Di cosa è fatto un alternatore Principali parti di lavoro e loro collegamento

La corrente alternata di frequenza industriale è generata nelle centrali elettriche da generatori sincroni di elettromacchine appositamente progettati per questo scopo. Il principio di funzionamento di queste unità si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. L'energia meccanica prodotta dal vapore o dalla turbina idraulica viene convertita in corrente alternata.

La parte rotante dell'azionamento o del rotore è un magnete elettrico, che trasmette il campo magnetico generato allo statore. Questa è la parte esterna del dispositivo, costituita da tre bobine di fili.

La tensione viene trasmessa attraverso le spazzole e gli anelli del commutatore. Gli anelli del rotore in rame ruotano contemporaneamente all'albero motore e al rotore, per cui le spazzole vengono premute contro di essi. Questi, a loro volta, rimangono in posizione, consentendo la trasmissione di corrente elettrica dagli elementi fissi del generatore alla sua parte rotante.

Il campo magnetico così prodotto, ruotando attraverso lo statore, produce delle correnti elettriche che caricano la batteria.

Modelli popolari di generatori di saldatura corrente alternata:

Generatore corrente alternata

Attualmente ci sono molti diversi tipi di induzione generatori. Ma sono tutti costituiti dalle stesse parti di base. Questo è, in primo luogo, un elettromagnete o un magnete permanente che crea un campo magnetico e, in secondo luogo, un avvolgimento in cui viene indotta una variabile EMF- forza elettromotrice (nel modello di generatore considerato, questo è un telaio rotante). Poiché l'EMF indotto nelle spire collegate in serie si somma, l'ampiezza dell'EMF di induzione nel frame è proporzionale al numero di spire in esso contenute. È anche proporzionale all'ampiezza del flusso magnetico alternato (Фm = BS) attraverso ogni giro.

Il principio del generatore corrente alternata prossimo. Per ottenere un grande flusso magnetico nei generatori, viene utilizzato uno speciale sistema magnetico, costituito da due nuclei in acciaio elettrico. Gli avvolgimenti che creano un campo magnetico sono posizionati nelle scanalature di uno dei nuclei e gli avvolgimenti in cui è indotto l'EMF sono posizionati nelle scanalature dell'altro. Uno dei nuclei (solitamente interno), insieme al suo avvolgimento, ruota attorno ad un asse orizzontale o verticale. Ecco perché si chiama rotore. Il nucleo fisso con il suo avvolgimento è chiamato statore. Lo spazio tra i nuclei dello statore e del rotore è ridotto il più possibile per aumentare il flusso di induzione magnetica.

Nel modello di generatore mostrato in figura, ruota un telaio di filo, che è un rotore (sebbene senza un nucleo di ferro). Il campo magnetico è creato da un magnete permanente stazionario. Certo, si potrebbe fare il contrario: ruotare il magnete e lasciare la cornice immobile.

Nei grandi generatori industriali, è l'elettromagnete che ruota, che è il rotore, mentre gli avvolgimenti in cui è indotto l'EMF sono deposti nelle cave dello statore e rimangono immobili. Il fatto è che è necessario fornire corrente al rotore o deviarlo dall'avvolgimento del rotore a un circuito esterno utilizzando contatti striscianti. Per fare ciò, il rotore è dotato di collettori rotanti attaccati alle estremità del suo avvolgimento.

Fig. 1. Schema strutturale alternatore attuale.

Le piastre fisse - spazzole - vengono premute contro gli anelli e collegano l'avvolgimento del rotore con il circuito esterno. La forza della corrente negli avvolgimenti di un elettromagnete che crea un campo magnetico è molto inferiore alla forza della corrente data dal generatore al circuito esterno. Pertanto, è più conveniente rimuovere la corrente generata dagli avvolgimenti fissi e fornire una corrente relativamente debole attraverso i contatti striscianti all'elettromagnete rotante. Questa corrente è generata da un generatore CC separato (eccitatore) situato sull'albero a sinistra (attualmente, la corrente continua viene spesso fornita all'avvolgimento del rotore dall'avvolgimento dello statore dello stesso generatore attraverso un raddrizzatore).

Nei generatori a bassa potenza, il campo magnetico è creato da un magnete permanente rotante. In questo caso non servono affatto anelli e spazzole.

L'aspetto dell'EMF negli avvolgimenti dello statore fisso è spiegato dalla comparsa di un campo elettrico a vortice in essi, generato da una variazione del flusso magnetico durante la rotazione del rotore.

Un moderno generatore di corrente elettrica è un'imponente struttura di fili di rame, materiali isolanti e strutture in acciaio. Con dimensioni di diversi metri, le parti più importanti dei generatori sono realizzate con precisione millimetrica. Da nessuna parte in natura esiste una tale combinazione di parti mobili che possa generare energia elettrica in modo così continuo ed economico.

CORRENTE ALTERNATA

L'albero del generatore è azionato da una puleggia montata sull'albero motore del motore, una cinghia trapezoidale. Il rapporto di trasmissione della trasmissione a cinghia trapezoidale è 1,7-2,0. Quando l'auto è in movimento, la velocità dell'albero motore al minimo per i motori moderni è di 500-600 giri/min, la frequenza massima è di 4000-5000 giri/min. Pertanto, la molteplicità dei cambiamenti nella velocità del motore e, di conseguenza, l'albero del generatore può raggiungere 8 - 10. La tensione del generatore dipende dalla velocità del suo albero. Maggiore è la frequenza, maggiore è la tensione del generatore. Tuttavia, tutte le apparecchiature elettriche del veicolo, in particolare le luci e la strumentazione

dispositivi progettati per essere alimentati da una tensione costante di 12 o 24 V. Il mantenimento di una tensione del generatore costante, indipendentemente dalle variazioni della velocità e del carico del generatore (accensione dei consumatori), viene eseguito da un dispositivo speciale chiamato regolatore di tensione.

Quando la velocità dell'albero motore del motore scende al di sotto di 500-700 giri/min, la tensione del generatore diventa inferiore alla tensione della batteria. Se la batteria non è scollegata dal generatore, inizierà a scaricarsi sul generatore, il che può portare al surriscaldamento dell'isolamento dell'avvolgimento del generatore e alla scarica della batteria. Con un aumento del regime del motore, è necessario riattivare il generatore nell'impianto elettrico. L'accensione del generatore all'impianto elettrico quando la sua tensione è superiore alla tensione della batteria, e lo scollegamento del generatore dalla rete quando la sua tensione è inferiore alla tensione della batteria, avviene tramite un dispositivo speciale chiamato relè di corrente inversa.

Il generatore è progettato per erogare una certa corrente massima per un determinato generatore, tuttavia, in caso di malfunzionamento dell'impianto elettrico (batteria scarica, cortocircuito, ecc.), il generatore può erogare una corrente maggiore di quella per cui è progettato. Il funzionamento prolungato del generatore in questa modalità comporterà il suo surriscaldamento e la combustione dell'isolamento dell'avvolgimento. Per proteggere il generatore dal sovraccarico, viene utilizzato un dispositivo speciale chiamato limitatore di corrente.

Tutti e tre i dispositivi - un regolatore di tensione, un relè di corrente inversa e un limitatore di corrente - sono combinati in un unico dispositivo, chiamato regolatore a relè.

Alcuni generatori, come il G-250, potrebbero non avere un relè di corrente inversa e un limitatore di corrente, ma il design del generatore contiene dispositivi che svolgono le funzioni di questi dispositivi.

Sulla fig. 1 mostra il dispositivo dell'alternatore G-250. Il generatore ha uno statore 6 con un avvolgimento trifase realizzato sotto forma di bobine separate montate sui denti dello statore. Ogni fase ha sei bobine collegate in serie. Gli avvolgimenti di fase dello statore sono collegati da una stella e i loro terminali di uscita sono collegati all'unità raddrizzatore 10.

Dispositivo alternatore attuale G-250

L'alloggiamento dello statore è assemblato da singole piastre di acciaio elettrico. L'avvolgimento di eccitazione 4 del generatore è realizzato sotto forma di una bobina e posizionato su una boccola in acciaio dei poli a forma di becco del rotore 13. La boccola, i poli a forma di becco del rotore e gli anelli collettori 5 sono rigidamente fissato all'albero 3 del rotore (incastro a pressione sulla godronatura). Il campo magnetico creato dall'avvolgimento di eccitazione, che passa attraverso le estremità dei poli a forma di becco, forma i poli nord e sud sul rotore (Fig. 2) (E.V. Mikhailovsky, "Dispositivo automobilistico", p. 163).

Quando il rotore ruota, il campo magnetico dei poli del rotore attraversa le spire degli avvolgimenti dello statore, inducendo una fem variabile in ciascuna fase.

Schema di rettifica corrente alternata

La corrente nell'avvolgimento di eccitazione viene fornita attraverso le spazzole 8 (Fig. 1) e gli anelli di contatto 5, a cui sono saldate le estremità dell'avvolgimento di eccitazione. Le spazzole sono fissate nel portaspazzole 9.

Lo statore del generatore è fissato mediante bulloni di accoppiamento tra i coperchi 1 e 7, che presentano staffe per il fissaggio del generatore al motore. Nella copertura 1 sul lato trasmissione in alto è presente un foro filettato per il fissaggio di una barra di tensione, con la quale viene regolata la tensione della cinghia di trasmissione del generatore. Le coperture sono realizzate in lega di alluminio.

Per ridurre l'usura, la sede del cuscinetto a sfere nel coperchio posteriore 7 ei fori nelle staffe del coperchio sono rinforzati con boccole in acciaio.

I cappelli sono dotati di cuscinetti a sfere 2 e 12 con tenuta su entrambi i lati e lubrificazione incorporata per tutta la vita del cuscinetto.

