Generatoare de inducție pentru producerea de curent alternativ. Generatoare fără contact cu excitație electromagnetică

Bună ziua, cunoscători ai lumii electrice și electronice. Dacă vă uitați des pe site-ul nostru, probabil vă amintiți că destul de recent am publicat un material destul de voluminos despre cum funcționează și funcționează generatorul curent continuu. Am descris structura sa în detaliu, de la cele mai simple prototipuri de laborator până la unități de lucru moderne. Asigurați-vă că îl citiți dacă nu ați făcut-o deja.

Astăzi vom dezvolta acest subiect și vom descoperi care este principiul de funcționare al unui generator de curent alternativ. Să vorbim despre domeniile de aplicare, soiuri și multe altele.

Să începem cu cele mai de bază - curentul alternativ este diferit de subiecte constante că își schimbă direcția de mișcare cu o oarecare periodicitate. De asemenea, modifică valoarea, despre care vom vorbi mai detaliat mai târziu.

După o anumită perioadă de timp, pe care o vom numi „T”, se repetă valorile parametrilor actuali, care pot fi reprezentați pe grafic ca o sinusoidă - o linie ondulată care trece cu aceeași amplitudine prin linia centrală.

Principii de baza

Deci, scopul și proiectarea generatoarelor de curent alternativ, numite anterior alternator, este de a transforma energia cinetică, adică mecanică, în energie electrică. Marea majoritate a generatoarelor moderne folosesc un câmp magnetic rotativ.

• Astfel de dispozitive funcționează prin inductie electromagnetica când, când o bobină de material conductiv (de obicei, sârmă de cupru) se rotește într-un câmp magnetic, în ea ia naștere o forță electromotoare (EMF).
• Curentul începe să se formeze în momentul în care conductorii încep să traverseze liniile magnetice ale câmpului de forță.

• Mai mult, valoarea de vârf a EMF în conductor este atinsă atunci când acesta trece de polii principali camp magnetic. În acele momente în care alunecă de-a lungul liniilor de forță, inducția nu are loc și emf scade la zero. Aruncă o privire la oricare dintre diagramele prezentate - prima stare va fi observată atunci când cadrul ia o poziție verticală, iar a doua - când este orizontal.

• Pentru a înțelege mai bine procesele în desfășurare, trebuie să vă amintiți regula mâinii drepte, studiată de toată lumea din școală, dar puțini își amintesc. Esența sa constă în faptul că, dacă poziționați mâna dreaptă astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea din palmă, degetul mare deplasat în lateral va indica direcția de mișcare a conductorului, iar degetele rămase vor indica direcția de mișcare. CEM care apar în el.
• Uitați-vă la diagrama de mai sus, poziția „a”. În acest moment, FEM din cadru este zero. Săgețile arată direcția mișcării sale - o parte a cadrului A se deplasează spre polul nord al magnetului, iar B - spre sud, ajungând la care EMF va fi maxim. Aplicând regula din dreapta descrisă mai sus, vedem că curentul începe să curgă în partea „B” către noi, iar în partea „A” - departe de noi.
• Cadrul se rotește mai mult și curentul din circuit începe să scadă până când cadrul preia din nou pozitie orizontala(V).
• Rotirea ulterioară duce la faptul că curentul începe să curgă în direcția opusă, deoarece părți ale cadrului au schimbat locurile în comparație cu poziția inițială.

După o jumătate de revoluție, totul va reveni la starea inițială și ciclul se va repeta din nou. Ca rezultat, am constatat că în timpul revoluției complete a cadrului, curentul a crescut de două ori până la un maxim și a scăzut la zero, iar o dată și-a schimbat direcția față de mișcarea inițială.

Curent alternativ

În general, se acceptă faptul că durata perioadei de circulație este de 1 secundă, iar numărul de perioade „T” este frecvența curentului electric. În standard retelelor electriceÎn Rusia și Europa, într-o secundă curentul își schimbă direcția de 50 de ori - 50 de perioade pe secundă.

În electronică, o astfel de perioadă este desemnată de o unitate specială, numită după fizicianul german G. Hertz. Adică în exemplul dat rețele rusești frecvența curentă este de 50 hertzi.

În general, curentul alternativ și-a găsit o aplicație foarte largă în electronică datorită faptului că: mărimea tensiunii sale este foarte ușor de schimbat folosind transformatoare care nu au părți mobile; poate fi întotdeauna convertit în curent continuu; proiectarea unor astfel de generatoare este mult mai fiabilă și mai simplă decât pentru generarea de curent continuu.

Structura unui generator de curent alternativ

Modul în care funcționează un generator de curent alternativ este, în principiu, clar, dar când îl comparăm cu omologul său pentru generarea de curent constant, nu este imediat posibil să observați diferența.

Principalele părți de lucru și conexiunile acestora

Dacă ai citit materialul anterior, probabil că îți amintești că se află cadrul cea mai simplă schemă a fost conectat la un comutator împărțit în plăci de contact izolate, care, la rândul său, era conectat la perii care glisează de-a lungul acestuia, prin care era conectat circuitul extern.

Datorită faptului că plăcile colectoarelor se schimbă constant perii, nu există nicio schimbare în direcția curentului - pur și simplu pulsează, mișcându-se într-o singură direcție, adică colectorul este un redresor.

