioè nella tensione che viene fornita al raddrizzatore e raddrizzata, la terza armonica è assente. Ciò è dovuto al fatto che le terze armoniche di tutte le tensioni di fase coincidono in fase, cioè raggiungono contemporaneamente gli stessi valori e allo stesso tempo si bilanciano e si annullano a vicenda nella tensione di linea. Pertanto, la terza armonica è presente nella tensione di fase, ma non nella tensione lineare. Di conseguenza, la potenza sviluppata dalla terza armonica della tensione di fase non può essere utilizzata dai consumatori. Per utilizzare questa potenza vengono aggiunti diodi, collegati al punto zero degli avvolgimenti di fase, cioè al punto in cui influisce l'azione della tensione di fase. Pertanto, questi diodi rettificano solo la tensione della terza armonica della tensione di fase. L'uso di questi diodi aumenta la potenza del generatore del 5 ... 15% a una velocità superiore a 3000 min -1.

La tensione di un generatore senza regolatore dipende fortemente dalla frequenza di rotazione del suo rotore, dal flusso magnetico creato dall'avvolgimento di eccitazione e, quindi, dall'intensità della corrente in questo avvolgimento e dalla quantità di corrente fornita dal generatore ai consumatori. Maggiore è la frequenza di rotazione e la forza della corrente di eccitazione, maggiore è la tensione del generatore, maggiore è la forza della corrente del suo carico, minore è questa tensione. Funzione regolatore di tensioneè la stabilizzazione della tensione quando la velocità e il carico cambiano a causa dell'impatto sulla corrente di eccitazione. I regolatori di vibrazione sono stati precedentemente utilizzati e quindi contattare quelli a transistor. Questi due tipi di regolatori sono ormai completamente sostituiti da quelli elettronici.

Aspetto dei regolatori di tensione elettronici

Il design dei regolatori elettronici a semiconduttore può essere diverso, ma il principio di funzionamento è lo stesso per tutti i regolatori. Naturalmente, è possibile modificare la corrente nel circuito di eccitazione introducendo un resistore aggiuntivo in questo circuito, come è stato fatto nei precedenti regolatori di tensione a vibrazione, ma questo metodo è associato a una perdita di potenza in questo resistore e non viene utilizzato in elettronica regolatori. I controllori elettronici modificano la corrente di eccitazione accendendo e spegnendo l'avvolgimento di eccitazione dalla rete di alimentazione, mentre cambia la durata relativa del tempo di accensione dell'avvolgimento di eccitazione. Se, per stabilizzare la tensione, è necessario ridurre la corrente di eccitazione, il tempo per accendere l'avvolgimento di eccitazione diminuisce, se è necessario aumentarlo, aumenta.

Lo svantaggio della data variante di collegamento del regolatore è che il regolatore mantiene la tensione sul terminale "D +" del generatore e i consumatori, inclusa la batteria di accumulo, sono collegati al terminale "B +". Inoltre, con questa attivazione, il regolatore non percepisce la caduta di tensione nei fili di collegamento tra generatore e batteria e non effettua regolazioni alla tensione del generatore per compensare tale caduta. Questi inconvenienti vengono eliminati nel circuito successivo, dove la tensione viene fornita al circuito di ingresso del regolatore dal nodo dove dovrebbe essere stabilizzata, solitamente questo è il terminale "B+" del generatore.

Alcuni regolatori di tensione hanno la proprietà di compensazione termica: variazioni della tensione fornita alla batteria, a seconda della temperatura dell'aria nel vano motore per una ricarica ottimale della batteria. Più bassa è la temperatura dell'aria, più tensione deve essere fornita alla batteria e viceversa. Il valore della compensazione termica arriva fino a 0,01 V per 1°C.

Se un magnete permanente ruota sopra il nucleo con la bobina posizionata su di esso, il campo magnetico attorno alla bobina cambierà continuamente e, a causa del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, si presenterà una corrente di induzione alternata. Un alternatore a induzione funziona su questo principio, in cui l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

Riso. 24.6.

Uno schema di un alternatore a induzione utilizzato sulle biciclette è mostrato nella Figura 24.5. Quando un magnete permanente a otto poli ruota - rotore 1, si verifica un EMF nell'avvolgimento dello statore 2. Collegata alle estremità 3 e 4 dell'avvolgimento, la lampadina 5 viene alimentata. La Figura 24.6 mostra una vista in sezione trasversale di un generatore industriale. La parte stazionaria del generatore, cioè lo statore 1, è un telaio costituito da fogli di acciaio elettrico magnetico dolce. Lo statore ha un avvolgimento di filo di rame spesso. La parte rotante del generatore - il rotore 2 è un elettromagnete, il cui avvolgimento 3 è alimentato da uno speciale generatore DC - un eccitatore. Quando il rotore ruota, il campo magnetico che penetra nell'avvolgimento dello statore cambia periodicamente, a causa del quale viene indotto un EMF a induzione variabile. Nelle centrali termiche, le turbine a vapore vengono utilizzate per ruotare il rotore. Nelle centrali idroelettriche, vengono utilizzate turbine ad acqua a velocità relativamente bassa per ruotare il rotore. Pertanto, per ottenere corrente elettrica alternata con una frequenza di 50 Hz, vengono utilizzati generatori con rotori aventi un numero elevato di coppie di poli.

La corrente alternata ha un numero di proprietà simili a quelle della corrente continua, ma alcune delle sue proprietà sono diverse da quelle della corrente continua.

Quindi, scorrendo attraverso i conduttori, la corrente alternata li riscalda (così come la corrente continua). Questa proprietà è utilizzata nei riscaldatori elettrici e nelle lampade a incandescenza elettriche.

Intorno ai conduttori attraverso i quali scorre la corrente alternata, c'è necessariamente un campo magnetico, ma esso, come la corrente, è alternato. In un elettromagnete alimentato da corrente alternata dalla rete, la polarità delle estremità del circuito magnetico (nucleo) cambia 50 volte al secondo.

Non è difficile verificare che un motore a spazzole eccitato in serie possa funzionare se alimentato con corrente alternata. Tali motori sono utilizzati in molti elettrodomestici (aspirapolvere, spremiagrumi, ventilatore, ecc.). Infatti, quando cambia la polarità dei poli dell'induttore, cambia contemporaneamente la direzione della corrente nell'armatura, quindi l'armatura continuerà a ruotare nella stessa direzione.

DOMANDE DI CONTROLLO

1. Qual è il principio di funzionamento di un generatore a induzione?
2. Quali proprietà della corrente alternata conosci?
3. Quali sono i dispositivi del turbo a induzione e dell'idrogenatore? Spiega dalle immagini.

4. Perché il rotore del generatore a turbina ha una coppia di poli, mentre l'idrogenatore ne ha molti?

Esercizi

1. Dimostrare che il generatore idroelettrico della centrale idroelettrica di Bratsk genera corrente alternata con una frequenza di 50 Hz. Il suo rotore, che ruota ad una frequenza di 125 giri/min, ha 24 coppie di poli.
2. Quante coppie di poli dovrebbe avere un idrogeneratore se il suo rotore ruota ad una frequenza di 5 giri/s? La frequenza della corrente indotta è di 50 Hz.
3. Dimostrare che i dispositivi magnetoelettrici non sono adatti per misurazioni in circuiti a corrente alternata, mentre sono adatti dispositivi elettromagnetici ed elettrodinamici.
4. La figura mostra un grafico tratto dallo schermo dell'oscilloscopio. Ogni cella corrisponde orizzontalmente a 0,01 s e verticalmente a 20 V. Determinare la tensione e la frequenza della corrente elettrica.