All'estremità sporgente dell'albero 3 del rotore sono fissate una ventola esterna 14 (Fig. 1) ed una puleggia 15. I coperchi hanno finestre di ventilazione attraverso le quali passa l'aria di raffreddamento. La direzione del movimento dell'aria di raffreddamento è dal coperchio sul lato degli anelli collettori alla ventola.

Un blocco raddrizzatore 10 è installato nel coperchio dal lato degli anelli collettori, assemblato da valvole di silicio (diodi), consentendo alla temperatura di esercizio della custodia di essere di più 150°C.

Tipi di unità raddrizzatori

Blocco raddrizzatore VBG-1. (Fig. 4) è costituito da tre monoblocchi collegati in un circuito di un raddrizzatore trifase a onda intera

Ciascuna delle due valvole raddrizzatori è posta in un monoblocco, che funge contemporaneamente da radiatore e conduttore conduttivo del punto medio del circuito 3. Nel caso del monoblocco-radiatore 4 sono presenti due prese in cui sono presenti le giunzioni pp delle valvole raddrizzatori assemblato. In una presa, la giunzione p-p ha una zona p sul corpo e nell'altra una zona p. Le zone di transizione opposte hanno conduttori flessibili 9, che collegano il monoblocco con i bus di collegamento 2. Il bus negativo del blocco raddrizzatore è collegato alla cassa del generatore. Nei modelli successivi di unità raddrizzatori BPV-4-45 (Fig. 4, b), per una corrente di 45 A, vengono utilizzate valvole in silicio del tipo VA-20, che vengono premute in dissipatori di calore 12 di polarità negativa e positiva, tre valvole ciascuna. I dissipatori di calore sono isolati l'uno dall'altro da boccole-isolanti in plastica 13. La corrente inversa delle valvole non supera i 3 mA e dell'unità assemblata -10 mA. Per i generatori con una potenza massima fino a 1200 V t (G-228), vengono utilizzati blocchi raddrizzatori al silicio VBG-7-G per una corrente di 80 A (Fig. 4, c) o BPV-7-100. Nei blocchi BPV-7T e BPV-7-100, vengono utilizzate valvole VA-20, due in parallelo in ciascun braccio, sei valvole in ciascun dissipatore di calore. Il blocco BPV-7-100 per una corrente di 100 A e il suo circuito elettrico sono mostrati in fig. 4, il sig.

Per ridurre il livello di interferenza radio nei blocchi, VBR-7-G e BPV-7-100, un condensatore con una capacità di 4,7 microfarad è installato parallelamente ai terminali "+" e "-" del generatore. La vista generale della valvola BA -20 è mostrata in fig. 5. La corrente nominale della valvola è 20 A. Per semplificare il circuito, i collegamenti elettrici, le valvole sono prodotte in due versioni: con polarità diretta e inversa agli alloggiamenti (Fig. 5, b). Nelle valvole a polarità diritta, il “+” della corrente raddrizzata sarà sul corpo, nelle valvole a polarità inversa ci sarà un “-” della corrente raddrizzata.

Le valvole diritte e di polarità inversa differiscono per il colore della marcatura applicata dalla vernice sul fondo della custodia. Valvole a polarità diretta: ("+" sulla custodia) sono contrassegnate con vernice rossa e le valvole a polarità inversa ("-" sulla custodia) sono contrassegnate in nero.

Valvola in silicone VA-20

Il circuito elettrico per il collegamento degli avvolgimenti del generatore e dei raddrizzatori è mostrato in Figura 3, a. Quando il rotore del generatore ruota, in ciascuna fase viene indotta una tensione alternata, la cui variazione in un periodo è mostrata in fig. 3b. Dopo la rettifica, le curve della tensione di fase assumeranno la forma mostrata in fig. 3, a. La tensione rettificata sarà quasi costante (linea 1 in Fig. 3, c) e la frequenza di ripple della tensione rettificata sarà sei volte maggiore della frequenza negli avvolgimenti di fase (Yu.I. Borovskikh, "Dispositivo automobilistico", pag. 183).

Con un aumento della velocità di rotazione, aumenta la frequenza della corrente indotta negli avvolgimenti di fase del generatore corrente alternata, e la resistenza induttiva degli avvolgimenti aumenta. Pertanto, ad un'elevata frequenza di rotazione del rotore, quando il generatore è in grado di fornire la massima potenza, non c'è pericolo di sovraccaricarlo, poiché la forza di corrente del generatore è limitata dalla maggiore resistenza induttiva dei suoi avvolgimenti. Questo fenomeno nei generatori corrente alternataè chiamata proprietà autolimitante. I generatori automobilistici G-250, G-270, G-221 e altri sono progettati in modo tale da non aver bisogno di un limitatore di corrente.

La proprietà delle valvole di far passare la corrente in una sola direzione (dal generatore alla batteria) elimina la necessità di installare un relè di corrente inversa nel relè-regolatore. Pertanto, il relè-regolatore funziona con un generatore per auto corrente alternata, può essere utilizzato solo un regolatore di tensione. Ciò semplifica notevolmente la progettazione e riduce le dimensioni, il peso e il costo del relè-regolatore. In fig. 3, ma dalle frecce. Come si può vedere dal diagramma, se è presente una corrente alternata negli avvolgimenti della prima fase, la corrente nel circuito di carico (Rn) sarà costante. Il processo è simile in altre fasi.

II. POI. GENERATORE

Guasti e malfunzionamenti del generatore sono: un circuito aperto o corto nell'avvolgimento dello statore del generatore o nell'avvolgimento di eccitazione, una violazione del contatto delle spazzole con anelli e scintille delle spazzole, usura dei cuscinetti del generatore, rottura o indebolimento della spazzola molla del supporto, rottura dei diodi nel raddrizzatore, indebolimento della tensione (tensione eccessiva) della cinghia di trasmissione.

I malfunzionamenti del generatore vengono rilevati dalle letture dell'amperometro o della spia di segnalazione. L'amperometro con un generatore difettoso mostrerà una scarica e la spia di segnalazione si accenderà quando il motore è in funzione. Il cedimento del contatto delle spazzole con gli anelli si verifica a causa di contaminazione, bruciatura o usura, scheggiatura o usura delle spazzole, nonché indebolimento o rottura delle molle di pressione delle spazzole. L'inquinamento dell'anello deve essere pulito con uno straccio pulito, gli anelli bruciati devono essere puliti con carta di vetro, la spazzola usurata deve essere sostituita con una nuova e strofinata sull'anello.

III. DIAGNOSI DEL GENERATORE

La diagnostica del generatore si riduce al controllo della tensione di limitazione e delle prestazioni del generatore. Per eseguire questa operazione, è necessario accendere il voltmetro in parallelo con i consumatori di corrente. La tensione di limitazione viene verificata con le utenze di corrente (luci di posizione e luci di posizione) accese e un regime motore aumentato. Dovrebbe essere compreso tra 13,5 e 14,2 V. Le prestazioni del generatore vengono valutate dalla tensione quando tutti i consumatori vengono accesi a una velocità corrispondente alla piena potenza del generatore, che non dovrebbe essere inferiore a 12 V. Tuttavia , una tale tecnica di verifica non può rivelare malfunzionamenti caratteristici, anche se rari, del generatore, come avvolgimenti dello statore aperti o in corto a massa, apertura o rottura dei diodi raddrizzatori, a causa di riserve significative di prestazioni del generatore.

Questi guasti sono facilmente individuabili dalla forma caratteristica degli oscillogrammi, che è principalmente associata ad un aumento del range di fluttuazioni di tensione. Quando il generatore funziona correttamente, l'intervallo di fluttuazioni di tensione nella rete non supera 1-1,2 V, a causa dell'inclusione periodica dell'avvolgimento primario della bobina di accensione nel circuito di carico. Questo è facilmente leggibile dalla forma d'onda dell'oscilloscopio del tester del motore (Elkon S-300, Elkon S-100A, K-461, K-488).

Con un diodo rotto (cortocircuito), a causa delle sue proprietà rettificanti, l'intervallo delle fluttuazioni di tensione aumenta a 2,5-3 V. con una diminuzione generale della frequenza delle sue oscillazioni. Il livello di tensione medio mostrato dal voltmetro non cambia, tuttavia, i picchi di tensione portano a una diminuzione della durata della batteria e di altri elementi delle apparecchiature elettriche (V.L. Rogovtsev, "Progettazione e funzionamento dei veicoli", p. 391).

Pertanto, l'uso simultaneo di un oscilloscopio e di un voltmetro consente di diagnosticare in modo rapido e obiettivo generatori e regolatori di relè. corrente alternata. Aumentando la tensione del generatore di oltre il valore calcolato del 10-12% si riduce la durata della batteria di 2-3 volte.

Un generatore difettoso viene sostituito o riparato in un'officina elettrica, la tensione di limitazione del relè-regolatore è regolata dalla tensione della molla dell'indotto e, se ciò non è possibile, viene sostituito anche il relè-regolatore. I relè-regolatori a transistor senza contatto sono regolati solo nell'officina elettrica.

29 GENERATORI ELETTRICI CORRENTE ALTERNATA

Sono pochi gli ambiti scientifici in cui la ricerca si è rivelata fruttuosa come nel campo delle correnti ad alta frequenza. Le proprietà uniche di queste correnti e la natura stupefacente dei fenomeni che hanno dimostrato hanno immediatamente catturato l'attenzione di tutti. gli scienziati hanno mostrato interesse per la ricerca in quest'area, gli ingegneri si sono interessati alla prospettiva della loro applicazione industriale e i medici hanno visto in essi un mezzo tanto atteso per un trattamento efficace delle malattie corporee. Da quando sono stati pubblicati i miei primi articoli di ricerca nel 1891, sono stati scritti centinaia di volumi sull'argomento e sono state tratte innumerevoli conclusioni in relazione a questo nuovo fenomeno. Tuttavia, questa direzione scientifica e tecnica è agli inizi e il futuro ha nelle sue viscere qualcosa di incomparabilmente più significativo.