• Pentru curentul alternativ nu este necesar un astfel de dispozitiv, așa că este înlocuit cu inele colectoare de care sunt atașate capetele cadrului. Întreaga structură se rotește împreună în jurul unei axe centrale. Periile sunt adiacente inelelor, care alunecă și ele de-a lungul lor, asigurând un contact constant.
• Ca și în cazul curentului continuu, EMF care apare în părți diferite cadrele vor fi însumate pentru a forma valoarea rezultată a acestui parametru. În acest caz, un curent electric va curge în circuitul extern conectat prin perii (dacă la acesta este conectat un rezistor de sarcină RH).
• În exemplul de mai sus, „T” este egal cu o rotire completă a cadrului. De aici putem trage o concluzie logică că frecvența curentului generat de generator depinde direct de viteza de rotație a armăturii (cadru), sau cu alte cuvinte, a rotorului, pe secundă. Cu toate acestea, acest lucru se aplică doar unui generator atât de simplu.

Dacă creșteți numărul de perechi de poli, atunci în generator numărul de modificări de curent total pe o rotație a armăturii va crește proporțional, iar frecvența acesteia va fi măsurată diferit, conform formulei: f = np, unde f este frecvența, n este numărul de rotații pe secundă, p – numărul de perechi de poli magnetici ai dispozitivului.

• După cum am scris mai sus, fluxul de curent alternativ este reprezentat grafic de o sinusoidă, prin urmare un astfel de curent este numit și sinusoidal. Putem identifica imediat principalele condiții care determină constanța caracteristicilor unui astfel de curent - aceasta este uniformitatea câmpului magnetic (valoarea lui constantă) și viteza constantă de rotație a armăturii în care este indus.
• Pentru a face dispozitivul suficient de puternic, folosește magneți electrici. Înfășurarea rotorului, în care este indus EMF, în unitățile de operare, de asemenea, nu este un cadru, așa cum am arătat în diagramele de mai sus. Se utilizează un număr foarte mare de conductori, care sunt conectați unul la altul conform unui model specific

Interesant de știut! Formarea EMF are loc nu numai atunci când conductorul este deplasat în raport cu câmpul magnetic, ci și invers, atunci când câmpul în sine se mișcă în raport cu conductorul, care este utilizat în mod activ de proiectanții de motoare electrice și generatoare.

• Această proprietate vă permite să plasați înfășurarea în care este indus EMF, nu numai pe partea centrală rotativă a dispozitivului, ci și pe partea staționară. În acest caz, magnetul, adică polii, este pus în mișcare.

• Cu această structură, înfășurarea externă a generatorului, adică circuitul de putere, nu necesită piese mobile (inele și perii) - conexiunea este rigidă, adesea șuruburi.
• Da, dar puteți obiecta în mod rezonabil că aceleași elemente vor trebui instalate pe înfășurarea de excitație. Acest lucru este adevărat, totuși, curentul care curge aici va fi mult mai mic decât puterea finală a generatorului, ceea ce simplifică foarte mult organizarea alimentării cu curent. Elementele vor fi mici în dimensiune și greutate și foarte fiabile, ceea ce face ca acest design special să fie cel mai popular, în special pentru unitățile puternice, de exemplu, unitățile de tracțiune instalate pe locomotive diesel.
• Dacă despre care vorbim despre generatoarele de putere redusă, unde colectarea curentului nu prezintă dificultăți, de aceea este adesea folosit circuitul „clasic”, cu o înfășurare de armătură rotativă și un magnet staționar (inductor).

Sfat! Apropo, partea staționară a unui alternator se numește stator, deoarece este statică, iar partea rotativă se numește rotor.

Tipuri de alternatoare

Generatoarele pot fi clasificate și distinse după mai multe criterii. Să le numim.

Generatoare trifazate

Ele pot diferi în ceea ce privește numărul de faze și pot fi monofazate, bifazate și trifazate. În practică, ultima opțiune este cea mai răspândită.

• După cum se poate vedea din imaginea de mai sus, partea de putere a unității are trei înfășurări independente situate pe stator într-un cerc, decalate una de cealaltă cu 120 de grade.
• Rotorul înăuntru în acest caz, este un electromagnet care, atunci când se rotește, induce CEM alternanți în înfășurări, care sunt deplasate unul față de celălalt în timp cu o treime din perioada „T”, adică un ciclu. De fapt, fiecare înfășurare este un generator monofazat separat care furnizează curent alternativ circuitului său extern R. Adică avem trei valori de curent I(1,2,3) și același număr de circuite. Fiecare astfel de înfășurare, împreună cu circuitul extern, se numește fază.

• Pentru a reduce numărul de fire care duc la generator, trei fire de retur care duc la acesta de la consumatorii de energie sunt înlocuite cu unul comun, prin care vor trece curenții din fiecare fază. Acest fir comun se numește neutru
• Conexiunea tuturor înfășurărilor unui astfel de generator, atunci când capetele lor sunt conectate între ele, se numește stea. Cele trei fire separate care leagă începutul înfășurărilor cu consumatorii de energie electrică se numesc liniare - transmisia are loc prin ele.
• Dacă sarcina tuturor fazelor este aceeași, atunci necesitatea unui fir neutru va dispărea complet, deoarece curent total va contine egal cu zero. Cum se întâmplă asta, te întrebi? Totul este extrem de simplu - pentru a înțelege principiul, este suficient să adăugați valorile algebrice ale fiecărui curent sinusoidal, decalat în fază cu 120 de grade. Diagrama de mai sus vă va ajuta să înțelegeți acest principiu dacă vă imaginați că curbele de pe acesta sunt modificarea curentului în cele trei faze ale generatorului.
• Dacă sarcina în faze este inegală, atunci firul neutru va începe să treacă curent. De aceea 4-x este comun schema de cabluri conexiuni stea, deoarece vă permite să salvați Dispozitive electrice, incluse în rețea în acest moment.

• Tensiunea dintre firele de linie se numește tensiune de linie, în timp ce tensiunea de pe fiecare fază se numește tensiune de fază. Curenții care curg în faze sunt de asemenea liniari.
• Schema de conectare în stea nu este singura. Există o altă opțiune conexiune serială trei înfășurări, când capătul uneia este conectat la începutul celui de-al doilea și așa mai departe, până când se formează un inel închis (vezi diagrama „b” de mai sus). Firele care provin de la generator sunt conectate la joncțiunea înfășurărilor.
• În acest caz, tensiunile de fază și de linie vor fi aceleași, iar curentul de linie va fi mai mare decât firul de fază, cu aceeași sarcină.
• O astfel de conexiune nu necesită, de asemenea, un fir neutru, care este principalul avantaj al unui generator trifazat. Având mai puține fire, este mai simplu și mai mic ca preț datorită mai puținelor metale neferoase utilizate.

O altă caracteristică circuit trifazat conexiunea este aspectul unui câmp magnetic rotativ, care permite crearea unor motoare electrice asincrone simple și fiabile.

Dar asta nu este tot. La redresarea unui curent monofazat, ieșirea redresorului produce o tensiune cu ondulații de la zero la valoare maximă. Motivul, credem noi, este clar dacă înțelegeți principiul de bază al funcționării unui astfel de dispozitiv. Când există o schimbare de fază în timp, ondulațiile sunt mult reduse, nu depășind 8%.

Diferență de aspect

Generatoarele diferă și ca tip, dintre care există 2:

• Alternator sincron– caracteristica principală a unei astfel de unități este legătura rigidă dintre frecvența EMF variabilă, care este indusă în înfășurare, și viteza de rotație sincronă, adică rotația rotorului.

1. Aruncă o privire la diagrama de mai sus. Pe el vedem un stator cu o înfășurare trifazată conectată într-un model triunghiular, care nu este mult diferit de cel de pe un motor asincron.
2. Pe rotorul generatorului există un electromagnet cu o înfășurare de excitație, alimentat de curent continuu, care îi poate fi alimentat de orice într-un mod cunoscut– acest lucru va fi discutat mai detaliat mai jos.
3. În locul unui electromagnet, se poate folosi unul permanent, apoi nevoia de părți de alunecare ale circuitului, sub formă de perii și inele de alunecare, dispare cu totul, un astfel de generator nu va fi suficient de puternic și nu se va putea stabiliza corespunzător; tensiunile de ieșire.
4. O acționare este conectată la arborele rotorului - orice motor care creează energie mecanică și este pus în mișcare la o anumită viteză sincronă.
5. Deoarece câmpul magnetic al polilor principali se rotește cu rotorul, începe inducerea emfs alternative în înfășurarea statorului, care poate fi desemnată ca E1, E2 și E3. Aceste variabile vor fi identice ca valoare, dar, după cum s-a spus de mai multe ori, vor fi deplasate cu 120 de grade în fază. Împreună, aceste valori formează un sistem EMF trifazat, care este simetric.
6. O sarcină este conectată la punctele C1, C2 și C3, iar curenții I1, I2 și I apar în fazele de înfășurare a statorului. În acest moment, fiecare fază a statorului devine în sine un electromagnet puternic și creează un câmp magnetic rotativ.
7. Frecvența de rotație a câmpului magnetic al statorului va corespunde cu frecvența de rotație a rotorului.

• Generatoare asincrone– se deosebesc de exemplul descris mai sus prin faptul că frecvențele EMF și rotația rotorului nu sunt strict legate între ele. Diferența dintre acești parametri se numește alunecare.

1. Câmpul electromagnetic al unui astfel de generator în modul normal de funcționare exercită un cuplu de frânare asupra rotației rotorului sub sarcină, astfel încât frecvența de modificare a câmpului magnetic va fi mai mică.
2. Aceste unități nu necesită componente complexe sau utilizarea de materiale scumpe pentru a crea, astfel încât sunt utilizate pe scară largă ca motoare electrice pentru transport, datorită ușurinței întreținerii și simplității dispozitivului în sine. Aceste generatoare sunt rezistente la suprasarcini si scurtcircuite, cu toate acestea, acestea nu sunt aplicabile pe dispozitivele care depind foarte mult de frecvența curentă.

Metode de excitare a bobinării

Ultima diferență între modelele pe care aș dori să o abordez este legată de metoda de alimentare a înfășurării incitante.

Există 4 tipuri:

1. Alimentarea înfășurării este furnizată printr-o sursă terță parte.
2. Generatoare auto-excitate– puterea este luată de la generatorul propriu-zis, iar tensiunea este redresată. Totuși, fiind într-o stare inactivă, un astfel de generator nu va putea genera suficientă tensiune pentru a porni, pentru care circuitul folosește o baterie care va fi folosită în timpul pornirii.
3. Opțiune cu o înfășurare de excitație alimentată de un alt generator de putere mai mică instalat pe același arbore. Al doilea generator ar trebui să pornească deja de la sursă terță parte, de exemplu, aceeași baterie.
4. Cel din urmă tip nu necesită deloc alimentarea cu energie a înfășurării de excitație, deoarece nu are una, deoarece dispozitivul folosește un magnet permanent.

Aplicarea în practică a generatoarelor de curent alternativ

Astfel de generatoare sunt utilizate în aproape toate domeniile activității umane în care este necesară energie electrică. Mai mult, principiul extracției sale diferă doar în metoda de antrenare a arborelui dispozitivului. Așa funcționează centralele hidro, termice și chiar nucleare.

Aceste stații sunt alimentate prin fire retele publice, la care se conectează consumatorul final, adică noi toți. Cu toate acestea, există multe obiecte cărora le este imposibil să se livreze energie electrică în acest mod, de exemplu, transport, șantiere departe de liniile electrice, sate foarte îndepărtate, schimburi, instalații de foraj etc.