Sin dall'inizio ero consapevole dell'urgenza di creare dispositivi efficienti per soddisfare esigenze in rapida crescita e nel corso di otto anni, mantenendo costantemente le promesse fatte in precedenza, ho sviluppato non meno di cinquanta tipi di convertitori, o generatori elettrici, corrente alternata, impeccabile sotto ogni aspetto e portata a tale perfezione che ancora oggi nessuno di essi potrebbe apportare miglioramenti significativi. Se fossi stato guidato da considerazioni pratiche, avrei potuto aprire un'attività magnifica e redditizia, rendendo lungo la strada servizi significativi all'umanità. Ma la forza delle circostanze e le prospettive mai viste prima per risultati ancora maggiori hanno indirizzato i miei sforzi in una direzione diversa. E ora tutto sta al fatto che presto verranno venduti sul mercato i dispositivi che, stranamente, sono stati creati vent'anni fa!

Questi generatori sono progettati specificamente per funzionare in reti di illuminazione CC e CA, creando oscillazioni smorzate e non smorzate con frequenza, ampiezza e tensione impostabili su un ampio intervallo. Sono compatti, autonomi, non necessitano di manutenzione per lungo tempo e saranno considerati molto convenienti e utili in vari campi, ad esempio per telegrafo e telefono senza fili; per la conversione di energia elettrica; per la formazione di composti chimici per fusione e adesione; per sintesi gassosa; per la produzione di ozono; per l'illuminazione, la saldatura, la prevenzione sanitaria e la disinfezione di locali comunali, medici e residenziali, nonché per molti altri scopi nei laboratori scientifici e nelle imprese industriali. Sebbene questi trasduttori non siano mai stati descritti prima, i principi generali della loro costruzione sono esposti integralmente nelle mie pubblicazioni e brevetti, più completamente datati 22 settembre 1896; uno sarà richiesto.

Le parti principali di un tale generatore sono un condensatore, una bobina di autoinduzione per immagazzinare un alto potenziale, un interruttore e un trasformatore, che è alimentato da scariche periodiche del condensatore. Il dispositivo comprende almeno tre, e solitamente quattro, cinque o sei elementi di regolazione; La regolazione dell'efficienza viene eseguita in diversi modi, più comunemente con una semplice vite di regolazione. In condizioni favorevoli si può ottenere un rendimento fino all'85%, cioè si può dire che l'energia proveniente dal generatore può essere rigenerata nel circuito secondario del trasformatore. Se il principale vantaggio di questo tipo di apparato è chiaramente dovuto alle notevoli capacità del condensatore, allora alcune qualità specifiche sono una conseguenza della formazione di un circuito in serie, a condizione che si osservino esatte relazioni armoniche e si riducano al minimo le perdite per attrito e altre perdite , che è uno degli obiettivi principali di questo progetto.

In linea di massima, i dispositivi possono essere suddivisi in due classi: una in cui l'ampolla ha contatti solidi e l'altra in cui la chiusura e l'apertura vengono eseguite utilizzando il mercurio. Le illustrazioni da 1 a 8 incluse mostrano il primo tipo e le altre il secondo. I primi sono in grado di raggiungere una maggiore efficienza, tenendo conto del fatto che le perdite di chiusura e rottura sono ridotte al minimo e la resistenza di contatto, che provoca lo smorzamento delle oscillazioni, è piccola. Questi ultimi sono da preferire nei casi in cui sono richieste elevate potenze di uscita e un numero elevato di corse al secondo. il motore e l'interruttore, ovviamente, consumano una certa quantità di energia, la cui quota, tuttavia, sarà tanto minore quanto maggiore sarà la potenza dell'impianto.

La figura 1 mostra uno dei primi tipi di generatori costruiti per scopi sperimentali. Il condensatore è posto in una scatola rettangolare in mogano, su cui è montata una bobina di autoinduzione, le cui spire, sottolineo, sono divise in due sezioni, collegate in parallelo o in serie, a seconda della tensione di alimentazione di 110 o 220 Volt. Dalla scatola sporgono quattro aste di rame su cui è fissata una piastra con contatti a molla e viti di regolazione; sopra la scatola sono posti due massicci terminali collegati all'avvolgimento primario del trasformatore. Due delle aste servono per il collegamento al condensatore, mentre le altre due servono per il collegamento ai terminali dell'interruttore prima della bobina di autoinduzione e del condensatore. L'avvolgimento primario del trasformatore è costituito da diversi giri di nastro di rame, alle estremità dei quali sono saldati pin corti, esattamente corrispondenti alle conclusioni a loro destinate. L'avvolgimento secondario è costituito da due parti avvolte in modo da ridurre al minimo la propria capacità e allo stesso tempo consentire alla bobina di sopportare una tensione molto elevata tra i suoi terminali al centro, che sono collegati ai terminali su due perni di gomma sporgenti . L'ordine dei collegamenti nel circuito può variare leggermente, ma di solito sono schematicamente presentati nel numero di maggio di Electrical Experimenter a pagina 89, che si riferisce al mio trasformatore progettato per l'uso in corrente alternata, di cui una fotografia si trova a pagina 16 degli stessi numeri di giornale. Il principio di funzionamento del dispositivo è il seguente. Quando l'interruttore è acceso, la corrente dalla fonte di alimentazione scorre attraverso la bobina di autoinduzione, magnetizzando il nucleo di ferro al suo interno e scollegando i contatti dell'interruttore. la corrente indotta carica il condensatore ad alta tensione e, dopo aver chiuso i contatti, l'energia immagazzinata viene scaricata attraverso l'avvolgimento primario, provocando una serie continua di oscillazioni che eccitano l'avvolgimento secondario sintonizzato.

I l. 1. Generatore creato per scopi sperimentali

Il dispositivo si è rivelato estremamente utile per eseguire tutti i tipi di esperimenti di laboratorio. Ad esempio, quando si studiano i fenomeni di impedenza, il trasformatore è stato rimosso e ai conduttori è stata collegata una piastra di rame piegata. La piastra veniva spesso sostituita da una grande bobina anulare per dimostrare a distanza i fenomeni di induzione, ovvero la capacità di eccitare circuiti risonanti utilizzati in vari studi e misurazioni. Un trasformatore adatto a qualsiasi applicazione può essere facilmente fabbricato e collegato a qualsiasi ingresso, ottenendo così un notevole risparmio di tempo e manodopera. Contrariamente alle ipotesi, la condizione dei contatti dell'interruttore non ha causato molti problemi, nonostante il fatto che l'intensità della corrente che li attraversa fosse grande, cioè in presenza di risonanza si è formata una forte corrente solo quando il circuito era chiuso , ed è stata esclusa la possibilità di un arco distruttivo. Inizialmente, ho usato contatti in platino e iridio, in seguito ho sostituito il materiale con materiale meteorico e alla fine ho optato per il tungsteno. Quest'ultimo ha portato le maggiori soddisfazioni, poiché ha consentito un lavoro continuativo per molte ore e giorni.

La figura 2 mostra un piccolo generatore progettato per alcuni scopi speciali. Lo sviluppo si basava sull'idea di ottenere alte energie in un brevissimo periodo di tempo dopo una pausa relativamente lunga. A tale scopo è stata utilizzata una bobina con una grande autoinduzione e un interruttore ad azione rapida. Grazie a questa costruzione, il condensatore è stato caricato ad un alto potenziale. Nell'avvolgimento secondario sono state ottenute correnti alternate veloci e grandi scariche di scintille, adatte per la saldatura di fili sottili, per l'accensione di lampade ad incandescenza, per l'accensione di miscele esplosive e altre applicazioni simili. Questo apparato è stato adattato anche per l'alimentazione a batteria, e questa modifica si è rivelata molto efficace come accenditore per motori a gas, per i quali mi è stato concesso il brevetto numero 609250, 16 agosto 1898. La figura 3 è un grande generatore di prima classe progettato per esperimenti wireless, raggi X e altre ricerche scientifiche. È costituito da una scatola e da due condensatori posti al suo interno, aventi una capacità tale da sopportare la bobina di carica e il trasformatore. L'interruttore, l'interruttore manuale e i terminali di collegamento sono montati sul pannello frontale della bobina di autoinduzione allo stesso modo di una delle molle di contatto. Il corpo condensatore presenta tre terminali, di cui i due esterni servono solo per il collegamento, mentre quello intermedio è provvisto di una piastrina di contatto con vite per regolare l'intervallo di chiusura del circuito. La molla vibrante, la cui unica funzione è quella di provocare aperture intermittenti, può essere regolata variando il grado della sua compressione, nonché la distanza dall'anima di ferro posta al centro della bobina di carica, tramite quattro viti di regolazione visibili su il pannello superiore, che garantisce qualsiasi modalità di impostazione meccanica desiderata. L'avvolgimento primario del trasformatore è costituito da una striscia di rame e le conclusioni vengono tratte in punti appropriati per la variazione arbitraria del numero di spire. Proprio come nell'oscillatore mostrato in figura 1, la bobina di autoinduzione ha un avvolgimento a due sezioni in modo che il dispositivo possa funzionare da una tensione di rete di 110 e 220 volt; sono stati inoltre previsti diversi avvolgimenti secondari, corrispondenti alle onde di diversa lunghezza nell'avvolgimento primario. La potenza di uscita era di circa 500 watt con un'oscillazione smorzata di circa 50. 000 cicli al secondo. Oscillazioni continue apparivano per brevi periodi di tempo quando la molla vibrante veniva compressa, che veniva premuta saldamente contro l'anima di ferro, e quando i contatti venivano scollegati con l'aiuto di una vite di regolazione, che fungeva anche da chiave. Con questo generatore ho fatto una serie di importanti osservazioni, ed è stata una di queste macchine che è stata presentata in una conferenza alla New York Academy of Sciences nel 1897.