Acest lucru înseamnă un singur lucru - aveți nevoie de propriul generator și motor pentru a-l conduce. Să ne uităm la câteva dispozitive mici și comune din viața noastră.

Generatoare auto

În fotografie - un generator electric pentru o mașină

Cineva ar putea spune imediat: „Cum? Acesta este un generator de curent continuu!” Da, într-adevăr, este așa, dar ceea ce îl face astfel este doar prezența unui redresor, care face ca acest curent să fie constant. Principiul de bază de funcționare nu este diferit - același rotor, același electromagnet etc.

Acest dispozitiv functioneaza in asa fel incat, indiferent de viteza de rotatie a arborelui, produce o tensiune de 12V, care este asigurata de regulatorul prin care este alimentata infasurarea campului. Înfășurarea de excitație pornește, alimentată de o baterie de mașină, rotorul unității este antrenat de motorul mașinii printr-un scripete, după care începe să fie indus un EMF.

Pentru îndreptare curent trifazat Se folosesc mai multe diode.

Generator de combustibil lichid

Dispozitiv generator de benzină curentul alternativ, la fel ca motorina, nu diferă mult de ceea ce este instalat în mașina dvs., cu excepția nuanței că va produce curent, așa cum era de așteptat, curent alternativ.

Una dintre caracteristicile care pot fi evidențiate este că rotorul unității trebuie să se rotească întotdeauna cu aceeași viteză, deoarece atunci când au loc schimbări, generarea de energie electrică se înrăutățește. Aici se află dezavantaj semnificativ dispozitive similare - un efect similar apare atunci când piesele se uzează.

Interesant de știut! Dacă conectați la generator o sarcină mai mică decât sarcina de funcționare, atunci acesta nu își va folosi întreaga putere, irosind o parte din combustibilul lichid.

Disponibil pe piata alegere mare unități similare proiectate pentru putere diferită. Sunt foarte populare datorită mobilității lor. În același timp, instrucțiunile de utilizare sunt extrem de simple - completați combustibilul cu propriile mâini, porniți motorul rotind cheia și conectați...

Probabil ne vom încheia aici. Am rezolvat scopul și dispozitiv general aceste dispozitive sunt cât se poate de simple. Sperăm că generatorul de curent alternativ și principiul funcționării acestuia au devenit puțin mai aproape de dvs., iar cu ajutorul nostru veți dori să vă cufundați în lumea fascinantă a ingineriei electrice.

Un generator auto este una dintre cele mai importante unități dintr-o mașină. Funcția sa este de a genera și furniza energie electrică la toate nodurile care necesită un consum constant de curent. În plus, oferă o încărcare a bateriei atunci când mașina pornește și în timp ce motorul funcționează.

În continuare, vom lua în considerare în ce constă generatorul electric din mașinile moderne, care este principiul de funcționare și cât de important este să-l menținem în stare de funcționare. De asemenea, vom analiza diferitele tipuri de dispozitive utilizate în mașinile moderne.

Funcțiile de bază ale unui alternator

Funcționarea dispozitivului este de a converti energia mecanică generată de arborele cotit în curent electric. Ca rezultat, puterea este furnizată tuturor dispozitivelor care necesită electricitate. Energie electrica se acumulează în bateria mașinii. ÎN Mod normal El este cel care oferă energie sistemelor care au nevoie de curent.

Dar la pornirea unei mașini, demarorul este principalul consumator de energie. Curentul ajunge la sute de amperi, iar tensiunea din rețea scade brusc. În acest moment, generatorul devine principala sursă de curent. Bateria produce un curent instabil care nu poate furniza o tensiune constantă rețelei electrice a vehiculului.

Generatorul de curent este un fel de plasă de siguranță, deoarece acesta este cel care asigură generarea și furnizarea de energie electrică în timpul supratensiunii bruște. Aceasta poate fi nu numai pornirea motorului, ci și aprinderea farurilor, schimbarea vitezelor și, de asemenea, începerea lucrului sisteme suplimentare.

În plus, dispozitivul oferă încărcarea bateriei, ceea ce este, de asemenea, important pentru muncă cu drepturi depline mașină.

Principiul de funcționare

Există două tipuri de generatoare: curent continuu și curent alternativ. Al doilea tip de generator este instalat pe majoritatea mașinilor moderne. Ele se caracterizează prin faptul că circuitul și conductorul lor magnetic sunt nemișcate. Doar magnetul permanent se rotește, iar atunci când se rotește, se generează un curent. Acest lucru se întâmplă deoarece circuitul bobinei este pătruns de un flux magnetic de mărime și direcție variabile. Ca urmare, are loc o creștere și o scădere uniformă a energiei.

Astfel, când vârful circuitului magnetic trece pe lângă polii magnetului, se formează un curent de mărime și direcție variabile. Se schimbă și în bobină. De aceea curentul se numește alternativ. Designul unității îi permite să genereze o cantitate suficientă de electricitate chiar și cu o rotație relativ lentă, deoarece are un număr mare de bobine și rotoare, iar în locul unui magnet convențional, este instalat unul electric în el.

Pentru toate modelele, principiul de funcționare al generatoarelor este aproape același. Doar unele componente ale dispozitivului se pot schimba, asigurând generarea mai multă energie electrică.

Cum functioneaza un alternator?

Pentru cei care înțeleg măcar puțin despre principiile de producere și distribuție a energiei electrice, totul este extrem de simplu. Într-o mașină există două circuite electrice: primar și secundar.

Între circuitele primar și secundar există un regulator de tensiune. Acesta calculează nivelul de tensiune în circuitul secundar și, în funcție de acesta, setează parametrii pentru primar. Fără un regulator de tensiune, o mașină ar putea controla nivelul tensiunii și cantitatea de electricitate produsă.

Dacă tensiunea din rețea scade brusc, regulatorul reacționează la indicatorii săi, iar curentul din circuitul de înfășurare de excitație crește. Ca urmare, câmpul magnetic crește și este generat în interiorul aparatului electric. cantitate mare electricitate. Tensiunea din interiorul mecanismului va crește până când creșterea sa este oprită de regulator.

Când nivelul curentului din întreaga rețea este egalizat, regulatorul dă din nou un semnal pentru a crește tensiunea din generator la nivelul dorit. Astfel, funcționarea generatorului depinde direct de cantitatea de energie electrică consumată de toate sistemele vehiculelor. Iar regulatorul de tensiune controlează cantitatea de energie generată.

Important! Funcționarea generatorului nu depinde de turația motorului. Dacă apar defecțiuni în rețeaua electrică a mașinii, aceasta se datorează fie unor probleme la generatorul propriu-zis, fie unei defecțiuni a regulatorului de tensiune, dar nu și problemelor de funcționare a motorului. Designul generatorului vă permite să generați cantitatea necesară de electricitate chiar și la viteze mici ale unității.

Mai jos puteți viziona un videoclip cu o explicație accesibilă a funcționării unui alternator:

Cum este alimentat generatorul

Generatorul de tensiune dintr-o mașină îndeplinește funcția de a transforma energia mecanică în energie electrică. Energia mecanică este produsă din motorul mașinii. Generatorul este proiectat astfel încât scripetele arborelui cotit să transmită mișcarea scripetei generatorului. Între ele există o prindere cu centură, care asigură această transmisie.

Toate mașinile moderne sunt echipate cu curele poli-V, care au flexibilitate bună si permit montarea scripetelor cu diametru mic pe generatoare. Și cu cât diametrul acestei unități este mai mic, cu atât unitatea poate genera mai multă energie. Această relație oferă rapoartele de transmisie ridicate care disting generatoarele de mare viteză.

Din aceasta putem concluziona că utilizarea noilor materiale și tehnologii în producția de generatoare de curent continuu și alternativ face posibilă creșterea productivității acestora. Acest lucru este foarte important pentru mașinile de înaltă tehnologie, cu consumul lor crescut de energie.

Dispozitiv generator

Designul generatorului nu s-a schimbat prea mult de la inventarea primelor mecanisme electrice de curent continuu și alternativ, folosite pentru a produce energie electrică în mașini. Această unitate are dispozitivul următor:

• cadru;
• două capace cu orificii pentru aerisire. Capacele din aluminiu sunt strânse împreună cu trei sau patru șuruburi;
• un rotor care se rotește în doi lagăre și este antrenat de un scripete;
• curentul este furnizat înfășurării electromagnetului prin două inele de cupru și perii de grafit;
• acestea, la rândul lor, sunt conectate la un regulator cu releu, care asigură controlul asupra nivelului de producere a energiei electrice în interiorul unității. În funcție de modificare, releul poate fi fie încorporat în carcasă, fie plasat în afara acesteia.

Toate dispozitivele moderne sunt echipate cu ventilatoare de răcire care împiedică supraîncălzirea dispozitivului. Generatoarele sunt atașate direct pe partea din față a motorului folosind suporturi speciale.

Statorul generatorului constă dintr-un miez, înfășurare, pană cu fantă, canelură și cablu pentru conectarea la redresoare. Rotorul este format dintr-un sistem de poli. Aceste componente sunt amplasate în carcasă, iar funcționarea și interacțiunea lor stă la baza generării de energie electrică în cadrul dispozitivului.

Ansamblul periei adăpostește periile sau contacte glisante. Pot fi poligrafit sau electrografit. Unitățile de perie transmit curent continuu unei armături rotative, care acționează ca un magnet permanent. Dar aceleași perii sunt veriga slabă a acestui design, deoarece necesită întreținere, curățare și înlocuire constantă a pieselor uzate.

Dispozitivul unui generator de automobile fără perii

Tipul de dispozitiv fără perii este cel mai răspândit astăzi, deoarece este cel mai fiabil și nu necesită întreținere constantă. Ca orice alt dispozitiv, este format din două componente:

Spre deosebire de mecanismele cu perie, aici este utilizată reglarea compusă a tensiunii de ieșire. Se realizează datorită faptului că axele înfășurărilor sunt deplasate cu 90 de grade. Ca urmare, pe măsură ce sarcina crește, câmpul magnetic al rotorului se deplasează spre înfășurarea principală, iar EMF generat în acesta crește. Tensiunea, la rândul său, se stabilizează.

Acest mecanism are urmatoarele avantaje:

• în timpul funcționării dispozitivului, praful de cărbune nu este generat, care este principala problemă pentru generatoarele de perii;
• după anumită perioadă funcționarea nu necesită înlocuirea periilor;
• un număr redus de structuri mecanice crește semnificativ fiabilitatea dispozitivului și minimizează costul întreținerii acestuia;
• dispozitivul nu se teme de condițiile meteorologice nefavorabile;
• Astfel de dispozitive au un design simplu, ceea ce înseamnă că sunt mai ieftine.

Generatoarele fără perii sunt destul de populare, în ciuda faptului că sunt monofazate și au o eficiență scăzută. Cu toate acestea, acest dezavantaj este eliminat prin utilizarea sistemelor cu control electronic și excitare independentă.

Cum funcționează un generator de curent continuu?