I l. 2. Piccolo oscillatore Tesla progettato come accenditore per motori a gas

I l. 3. Grande oscillatore Tesla progettato per esperimenti di trasmissione wireless

I l. 7 . Grande trasformatore di Tesla

I l. 8. Convertitore chopper rotativo utilizzato per esperimenti di trasmissione wireless

La figura 4 mostra un tipo di trasformatore identico in tutto e per tutto a quello mostrato nel già citato numero di maggio 1919 dello Sperimentatore elettrico. È costituito dalle stesse parti di base disposte in modo simile, ma è appositamente progettato per alimentatori da 220 a 500 volt e oltre. La regolazione viene eseguita installando una molla di contatto e spostando il nucleo di ferro su e giù all'interno della bobina di induzione con due viti di regolazione. I fusibili sono inclusi nella linea di alimentazione per evitare danni da cortocircuiti. Durante la fotografia, il dispositivo ha funzionato, generando oscillazioni non smorzate, da una rete di illuminazione di 220 volt.

La figura 5 mostra una successiva modifica del trasformatore, destinata principalmente a sostituire le bobine di Ruhmkorff. In questo caso viene utilizzato un avvolgimento primario con un numero di giri molto maggiore e il secondario si trova nelle immediate vicinanze. le correnti generate in quest'ultimo, con una tensione da 10.000 a 30.000 volt, vengono solitamente utilizzate per caricare i condensatori e alimentare una bobina ad alta frequenza autonoma. Il meccanismo di controllo è leggermente diverso, ma entrambe le parti - sia il nucleo che la molla di contatto - sono regolabili, come prima.

La figura 6 mostra un piccolo dispositivo di una serie di tali dispositivi, progettato, in particolare, per la produzione di ozono o disinfezione. È estremamente efficiente per le sue dimensioni e può essere collegato a una tensione di rete di 110 o 220 volt CC o corrente alternata, è preferibile la prima.

I l. 9. Trasformatore e interruttore a mercurio

I l. 10. Grande convertitore di Tesla con camera sigillata e controller di mercurio

La figura 7 mostra un trasformatore più grande in questa serie. Il design e la disposizione dei componenti rimangono gli stessi, ma nella custodia sono presenti due condensatori, uno dei quali entra nel circuito della bobina, come nei modelli precedenti, mentre l'altro è collegato in parallelo al primario. In quest'ultimo si formano così correnti di grande intensità e, di conseguenza, si amplificano gli effetti nel circuito secondario. L'introduzione di un circuito risonante aggiuntivo presenta anche altri vantaggi, ma la sintonizzazione è più difficile, e quindi è desiderabile utilizzare un apparato di questo tipo per ottenere correnti di una data frequenza costante.

I l. 11. Generatore di Tesla con chiusura ermetica interruttore a mercurio progettato per generatori di bassa tensione

I l. 13. Un altro tipo di trasduttore corrente alternata con chiusura ermetica interruttore a mercurio

I l. 14. Schema e layout dei dettagli del modello mostrato in Figura 13

La figura 8 mostra un trasformatore con un chopper rotante. La custodia contiene due condensatori della stessa capacità, che possono essere collegati in serie o in parallelo. Le induttanze di carica sono sotto forma di due lunghe bobine, sulle quali sono poste due uscite del circuito secondario. Un piccolo motore a corrente continua viene utilizzato per azionare un interruttore appositamente progettato, la cui velocità può variare notevolmente. Per altri aspetti, questo generatore è simile al modello mostrato in Figura 3, e da quanto sopra è facile capire come funziona. Questo trasformatore è stato da me utilizzato in esperimenti sulla trasmissione wireless e spesso per illuminare il laboratorio con i miei tubi a vuoto, ed è stato anche esposto durante la suddetta conferenza che ho tenuto davanti alla New York Academy of Sciences.

Passiamo ora alle macchine di seconda classe, una delle quali è il convertitore CA mostrato in Figura 9. Il suo circuito include un condensatore e una bobina di induzione di carica, che sono posti in una camera, un trasformatore e un interruttore a mercurio. La costruzione di quest'ultimo è stata descritta per la prima volta nel mio brevetto n° 609251 del 16 agosto 1898. è costituito da un tamburo cavo azionato da un motore elettrico con al suo interno una piccola quantità di mercurio, che viene scagliato per forza centrifuga contro le pareti della cavità e porta con sé un disco di contatto, che periodicamente chiude e apre il circuito del condensatore. Con l'ausilio di viti di regolazione sopra il tamburo è possibile modificare a piacimento la profondità di immersione delle lame, e quindi la durata di ogni contatto, e quindi regolare le caratteristiche dell'ampolla. Questo tipo di interruttore ha soddisfatto tutti i requisiti, in quanto ha funzionato correttamente con correnti da 20 a 25 ampere. Il numero di interruzioni al secondo era in genere compreso tra 500 e 1000, ma sono possibili velocità più elevate. l'intera unità misura 10" x 8" x 10" e ha una potenza di uscita di circa 1/2 kW.

Nel convertitore qui descritto, l'ampolla è esposta all'atmosfera e il mercurio si ossida gradualmente. Il dispositivo mostrato in Figura 10 è risparmiato da questo inconveniente: ha una custodia metallica perforata, all'interno della quale sono posti un condensatore e una bobina di induzione di carica, e sopra sono un motorino dell'interruttore e un trasformatore.

I l. 15 e 16. Trasformatore di Tesla con chiusura ermetica interruttore a mercurio, il cui lavoro è regolato dalla gravità; componenti del motore e dell'interruttore

Il tipo di ampolle a mercurio che verrà descritto funziona secondo il principio di una corrente a getto che, pulsando, entra in contatto con un disco rotante all'interno del tamburo. Le parti fisse sono fissate all'interno della camera su un'asta che percorre l'intera lunghezza del tamburo cavo, e per chiudere ermeticamente la camera, all'interno della quale si trova l'ampolla, viene utilizzato un blocco al mercurio. Il passaggio della corrente all'interno del tamburo avviene per mezzo di due anelli scorrevoli posti superiormente, collegati in serie al condensatore e all'avvolgimento primario. L'esclusione dell'ossigeno è un innegabile miglioramento che elimina l'ossidazione dei metalli e le difficoltà ad essa associate e mantiene costantemente la modalità di funzionamento.

La figura 11 mostra un generatore con una chiusura ermetica interruttore a mercurio. In questo dispositivo, le parti fisse dell'ampolla all'interno del tamburo sono montate su un tubo attraverso il quale viene fatto passare un filo isolato, collegato ad un terminale dell'interruttore, mentre l'altro terminale è collegato al serbatoio. Ciò ha reso superflui gli anelli scorrevoli e ha semplificato il design. Il dispositivo è progettato per generatori a bassa tensione e frequenza, che richiedono una corrente relativamente piccola nell'avvolgimento primario ed è stato utilizzato per eccitare circuiti risonanti.

La figura 12 è un modello migliorato dell'oscillatore descritto in figura 10. In questo modello, la barra di trasporto all'interno del tamburo cavo è stata eliminata e il dispositivo di iniezione del mercurio è tenuto in posizione per gravità. Una descrizione più dettagliata verrà fornita in connessione con un'altra illustrazione. Sia la capacità del condensatore che il numero di giri del circuito primario possono essere modificati per poter generare oscillazioni in più modalità di frequenza.

La figura 13 è una rappresentazione fotografica di un altro tipo di generatore. corrente alternata con chiusura ermetica interruttore a mercurio e la figura 14 è uno schema circuitale e una disposizione delle parti, che sono riprodotti dal mio brevetto n. 609245 del 16 agosto 1898, che descrive questo particolare dispositivo. Condensatore, bobina di induzione, trasformatore e interruttore sono posizionati come prima, ma quest'ultimo presenta differenze strutturali, come risulterà chiaro dopo aver considerato questo circuito. tamburo cavo ma collegato all'asse c, che è montato con un cuscinetto verticale e passa attraverso un elettromagnete di eccitazione permanente D motore. Il corpo è rinforzato all'interno del tamburo su cuscinetti volventi h di una sostanza magnetica protetta da un cappuccio b al centro di un anello di ferro lamellare, con espansioni polari oo, su cui sono presenti spirali collegate alla corrente R. L'anello è sostenuto da quattro montanti e, quando magnetizzato, tiene il corpo. h in una posizione durante la rotazione del tamburo. Quest'ultimo è realizzato in acciaio e il cappuccio è realizzato al meglio in alpacca, annerito con acido o nichelato. Corpo h ha un tubo corto K, piegato, come mostrato, per catturare il liquido mentre ruota e lanciarlo sui denti di un disco attaccato al tamburo. Il disco è isolato e il contatto tra esso e il circuito esterno avviene per mezzo di un imbuto di mercurio. Quando il tamburo ruota rapidamente, un getto di metallo liquido viene espulso sul disco, creando e interrompendo il contatto in questo modo circa 1.000 volte al secondo. Lo strumento funziona silenziosamente e, grazie all'assenza di un ambiente ossidante, rimane sempre pulito ed in ottime condizioni. È possibile, tuttavia, ottenere un numero di oscillazioni al secondo molto più elevato per rendere le correnti adatte alla telefonia senza fili e ad altri scopi simili.

Il tipo modificato di oscillatore è mostrato nelle figure 15 e 16, la prima è un'immagine fotografica e la seconda è un diagramma che mostra la disposizione delle parti interne del regolatore. In questo caso, l'albero B. trasportare un contenitore cavo ma, poggiante su cuscinetti volventi, collegati al mandrino J. a cui è attaccato il carico K. isolato da quest'ultimo, ma ad esso collegato meccanicamente, staffa piegata l funge da supporto per un disco demolitore a rotazione libera con denti. Il disco è collegato al circuito esterno per mezzo di un imbuto di mercurio e di un tappo isolato che sporge dalla sommità dell'albero. A causa della posizione inclinata del motore elettrico, il carico K mantiene il disco dell'interruttore in posizione per gravità e, mentre l'albero ruota, il circuito costituito dal condensatore e dalla bobina primaria si chiude e si apre rapidamente.

I l. 17. Convertitore di Tesla con dispositivo di interruzione a forma di getto di mercurio

La figura 17 mostra un dispositivo identico, in cui l'ampolla è un getto di mercurio che colpisce una ruota dentata isolata, che si trova su un perno isolato al centro del cappello del tamburo, come si vede in figura. Il collegamento al condensatore avviene tramite spazzole poste sul coperchio stesso.

Figura 18 - Tipo di trasduttore con interruttore a mercurio utilizzando un disco modificato in qualche dettaglio, che deve essere attentamente considerato.

Qui ci sono solo alcuni dei convertitori CA completati, e costituiscono una piccola parte dell'apparato ad alta frequenza, di cui spero di presentare una descrizione dettagliata in seguito, quando sarò libero da obblighi pressanti.

I l. 18. Convertitore Tesla con interruttore a mercurio usando il disco

Alternatore

Descrizione:

Alternatore. Dispositivo e principio di funzionamento.

Diagnosi di un gruppo elettrogeno di corrente alternata mediante USB Autoscope III (oscilloscopio di Postalovsky).

SCOPO DEL LAVORO: Verifica del funzionamento del gruppo elettrogeno.

1. Studio dello schema di principio del generatore;

2. Studiare le fasi di preparazione del dispositivo per il funzionamento;

3. Studiare l'ordine di lavoro della diagnosi:

4.Verifica delle prestazioni del gruppo elettrogeno.

Scopo, dispositivo e principio di funzionamento del generatore.

Il gruppo elettrogeno è progettato per fornire energia alle utenze incluse nell'impianto elettrico e per caricare la batteria quando il motore dell'auto è acceso. I parametri di uscita del generatore devono essere tali che in qualsiasi modalità di movimento del veicolo non vi sia una scarica progressiva della batteria. Inoltre, la tensione nella rete di bordo del veicolo, alimentata dal gruppo elettrogeno, deve essere stabile in un ampio intervallo di velocità e variazioni di carico.
Il gruppo elettrogeno è un dispositivo abbastanza affidabile in grado di resistere a maggiori vibrazioni del motore, elevate temperature del vano motore, esposizione a un ambiente umido, sporco e altri fattori.

Gli alternatori sono installati su auto moderne. Per il normale funzionamento delle utenze di corrente sull'auto, deve esserci una tensione di alimentazione stabile, pertanto, indipendentemente dalla velocità del rotore del generatore e dal numero di utenze collegate, la tensione del generatore deve essere costante. Il mantenimento di una tensione costante e la protezione del generatore dal sovraccarico sono forniti da un dispositivo chiamato regolatori di tensione o regolatore a relè.

A seconda delle condizioni stradali e climatiche e delle modalità di funzionamento dei veicoli, la tensione del generatore che alimenta i consumatori, progettata per una tensione nominale di 12 V, dovrebbe essere compresa tra 13.2. 15,5 V.

Il generatore di corrente alternata è trifase, sincrono, ad eccitazione elettromagnetica, rispetto al generatore di corrente continua ha un consumo di metallo e un ingombro ridotti. Con la stessa potenza, è più semplice nel design e ha una lunga durata. Un generatore sincrono è chiamato perché la frequenza della corrente che produce è proporzionale alla frequenza di rotazione del rotore del generatore. Potenza specifica dell'alternatore, ad es. la potenza del generatore per unità di massa è circa 2 volte maggiore di quella di un generatore di corrente continua. Ciò consente di aumentare il rapporto di trasmissione dell'azionamento del generatore di 2-3 volte, per cui, a un regime minimo del motore, gli alternatori sviluppano fino al 40% della potenza nominale, il che fornisce condizioni migliori per caricare le batterie e , di conseguenza, un aumento della loro durata. Insieme a questo, gli alternatori, nonostante la loro differenza nei numeri di serie, sono rispettivamente unificati per molti modelli di auto e camion e hanno un numero di parti intercambiabili (pulegge motrici, giranti, cuscinetti, ecc.) e non hanno differenze fondamentali nel design.

Il principio di funzionamento del generatore.

Il funzionamento del generatore si basa sull'effetto dell'induzione elettromagnetica. Se una bobina, ad esempio, da un filo di rame, viene perforata da un flusso magnetico, quando cambia, ai terminali della bobina appare una tensione elettrica alternata. Viceversa, per la formazione di un flusso magnetico, è sufficiente far passare una corrente elettrica attraverso la bobina.

Quindi, per ottenere una corrente elettrica alternata, è necessaria una bobina attraverso la quale scorre una corrente elettrica continua, formando un flusso magnetico, chiamato avvolgimento di campo, e un sistema di poli in acciaio, il cui scopo è portare il flusso magnetico alle bobine , chiamato avvolgimento statorico, in cui viene indotta una tensione alternata.

Queste bobine sono posizionate nelle scanalature della struttura in acciaio, il circuito magnetico (pacchetto di ferro) dello statore. L'avvolgimento dello statore con il suo circuito magnetico costituisce lo statore del generatore stesso, la sua parte fissa più importante, in cui viene generata corrente elettrica, e l'avvolgimento di eccitazione con il sistema dei poli e alcune altre parti (albero, collettori rotanti) forma il rotore, la sua parte più importante parte rotante.

Quando il rotore ruota di fronte alle bobine dell'avvolgimento dello statore, i poli "nord" e "sud" del rotore appaiono alternativamente, ad es. la direzione del flusso magnetico che penetra nella bobina cambia, causando la comparsa di una tensione alternata in essa.

L'avvolgimento dello statore dei generatori di aziende straniere, oltre a quelli domestici, è trifase. È costituito da tre parti, dette avvolgimenti di fase o semplicemente fasi, in cui la tensione e le correnti sono sfalsate l'una rispetto all'altra di un terzo del periodo, cioè di 120 gradi elettrici. Le fasi possono essere collegate a "stella" o "triangolo".

dispositivo generatore.

In base al loro design, i gruppi elettrogeni possono essere divisi in due gruppi: generatori di design tradizionale con una ventola sulla puleggia motrice e generatori del cosiddetto design compatto con due ventole nella cavità interna del generatore. Tipicamente, i generatori "compatti" sono dotati di un azionamento con rapporto di trasmissione maggiorato tramite una cinghia a V e quindi, secondo la terminologia adottata da alcune aziende, sono chiamati generatori ad alta velocità. Allo stesso tempo, all'interno di questi gruppi si possono distinguere i generatori, in cui il gruppo spazzole si trova nella cavità interna del generatore tra il sistema di poli del rotore e il coperchio posteriore, e i generatori, dove si trovano collettori rotanti e spazzole al di fuori della cavità interna. In questo caso, il generatore ha un involucro, sotto il quale è presente un gruppo spazzole, un raddrizzatore e, di regola, un regolatore di tensione.

Il dispositivo generatore è mostrato nella foto. L'alloggiamento (5) e il coperchio anteriore del generatore (2) fungono da supporto per i cuscinetti (9 e 10) in cui ruota l'indotto (4). L'avvolgimento di eccitazione dell'indotto viene alimentato con tensione dalla batteria tramite spazzole (7) e collettori rotanti (11). L'ancora è azionata da una cinghia trapezoidale tramite una puleggia (1). All'avviamento del motore, non appena l'indotto inizia a ruotare, il campo elettromagnetico da esso creato induce una corrente elettrica alternata nell'avvolgimento statorico (3). Nell'unità raddrizzatore (6), questa corrente diventa costante. Inoltre, la corrente attraverso il regolatore di tensione abbinato all'unità raddrizzatore entra nella rete elettrica del veicolo per alimentare il sistema di accensione, i sistemi di illuminazione e di allarme, la strumentazione, ecc. La batteria si collegherà ad alcuni di questi dispositivi e inizierà a ricaricarsi un po' più tardi , non appena l'energia elettrica generata dal gruppo elettrogeno, sarà sufficiente a garantire il buon funzionamento di tutte le utenze.

Misure precauzionali

Il funzionamento del gruppo elettrogeno richiede il rispetto di alcune regole, legate principalmente alla presenza di elementi elettronici al loro interno.

1. Il gruppo elettrogeno non deve essere utilizzato con la batteria scollegata. Anche una disconnessione a breve termine della batteria mentre il generatore è in funzione può causare il guasto degli elementi del regolatore di tensione.
Con batteria completamente scarica, l'auto non può essere avviata, anche se trainata: la batteria non fornisce corrente di eccitazione e la tensione nella rete di bordo rimane prossima allo zero. Aiuta a installare una batteria carica e riparabile, che poi, quando il motore è in funzione, cambia in quella vecchia scarica. Per evitare danni agli elementi del regolatore di tensione (e alle utenze collegate) dovuti all'aumento della tensione, è necessario accendere potenti utenze elettriche, come il riscaldamento del lunotto o i fari, durante la sostituzione delle batterie. In futuro, in mezz'ora o un'ora di funzionamento del motore a 1500-2000 giri/min, una batteria scarica (se in buone condizioni) verrà caricata a sufficienza per avviare il motore.