Un dispozitiv de curent continuu are un design similar cu un generator de curent alternativ. Părțile sale principale sunt o armătură în formă de cilindru cu o înfășurare și electromagneți care creează tensiune în dispozitiv.

Ele sunt împărțite în două tipuri: auto-excitate și care utilizează comutare independentă, astfel de dispozitive pot fi, de asemenea, cu perie sau fără perii.

Datorită faptului că generatoarele de curent continuu necesită o sursă constantă de energie, domeniul lor de aplicare este destul de restrâns. Ele sunt adesea folosite pentru a alimenta transportul electric public. Acest tip de dispozitiv este utilizat la generatoarele diesel.

Electricitatea nu este o energie primară, prezentă în mod liber în natură în cantități semnificative, iar pentru a fi folosită în industrie și în viața de zi cu zi, trebuie produsă. Cea mai mare parte este creată de dispozitive care transformă forța motrice în curent electric - așa funcționează generatoarele, sursele de energie mecanică pentru care pot fi turbinele cu abur și apă, motoarele cu ardere internă și chiar puterea musculară umană.

Istorie și evoluție

Descoperirea lui Michael Faraday a legilor inducției electromagnetice în 1831 a devenit baza pentru construcția mașinilor electrice. Dar înainte de apariția iluminatului electric, nu era nevoie să se comercializeze tehnologia. Aparatele electrice timpurii, cum ar fi telegraful, foloseau baterii galvanice ca sursă de energie. Acesta a fost o modalitate foarte costisitoare de a produce electricitate.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, mulți inventatori au căutat să folosească principiul inducției lui Faraday pentru a genera electricitate. mecanic. Unele realizări importante au fost dezvoltarea dinamului de către Werner von Siemens și producerea de către Hippolyte Fontaine a modelelor de lucru ale generatoarelor lui Theophilus Gram. Primele dispozitive au fost folosite împreună cu dispozitive de iluminat cu arc extern, cunoscute sub numele de lumânări Yablochkov.

Au fost înlocuite cu sistemul de lămpi cu incandescență de mare succes al lui Thomas Edison. Centralele sale electrice comerciale erau bazate pe generatoare puternice, dar circuitul, construit pe generarea de curent continuu, era prost potrivit pentru distribuirea energiei către distante lungi din cauza pierderilor semnificative de căldură.

Nikola Tesla a dezvoltat un generator de curent alternativ îmbunătățit, precum și un practic motor asincron. Aceste mașini electrice, împreună cu transformatoarele pentru creșterea și scăderea tensiunii, au oferit baza companiilor electrice pentru a crea mai multe rețele mari distribuție folosind centrale puternice. În sistemele mari de curent alternativ, costurile de generare și transport au fost de câteva ori mai mici decât în ​​schema lui Edison, ceea ce a stimulat cererea de energie electrică și, în consecință, evoluția ulterioară a mașinilor electrice. . Principalele date din istoria generatoarelor pot fi luate în considerare:

Principiul de funcționare

Generatoarele care funcționează pe principiul inducției electromagnetice nu creează electricitate. Folosind energia mecanică, pun în mișcare doar sarcinile electrice care sunt întotdeauna prezente în conductori. Principiul de funcționare al unui generator electric poate fi comparat cu o pompă de apă, provocând un debit de apă, dar nu creând apă în conducte. copleșitor Majoritatea generatoarelor cu inducție sunt mașini electrice de tip rotativ, constând din două componente principale:

• stator (partea fixa);
• rotor (partea rotativă).

Pentru a ilustra cum funcționează un generator electric, cel mai simplu mașină electrică, constând dintr-o bobină de sârmă și un magnet în formă de U. Principalele elemente fundamentale ale acestui model:

• un câmp magnetic;
• mișcarea unui conductor într-un câmp magnetic.

Un câmp magnetic este zona din jurul unui magnet în care puterea acestuia este vizibilă. Pentru a înțelege mai bine cum funcționează modelul, vă puteți imagina liniile de forță care ies de la polul nord al magnetului și se întorc spre sud. Cu cât magnetul este mai puternic, cu atât creează mai multe linii de forță. Dacă bobina începe să se rotească între poli, atunci ambele părți vor începe să intersecteze linii magnetice imaginare. Aceasta determină mișcarea electronilor în conductor (generarea de electricitate).

În conformitate cu regula din dreapta, atunci când bobina se rotește, un curent va fi indus în ea, schimbându-și direcția la fiecare jumătate de tură, deoarece liniile de forță de pe părțile laterale ale bobinei se vor intersecta într-o direcție sau alta. De două ori la fiecare rotație bobina trece prin poziții (paralele cu polii) la care nu are loc inducția electromagnetică. Prin urmare, generator simplu funcționează ca o mașină electrică care produce curent alternativ. Tensiunea pe care o creează poate fi modificată prin:

• intensitatea câmpului magnetic;
• viteza de rotație a bobinei;
• numărul de spire ale firului care traversează liniile câmpului magnetic.

O bobină de conductor care se rotește între polii unui magnet creează un alt efect important. Când curentul curge în bobină, acesta creează un câmp electromagnetic care este opus câmpului unui magnet permanent. Și cu cât este indusă mai multă electricitate în bobină, cu atât câmpul magnetic este mai puternic și rezistența la rotirea conductorului. Aceeași forță magnetică în spire provoacă rotirea rotorului motorului electric, adică, în anumite condiții, generatoarele pot funcționa ca motoare și invers.

Caracteristicile generatoarelor de curent alternativ

Curentul alternativ (AC) este produs de generatorul simplu descris. Pentru ca energia electrică generată să poată fi utilizată, aceasta trebuie livrată cumva la sarcină. Acest lucru se poate face folosind unitate de contact pe un arbore format din inele rotative și piese fixe din carbon numite perii care alunecă de-a lungul acestora. Fiecare capăt al conductorului rotativ este conectat la un inel corespunzător, iar curentul astfel creat în tură trece prin inele și perii către sarcină.

Structura mașinilor industriale

Generatoarele practice diferă de cele mai simple. Ele sunt de obicei echipate cu un excitator - un generator auxiliar care furnizează curent continuu electromagneților utilizați pentru a crea un câmp magnetic în generator.

În loc de o întoarcere în cel mai simplu model, dispozitivele practice sunt echipate cu înfășurări realizate din sârmă de cupru, iar rolul de magnet este îndeplinit de bobine pe miezuri de fier. La majoritatea alternatoarelor, electromagneții care produc câmpul alternativ sunt plasați pe rotor și energia electrică este indusă în bobinele statorului.

ÎN dispozitive similare Colectorul este folosit pentru a transfera curent continuu de la excitator la magneți. Acest lucru simplifică foarte mult proiectarea, deoarece este mai convenabil să transmiteți curenți slabi prin perii și să primiți tensiune înaltă de la înfășurările statorului staționar.

Aplicații în rețele

La unele mașini, numărul de secțiuni de înfășurare coincide cu numărul de electromagneți. Dar majoritatea generatoarelor de curent alternativ sunt echipate cu trei seturi de bobine pentru fiecare pol. Astfel de mașini produc trei fluxuri de electricitate și sunt numite trifazate. Densitatea lor de putere este semnificativ mai mare decât cea a celor monofazate.

În centralele electrice, generatoarele de curent alternativ servesc ca convertoare de energie mecanică în energie electrică. Acest lucru se datorează faptului că tensiunea AC poate fi crescută sau scăzută cu ușurință folosind un transformator. Generatoarele mari produc tensiuni de aproximativ 20 de mii de volți. Apoi crește cu mai mult de un ordin de mărime pentru a permite transportul energiei electrice pe distanțe lungi. Acolo unde se folosește electricitatea, o serie de transformatoare coborâtoare creează o tensiune utilizabilă.

Design dinamo

O bobină de sârmă care se rotește între polii unui magnet schimbă polii de la capetele conductorului de două ori la fiecare rotație. A intoarce cel mai simplu modelîntr-un generator de curent continuu, trebuie să faceți două lucruri:

• devierea curentului de la bobină la sarcină;
• organizați fluxul de curent deviat într-o singură direcție.

Rolul colecționarului

Un dispozitiv numit colector poate îndeplini ambele sarcini. Diferența sa față de un ansamblu perie de contact este că baza sa nu este un inel de conductor, ci un set de segmente izolate unele de altele. Fiecare capăt al circuitului rotativ este conectat la sectorul corespunzător al comutatorului, iar două perii de cărbune staționare îndepărtează curentul electric din comutator.

Colectorul este proiectat în așa fel încât, indiferent de polaritatea de la capetele turei și de faza de rotație a rotorului, grupul de contact furnizează curentul cu direcția dorită atunci când îl transmite la sarcină. Înfășurările din dinamo practice constau din multe segmente, așadar, pentru generatoarele de curent continuu, din cauza necesității comutării lor, s-a dovedit a fi de preferat un circuit în care o armătură cu bobine induse se rotește într-un câmp magnetic.

Alimentare pentru electromagneți

Dinamele clasice folosesc un magnet permanent pentru a induce câmpul. Restul generatoarelor de curent continuu necesită energie pentru electromagneți. În așa-numitele generatoare excitate separat, acestea folosesc surse externe curent continuu. Dispozitivele autoexcitante folosesc o parte din electricitatea autogenerată pentru a controla electromagneții. Pornirea unor astfel de generatoare după oprire depinde de capacitatea lor de a acumula magnetism rezidual. În funcție de metoda de conectare a bobinelor de câmp la înfășurările armăturii, acestea sunt împărțite în:

• șunt (cu excitație paralelă);
• serial (cu excitaţie secvenţială);
• entuziasm amestecat(cu o combinație de șunt și serie).

Tipurile de excitație sunt utilizate în funcție de controlul tensiunii necesar. De exemplu, generatoarele utilizate pentru încărcarea bateriilor necesită un control simplu al tensiunii. În acest caz tip potrivit va fi un șunt. Un generator excitat separat este folosit ca mașini care generează energie pentru un lift de pasageri, de atunci sisteme similare necesită un management complex.

Aplicarea generatoarelor colectoare

Multe generatoare de curent continuu sunt antrenate de motoare de curent alternativ în combinații numite seturi motor-generator. Aceasta este una dintre modalitățile de a schimba curentul alternativ în curent continuu. Au nevoie de uzine care efectuează galvanizare, produc aluminiu, clor și alte materiale prin metoda electrochimică cantitati mari curent continuu.

Generatoarele electrice diesel sunt, de asemenea, folosite pentru a furniza curent continuu locomotivelor și navelor. Deoarece comutatoarele sunt dispozitive complexe și nesigure, generatoarele de curent continuu sunt adesea înlocuite cu mașini care produc curent alternativ combinat cu cele electronice. Generatoarele de comutatoare și-au găsit aplicație în rețelele de putere redusă, permițând utilizarea dinamurilor cu magnet permanenți fără circuite de excitație.

Există și alte tipuri de dispozitive care sunt capabile să producă energie electrică. Acestea includ baterii electrochimice, celule termoelectrice și fotovoltaice și convertoare de combustibil. Dar, în comparație cu generatoarele cu inducție AC/DC, ponderea lor în producția globală de energie este neglijabilă.