2. Non è consentito collegare alla rete di bordo fonti di alimentazione con polarità inversa (positiva verso massa), cosa che può accadere, ad esempio, all'avviamento del motore da una batteria esterna.

Informazioni simili.

Attualmente, i generatori sincroni sono utilizzati principalmente per generare energia elettrica. Le macchine asincrone sono utilizzate più spesso come motori.

I generatori che producono corrente alternata, nel caso generale, sono costituiti da un avvolgimento fisso - lo statore e uno mobile - il rotore.

La differenza tra una macchina sincrona e una asincrona è che nella prima il campo magnetico dello statore ruota contemporaneamente al movimento del rotore e nelle macchine asincrone è in anticipo o in ritardo rispetto al campo nel rotore.

L'ampia distribuzione delle macchine sincrone è dovuta ai loro parametri di qualità. I generatori sincroni producono una tensione altamente stabile adatta al collegamento di un'ampia gamma di apparecchi elettrici.

In caso di cortocircuito nel carico o di un elevato consumo energetico, una corrente significativa scorre attraverso gli avvolgimenti dello statore, il che può portare al guasto del generatore. Per tali macchine è obbligatoria la presenza del raffreddamento: una turbina è posizionata sull'albero del rotore, che raffredda l'intera struttura.

In considerazione di ciò, i generatori sincroni sono sensibili alle condizioni ambientali.

I generatori asincroni nella maggior parte dei casi hanno una custodia chiusa e sono insensibili all'elevata corrente di avviamento dei consumatori di energia.

Tuttavia, per il loro funzionamento è necessaria una potente corrente magnetizzante esterna. In generale, i generatori asincroni producono una tensione instabile. Tali generatori sono ampiamente utilizzati come fonti di energia per le saldatrici.

I generatori sincroni sono ampiamente utilizzati come convertitori di energia meccanica in energia elettrica nelle centrali idroelettriche, centrali termiche, come generatori domestici a benzina e diesel e come fonti di energia di bordo nei trasporti.

Gli statori di un generatore sincrono e asincrono non differiscono l'uno dall'altro nel design.

Il nucleo dello statore è costituito da più piastre di acciaio elettrico, isolate l'una dall'altra e assemblate in un'unica struttura (Fig. 1). Le bobine di avvolgimento sono installate sulle scanalature all'interno dello statore.

Per ogni fase, l'avvolgimento comprende due bobine montate una di fronte all'altra e collegate in serie. Un tale schema di avvolgimento è chiamato bipolare.

In totale, sullo statore sono installati tre gruppi di bobine (Fig. 2), con uno spostamento di 120 gradi. I gruppi di fase sono interconnessi a "stella" o "triangolo". Esistono gruppi di bobine con un numero elevato di poli. Iniezione

lo spostamento della bobina l'una rispetto all'altra è calcolato nel caso generale dalla formula (2π/3)/n, dove n è il numero di poli dell'avvolgimento.

Il rotore del generatore è un elettromagnete che eccita un campo magnetico alternato nello statore. Per i generatori di piccole dimensioni di piccola potenza, i normali magneti si trovano spesso sul rotore
.

Il rotore di un generatore sincrono necessita di un eccitatore esterno: un generatore CC, nel caso più semplice, installato sullo stesso albero del rotore.

L'eccitatore deve fornire una variazione della corrente nel rotore per controllare la modalità di funzionamento e la capacità di estinguere rapidamente il campo magnetico in caso di arresto di emergenza.

I rotori si dividono in polo saliente e polo non saliente. Il design dei rotori a poli salienti (Fig. 3) è costituito dai poli degli elettromagneti 1, formati da bobine polari 2, collegate al nucleo 3. L'eccitazione viene fornita all'avvolgimento attraverso contatti ad anello 4.

Tali rotori sono utilizzati a basse velocità, ad esempio nelle turbine idroelettriche. Con una rotazione più rapida dell'albero, sorgono forze centrifughe significative che possono distruggere il rotore.

In questo caso si utilizzano rotori a poli non salienti (Fig. 4). Il rotore a polo non saliente contiene scanalature 1 formate nel nucleo 2. Gli avvolgimenti del rotore sono fissati nelle scanalature (non mostrate convenzionalmente in Fig. 4). L'eccitazione esterna viene trasmessa anche attraverso i pin 3. Pertanto, il rotore polare implicito è uno statore "inside out".

Il campo magnetico bipolare di un rotore rotante può essere sostituito da un campo simile di un magnete permanente che ruota con la velocità angolare del rotore. La direzione della corrente in ciascun avvolgimento è determinata dalla regola del succhiello.

Se la corrente, ad esempio, è diretta dall'inizio dell'avvolgimento A al punto X, tale corrente verrà considerata condizionatamente positiva (Fig. 5). Quando il rotore ruota, nell'avvolgimento dello statore appare una corrente alternata, con uno sfasamento di 2 π / 3.

Per collegare la variazione della corrente di fase A al grafico, considerare la rotazione in senso orario. All'istante iniziale, il campo magnetico del rotore non crea corrente nel gruppo di bobine della fase A, (Fig. 6, posizione a).

Nell'avvolgimento della fase B agiscono le correnti negative (dalla fine dell'avvolgimento all'inizio) e nell'avvolgimento della fase C le correnti positive. Con un'ulteriore rotazione, il rotore si sposta di 90 gradi a destra (Fig. 6, b). La corrente nell'avvolgimento A occupa il valore positivo massimo e negli avvolgimenti di fase B e C - un valore negativo intermedio.

Il campo magnetico del rotore viene spostato di un altro quarto del periodo, il rotore viene spostato di un angolo di 180 gradi (Fig. 6, c). La corrente nell'avvolgimento A raggiunge di nuovo lo zero, nell'avvolgimento B è positiva, nell'avvolgimento della fase C è negativa.

Con un'ulteriore rotazione del rotore nel punto, la corrente di fase nell'avvolgimento A raggiunge il suo valore massimo negativo, la corrente negli avvolgimenti B e C è positiva (Fig. 6, d). L'ulteriore rotazione del rotore ripete tutte le fasi precedenti.

I generatori sincroni sono progettati per collegare carichi con elevato fattore di potenza (cosϕ>0,8). Con un aumento della componente induttiva del carico, si verifica l'effetto della smagnetizzazione del rotore, che porta ad una diminuzione della tensione ai terminali.

Per compensarlo, è necessario aumentare la corrente di eccitazione, che porta ad un aumento della temperatura degli avvolgimenti. Un carico capacitivo, invece, aumenta la magnetizzazione del rotore e aumenta la tensione.

I generatori monofase non sono ampiamente utilizzati nell'industria. Per ottenere una corrente monofase, gli avvolgimenti di fase di uno trifase sono collegati a un circuito comune. In questo caso, ci sono piccole perdite di potenza rispetto alla commutazione trifase.

Scrivi commenti, aggiunte all'articolo, forse mi sono perso qualcosa. Dai un'occhiata a , sarò felice se trovi qualcos'altro di utile sul mio.

Salve, intenditori del mondo degli elettricisti e dell'elettronica. Se guardi spesso il nostro sito, probabilmente ricorderai che di recente abbiamo pubblicato un materiale piuttosto voluminoso su come è organizzato e funziona un generatore CC. 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 dell'alternatore. Parliamo delle aree di applicazione, delle varietà e molto altro.

Cominciamo con il più elementare: la corrente alternata differisce dalla corrente continua in quanto cambia la sua direzione di 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", si ripetono i valori dei parametri attuali, che possono essere rappresentati sul grafico come una sinusoide, una linea ondulata che passa con la stessa ampiezza per il centro linea.

Principi di base

Quindi, lo scopo e il dispositivo dei generatori di corrente alternata, precedentemente chiamati alternatore, 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 materiale conduttivo (solitamente filo di rame) ruota in un campo magnetico, si genera 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 passa attraverso 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 uno qualsiasi dei diagrammi presentati: il primo stato verrà osservato quando la cornice assume una posizione 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 che pochi ricordano. La sua essenza sta nel fatto che se posizioni la mano destra in modo che le linee del campo magnetico vi entrino dal lato del palmo, il pollice messo da parte indicherà la direzione del movimento del conduttore e le dita rimanenti indicheranno la direzione della fem che vi sorge.
• Dai un'occhiata al diagramma sopra, posizione "a". In questo momento, l'EMF nel frame è zero. Le frecce mostrano la direzione del suo movimento: parte del telaio A si sposta verso il polo nord del magnete e B - 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 fa sì che la corrente inizi a fluire nella direzione opposta, poiché le parti del telaio hanno cambiato posizione rispetto alla posizione iniziale.

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

Corrente alternata

È generalmente accettato che la durata del periodo di circolazione sia di 1 secondo e il numero di periodi "T" sia 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 intitolata al fisico tedesco G. Hertz. Cioè, nell'esempio dato 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: la sua tensione è molto facile da cambiare utilizzando trasformatori che non hanno parti in movimento; può sempre essere convertito in corrente continua; il dispositivo di tali generatori è molto più affidabile e semplice rispetto alla generazione di corrente continua.

La struttura dell'alternatore

Come è organizzato un generatore di corrente alternata, in linea di principio, è comprensibile, ma quando lo si confronta con un altro per la generazione di una corrente costante, non è immediatamente possibile cogliere la differenza.

Principali parti di lavoro e loro collegamento

Se hai letto il materiale precedente, probabilmente ricorderai che il telaio nel circuito 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 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: pulsa semplicemente, muovendosi in una direzione, ovvero il collettore è un raddrizzatore.

• Per la corrente alternata, un tale dispositivo non è necessario, quindi viene sostituito da collettori rotanti, a cui sono legate 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, garantendo un contatto costante.
• Come nel caso della corrente continua, verranno sommati i campi elettromagnetici che si verificano in diverse parti del circuito, formando il valore risultante di questo parametro. In questo caso, una corrente elettrica fluirà nel circuito esterno collegato attraverso le spazzole (se ad esso si collega una resistenza di carico RH).
• Nell'esempio sopra, "T" equivale a un giro completo del telaio. Da ciò possiamo trarre una logica conclusione che la frequenza della corrente generata dal generatore dipende direttamente dalla velocità di rotazione dell'indotto (telaio), o in altre parole del rotore, al secondo. Tuttavia, questo vale solo per un generatore così semplice.

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

• Come abbiamo scritto sopra, il flusso di corrente alternata è rappresentato graficamente da una sinusoide, quindi tale corrente è anche detta sinusoidale. È possibile identificare immediatamente le condizioni principali che specificano 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 è indotto l'EMF, non è un frame nelle unità operative, come mostrato nei diagrammi sopra. Viene utilizzato un numero molto elevato di conduttori, che sono collegati tra loro secondo un determinato schema.

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

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

• Con questa struttura, l'avvolgimento esterno del generatore, ovvero il circuito di alimentazione, non necessita di parti mobili (anelli e spazzole) - il collegamento è rigido, spesso imbullonato.
• Sì, ma si può ragionevolmente sostenere che questi stessi elementi dovranno essere installati sull'avvolgimento di eccitazione. Così è, tuttavia, la corrente che scorre qui sarà molto inferiore alla potenza totale del generatore, il che semplifica notevolmente l'organizzazione dell'alimentazione di corrente. Gli elementi saranno di piccole dimensioni e peso e molto affidabili, il che rende questo progetto il più popolare, soprattutto per le unità potenti, ad esempio le unità di trazione installate su locomotive diesel.
• Se parliamo di generatori di bassa potenza, dove la captazione di corrente non presenta difficoltà, quindi, viene spesso utilizzato il circuito “classico”, con avvolgimento ad indotto rotante e magnete fisso (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. Diamo loro un nome.

Generatori trifase

Possono differire per il numero di fasi ed essere mono, bifase e trifase. In pratica, quest'ultima opzione è la più utilizzata.

• Come si può vedere dall'immagine sopra, la parte di potenza dell'unità ha tre avvolgimenti indipendenti posizionati sullo statore in un cerchio, sfalsati l'uno dall'altro di 120 gradi.
• Il rotore in questo caso è un elettromagnete che, ruotando, induce campi elettromagnetici alternati negli avvolgimenti, che vengono spostati l'uno rispetto all'altro nel tempo di un terzo del periodo "T", cioè il ciclo. Ogni avvolgimento, infatti, 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 altrettanti circuiti. Ciascuno di questi avvolgimenti, insieme al circuito esterno, è chiamato fase.

• Per ridurre il numero di fili che conducono al generatore, tre fili di ritorno che conducono ad esso dai consumatori di energia vengono sostituiti con un filo comune, attraverso il quale passeranno 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: sono usati per la trasmissione.
• Se il carico di tutte le fasi è lo stesso, la necessità di un filo neutro scomparirà completamente, poiché la corrente totale in esso contenuta sarà zero. Come succede, chiedi? Tutto è estremamente semplice: per il concetto di principio è sufficiente aggiungere 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 una connessione a stella a 4 fili è comune, in quanto consente di risparmiare gli elettrodomestici che sono collegati alla rete in quel momento.

• La tensione tra i fili di linea è chiamata lineare, mentre la tensione su ciascuna fase è chiamata fase. Anche le correnti che scorrono nelle fasi sono lineari.
• Lo schema di connessione a stella non è l'unico. Esiste un'altra opzione per collegare tre avvolgimenti in serie, quando l'estremità di uno è collegata all'inizio del secondo, e così via, fino a formare un anello chiuso (vedi diagramma sopra "b"). I fili provenienti dal generatore sono collegati alle giunzioni degli avvolgimenti.
• In questo caso le tensioni di fase e lineari saranno le stesse e la corrente del filo lineare sarà maggiore della fase, a parità di carico.
• Tale connessione inoltre non necessita di un filo neutro, che è il principale vantaggio di un generatore trifase. Avere meno fili lo rende più facile e meno costoso grazie ai meno 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 elettrici asincroni semplici e affidabili.

Ma non è tutto. Quando viene raddrizzata una corrente monofase, all'uscita del raddrizzatore si ottiene una tensione con ondulazioni da zero ad un valore massimo. Il motivo, pensiamo, è chiaro se si comprende il principio di base di funzionamento di un dispositivo del genere. Quando c'è uno sfasamento nel tempo, le increspature si riducono notevolmente, non superando l'8%.

differenza di aspetto

Anche i generatori differiscono nell'aspetto, di cui ce ne sono 2:

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

1. Dai un'occhiata al diagramma sopra. Su di esso vediamo uno statore con un avvolgimento trifase collegato in uno schema triangolare, che non è molto diverso da quello del motore a induzione.
2. Un elettromagnete con un avvolgimento di eccitazione si trova sul rotore del generatore, alimentato da corrente continua, che può essere applicata ad esso in qualsiasi modo noto - questo sarà descritto più dettagliatamente in seguito.
3. Invece di un elettromagnete, può essere utilizzata una costante, quindi la necessità di parti scorrevoli del circuito, sotto forma di spazzole e collettori rotanti, scompare del tutto, un tale generatore non sarà abbastanza potente e non sarà in grado di stabilizzare normalmente il tensioni di uscita.
4. Un azionamento è collegato all'albero del rotore, qualsiasi motore che crea 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 indicato come E1, E2 ed E3. Queste variabili avranno lo stesso valore, ma come è stato detto più di una volta, sfasate di 120 gradi. Insieme, questi valori formano un sistema EMF trifase simmetrico.
6. Un carico è collegato ai punti C1, C2 e C3 e le correnti I1, I2 e I compaiono sulle fasi dell'avvolgimento nello statore.In questo momento, ciascuna fase dello statore stessa diventa un potente elettromagnete e crea un campo magnetico rotante.
7. La frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore corrisponderà alla frequenza di rotazione del rotore.

• Generatori asincroni- differiscono dall'esempio sopra descritto in quanto le frequenze dell'EMF e la 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 nella normale modalità operativa esercita una coppia frenante sulla rotazione del rotore sotto carico, quindi la frequenza delle variazioni del campo magnetico sarà inferiore.
2. Queste unità non richiedono la realizzazione di assemblaggi complessi e l'utilizzo di materiali costosi, pertanto trovano largo impiego come motori elettrici per veicoli, per la facile manutenzione e semplicità del dispositivo stesso. Questi generatori sono resistenti ai sovraccarichi e ai cortocircuiti, tuttavia non sono applicabili a dispositivi fortemente dipendenti dalla frequenza della corrente.

Metodi di eccitazione degli avvolgimenti

L'ultima differenza tra i modelli che vorrei toccare riguarda il modo in cui viene alimentato l'avvolgimento di eccitazione.

Ci sono 4 tipi qui:

1. L'alimentazione viene fornita all'avvolgimento tramite una fonte di terze parti.
2. Generatori autoeccitati- La potenza 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 viene utilizzata una batteria nel circuito, che verrà attivata durante l'avvio.
3. Opzione con avvolgimento di eccitazione alimentato da un altro generatore di potenza inferiore installato con esso sullo stesso albero. Il secondo generatore dovrebbe già partire da una fonte di terze parti, ad esempio la stessa batteria.
4. Quest'ultima varietà non ha bisogno di fornire alimentazione all'avvolgimento di eccitazione, poiché non ce l'ha, perché nel dispositivo viene utilizzato un magnete permanente.

L'uso degli alternatori in pratica

Tali generatori sono utilizzati in quasi tutte le aree dell'attività umana in cui è richiesta energia elettrica. Inoltre, il principio della sua estrazione differisce solo nel modo di mettere in moto l'albero del dispositivo. È così che funzionano le centrali idroelettriche, termiche e persino nucleari.

Queste stazioni alimentano le reti pubbliche via cavo, 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 lontani, turni, impianti di perforazione e così via.

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

Alternatori automobilistici

Nella foto - un generatore elettrico per un'auto

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

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

Diversi diodi vengono utilizzati per rettificare la corrente trifase.

Generatore di combustibile liquido

Il dispositivo di un alternatore a benzina, esattamente 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 distinguere che il rotore dell'unità deve ruotare sempre alla stessa velocità, poiché con le cadute la generazione di energia peggiora. Questo è uno svantaggio significativo di tali dispositivi: un effetto simile si verifica quando le parti si usurano.

Interessante da sapere! Se al generatore è collegato un carico inferiore a quello di lavoro, non utilizzerà la sua piena potenza, consumando una parte del carburante liquido per niente.

C'è una vasta selezione di tali unità sul mercato, progettate per capacità diverse. Sono molto popolari per la loro mobilità. Allo stesso tempo, le istruzioni per l'uso sono estremamente semplici: riempire il carburante con le proprie mani, avviare il motore ruotando la chiave e collegare ...

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

L'equipaggiamento elettrico di qualsiasi auto 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 su auto moderne. Soddisfano al meglio i requisiti.

Requisiti per il generatore:

• i parametri di uscita del generatore devono essere tali che in qualsiasi modalità di movimento del veicolo non vi sia una scarica progressiva della batteria;
• la tensione nella rete di bordo dell'auto, alimentata dal generatore, deve essere stabile in un'ampia gamma di variazioni di velocità e carichi.

L'ultimo requisito è dovuto al fatto che la batteria è molto sensibile al grado di stabilità della tensione. Una tensione troppo bassa porta a una carica insufficiente della batteria e, di conseguenza, difficoltà nell'avvio del motore, una tensione troppo alta porta a una carica eccessiva della batteria e al suo guasto accelerato.

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

Le parti principali del generatore:

1. Puleggia- serve a trasferire l'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), predisposti per montare lo statore, installare il generatore sul motore e posizionare i cuscinetti (supporti) del rotore. La cover posteriore contiene un raddrizzatore, un gruppo spazzole, un regolatore di tensione (se integrato) e cavi esterni per il collegamento a un impianto elettrico;
3. Rotore- un albero in acciaio con due boccole in acciaio a forma di becco poste su di esso. Tra di loro c'è un avvolgimento di eccitazione, le cui conclusioni sono collegate agli anelli collettori. I generatori sono prevalentemente dotati di collettori rotanti cilindrici in rame;
4. statore- un pacco in lamiera 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, premuti tre nei dissipatori di calore positivo e negativo;
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 del generatore e della temperatura ambiente;
7. nodo a spazzola– Costruzione in plastica rimovibile. Ha spazzole a molla a contatto con gli anelli del rotore;
8. Coperchio di protezione per modulo diodo.

Considera il circuito elettrico per il collegamento degli elementi del generatore.


Schema schematico del gruppo elettrogeno:
1. Interruttore di accensione;
2. Condensatore anti-interferenza;
3. Batteria ricaricabile;
4. Lampada-indicatore dello stato di salute del generatore;
5. Diodi raddrizzatori di potenza positiva;
6. Diodi raddrizzatori di potenza negativa;
7. Diodi di avvolgimento di eccitazione;
8. Avvolgimenti di tre fasi dello statore;
9. Avvolgimento di eccitazione (rotore);
10. Nodo a spazzola;
11. Regolatore di tensione;
B+ Uscita generatore "+";
B- "Massa" del generatore;
D+ Alimentazione avvolgimento di campo, tensione di riferimento per regolatore di tensione.

Il funzionamento del generatore si basa sull'effetto dell'induzione elettromagnetica. Se una bobina, ad esempio, da un filo di rame, viene perforata 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 necessari una sorgente di campo magnetico alternato e una bobina, dalla quale verrà rimossa direttamente la tensione alternata.

Avvolgimento di eccitazione con sistema di poli, albero e collettori rotanti 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. collettori rotanti.
Il sistema dei poli 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, di solito attraverso una lampada di monitoraggio dello stato di salute del generatore. L'intensità di questa corrente non deve 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 spia di controllo è solitamente di 2 ... 3 watt. Dopo che la tensione sugli avvolgimenti dello statore ha raggiunto 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 è presa da avvolgimenti dello statore. Quando il rotore ruota di fronte alle bobine dell'avvolgimento dello statore, i poli "nord" e "sud" del rotore appaiono alternativamente, ad es. la direzione del flusso magnetico che penetra nella bobina dello statore cambia, causando la comparsa di una tensione alternata in esso. 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. È costituito da tre avvolgimenti separati, detti avvolgimenti di fase o semplicemente fasi, avvolti su un nucleo magnetico utilizzando una determinata tecnologia. 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 in figura.

Oscillogrammi delle tensioni di fase degli avvolgimenti
U 1, U 2, U 3 - tensioni di avvolgimento;
T è il periodo del segnale (360 gradi);
F è la fase di spostamento (120 gradi).
Gli avvolgimenti di fase possono essere collegati a "stella" o "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 emessa dal generatore. Ciò significa che a parità di corrente sprigionata dal generatore, la corrente negli avvolgimenti quando collegati ad un "triangolo" è molto inferiore a quella di una "stella". Pertanto, nei generatori di alta potenza, viene spesso utilizzata una connessione "a triangolo", poiché a correnti più basse, gli avvolgimenti possono essere avvolti con un filo più sottile, che è tecnologicamente più avanzato. Un filo più sottile può essere utilizzato anche con una connessione a stella. In questo caso, l'avvolgimento è costituito da due avvolgimenti paralleli, ciascuno dei quali è collegato a una "stella", ovvero si ottiene una "stella doppia".

La rete di bordo dell'auto richiede un'alimentazione a tensione costante. Pertanto, l'avvolgimento dello statore 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 una tensione nella direzione diretta e praticamente non passano corrente quando viene applicata la tensione inversa. Dovresti prestare attenzione al fatto che il termine "diodo raddrizzatore" non nasconde sempre il solito design, che ha una custodia, cavi, ecc. a volte è solo una giunzione di silicio semiconduttore sigillata su un dissipatore di calore.

Montaggio con diodi raddrizzatori
1. diodi di potenza;
2. diodi aggiuntivi;
3. dissipatore di calore.
Molti produttori, al fine di proteggere i componenti elettronici dell'auto dalle sovratensioni, sostituiscono i diodi power bridge 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, chiamato 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", ovvero iniziano a far passare la corrente nella direzione opposta ed entro determinati limiti di la variazione dell'intensità di questa corrente, della tensione sul diodo zener e, quindi, e sull'uscita "+" del generatore rimane invariata, non raggiungendo valori pericolosi per i componenti elettronici. La proprietà di un diodo zener di mantenere una tensione costante sui 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, ad esempio, per il tempo t quando la tensione della seconda fase è assente, il la prima fase è positiva e la terza è negativa. La direzione delle tensioni di fase corrisponde alle frecce mostrate in figura.

Direzione delle correnti negli avvolgimenti e nel 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 verificare che in un sistema di tensione trifase che si verifica negli avvolgimenti di fase del generatore, i diodi raddrizzatori di potenza passano da aperto a chiuso e viceversa in modo tale che la corrente nel il carico ha una sola direzione: dall'uscita "+" dell'installazione del generatore alla sua uscita "-" ("massa"), ovvero una corrente continua (raddrizzata) scorre nel carico.

Per un numero significativo di tipi di generatori, l'avvolgimento di eccitazione è collegato al proprio raddrizzatore, assemblato su tre diodi. Questo collegamento dell'avvolgimento di eccitazione impedisce che la corrente di scarica della batteria lo attraversi quando il motore dell'auto non è in funzione. I diodi raddrizzatori dell'avvolgimento di eccitazione funzionano in modo simile, fornendo a questo avvolgimento una corrente rettificata. Inoltre, il raddrizzatore dell'avvolgimento di eccitazione comprende anche 6 diodi, tre dei quali sono comuni al raddrizzatore di potenza (diodi negativi). La corrente di eccitazione è molto 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 raddrizzatori di potenza consentono il flusso di correnti 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 da CA a CC. Tuttavia, nei generatori reali, la forma delle tensioni di fase differisce da una sinusoide. È una somma di sinusoidi, che sono chiamate componenti armoniche o armoniche: la prima, la cui frequenza coincide con la frequenza della tensione di fase, e quelle superiori, principalmente la terza, la cui frequenza è tre volte superiore alla prima.

La forma reale della tensione di fase come somma di due armoniche:
1. tensione di fase dell'avvolgimento;
2. prima armonica;
3. terza armonica;
È noto dall'ingegneria elettrica che nella tensione lineare, cioè nella tensione che viene fornita al raddrizzatore e rettificata, è assente la terza armonica. Ciò è spiegato dal fatto che le terze armoniche di tutte le tensioni di fase sono in fase, ovvero raggiungono contemporaneamente gli stessi valori e allo stesso tempo si bilanciano e si annullano reciprocamente nella tensione lineare. Quindi la terza armonica è presente nella tensione di fase, ma non in quella 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 dei diodi collegati al punto zero degli avvolgimenti di fase, cioè al punto in cui viene influenzato l'effetto della tensione di fase. Pertanto, questi diodi rettificano solo la terza tensione armonica della tensione di fase. L'uso di questi diodi aumenta la potenza del generatore del 5...15% ad una velocità superiore a 3000 min -1 .

La tensione di un generatore senza regolatore è fortemente dipendente dalla velocità del suo rotore, dal flusso magnetico creato dall'avvolgimento di eccitazione e, di conseguenza, dall'intensità della corrente in questo avvolgimento e dalla quantità di corrente fornita dal generatore a consumatori. Maggiore è la velocità di rotazione e la corrente di eccitazione, maggiore è la tensione del generatore, maggiore è la corrente di carico, minore è questa tensione. Funzione regolatore di tensioneè la stabilizzazione della tensione quando si cambia la velocità e il carico a causa dell'impatto sulla corrente di eccitazione. In precedenza venivano utilizzati i regolatori di vibrazione e poi quelli a transistor di contatto. Questi due tipi di regolatori sono ora 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 per tutti i regolatori è lo stesso. 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 di vibrazione, ma questo metodo è associato alla perdita di potenza in questo resistore e non è utilizzato nell'elettronica regolatori. I regolatori elettronici modificano la corrente di eccitazione accendendo e spegnendo l'avvolgimento di eccitazione dalla rete, mentre modificano la durata relativa del tempo di accensione dell'avvolgimento di eccitazione. Se è necessario ridurre la corrente di eccitazione per stabilizzare la tensione, il tempo di accensione dell'avvolgimento di eccitazione diminuisce, se è necessario aumentarlo, aumenta.

Lo svantaggio di questa variante di collegamento del regolatore è che il regolatore mantiene la tensione sul terminale "D +" del generatore e i consumatori, compresa la batteria, sono collegati al terminale "B+". Inoltre, con questa inclusione, 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. Queste carenze vengono eliminate nel circuito successivo, dove la tensione al circuito di ingresso del regolatore viene fornita dal nodo dove dovrebbe essere stabilizzata, solitamente il terminale "B +" del generatore.

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