Echipamentul electric al oricărei mașini include generator- un dispozitiv care convertește energia mecanică primită de la motor în energie electrică. Împreună cu regulatorul de tensiune, se numește grup electrogen. Mașinile moderne sunt echipate cu generatoare de curent alternativ. Sunt înăuntru în cea mai mare măsurăîndeplini cerințele.

Cerințe pentru generator:

• parametrii de ieșire ai generatorului trebuie să fie astfel încât descărcarea progresivă a bateriei să nu aibă loc în niciun mod de conducere a vehiculului;
• tensiunea din rețeaua de bord a vehiculului alimentată de generator trebuie să fie stabilă la gamă largă modificări ale vitezei de rotație și ale sarcinilor.

Ultima cerință se datorează faptului că bateria este foarte sensibilă la gradul de stabilitate a tensiunii. Prea mult Voltaj scazut provoacă o încărcare insuficientă a bateriei și, ca urmare, dificultăți de pornire a motorului, o tensiune prea mare duce la supraîncărcare a bateriei și o defecțiune accelerată;

Principiul de funcționare al generatorului și designul său fundamental sunt aceleași pentru toate mașinile, diferă doar prin calitatea producției, dimensiunile și locația unităților de conectare.

Principalele părți ale generatorului:

1. Scripete– servește la transmiterea energiei mecanice de la motor la arborele generatorului prin intermediul unei curele;
2. Carcasa generatorului este format din două capace: față (din partea scripetelui) și spate (din partea inelului colector), destinate pentru fixarea statorului, montarea generatorului pe motor și amplasarea lagărelor (suporturilor) rotorului. Pe coperta din spate un redresor, un ansamblu perie, un regulator de tensiune (dacă este încorporat) și terminale externe pentru conectarea la sistemul de echipamente electrice;
3. Rotor- un arbore de oțel cu două bucșe de oțel în formă de buton amplasate pe acesta. Între ele există o înfășurare de excitație, ale cărei terminale sunt conectate la inele colectoare. Generatoarele sunt echipate predominant cu inele colectoare cilindrice din cupru;
4. Stator- un pachet din foi de otel si in forma de teava. În fantele sale există o înfășurare trifazată în care este generată puterea generatorului;
5. Asamblare cu diode redresoare- combină șase diode puternice, trei presate în radiatoarele pozitive și negative;
6. Regulator de voltaj- un dispozitiv care menține tensiunea rețelei de bord a vehiculului în limitele specificate atunci când sarcina electrică, turația rotorului generatorului și temperatura ambientală se modifică;
7. Unitate de perie– design din plastic detașabil. Conține perii cu arc care sunt în contact cu inelele rotorului;
8. Capac de protecție pentru modulul diode.

Să luăm în considerare circuitul electric pentru conectarea elementelor generatorului.


Fundamental schema electrica Set generator:
1. Comutator de aprindere;
2. Condensator de suprimare a zgomotului;
3. Baterie reîncărcabilă;
4. Lampă care indică starea de sănătate a generatorului;
5. Diode pozitive ale redresorului de putere;
6. Diode negative ale redresorului de putere;
7. Diode de înfăşurare de excitaţie;
8. Înfășurări a trei faze statorice;
9. Înfăşurare de excitaţie (rotor);
10. Unitate perie;
11. Regulator de tensiune;
B+ Ieșire generator „+”;
B- „Pământul” generatorului;
D+ Sursă de alimentare cu bobinaj de excitație, tensiune de referință pentru regulatorul de tensiune.

Funcționarea generatorului se bazează pe efectul inducției electromagnetice. Dacă bobina, de exemplu, este făcută din sârmă de cupru, patrunde in fluxul magnetic, apoi cand acesta se modifica apare o tensiune electrica la bornele bobinei, proportionala cu viteza de modificare a fluxului magnetic. În schimb, pentru a genera un flux magnetic, este suficient să treci un curent electric prin bobină. Astfel, pentru a obține curent electric alternativ sunt necesare o sursă de câmp magnetic alternativ și o bobină din care se va îndepărta direct tensiunea alternativă.

Se formează înfășurarea câmpului cu sistemul de stâlpi, arborele și inelele colectoare rotor, partea sa rotativă cea mai importantă, care este sursa câmpului magnetic alternativ.

Rotor generator 1. arbore rotor;
2. poli de rotor;
3. înfăşurare de câmp;
4. inele colectoare.
Sistemul de poli rotor are un flux magnetic rezidual care este prezent chiar și atunci când nu există curent în înfășurarea câmpului. Cu toate acestea, valoarea sa este mică și este capabilă să asigure autoexcitarea generatorului numai la viteze de rotație prea mari. Prin urmare, pentru a magnetiza inițial rotorul, un curent mic de la baterie este trecut prin înfășurarea sa, de obicei printr-o lampă de performanță a generatorului. Puterea acestui curent nu trebuie să fie prea mare pentru a nu descărca bateria, dar nici prea scăzută, astfel încât generatorul să poată fi excitat deja la turația de ralanti a motorului. Pe baza acestor considerații, puterea lămpii de control este de obicei de 2...3 W. După ce tensiunea de pe înfășurările statorului ajunge valoarea de lucru, lampa se stinge, iar bobina de excitație este alimentată de la generatorul însuși. În acest caz, generatorul funcționează prin autoexcitare.

Tensiunea de ieșire este eliminată de la înfăşurări statorice. Când rotorul se rotește opus bobinelor înfășurării statorului, polii „nord” și „sud” ai rotorului apar alternativ, adică direcția fluxului magnetic care trece prin bobina statorului se modifică, ceea ce provoacă apariția Tensiune AC. Frecvența acestei tensiuni depinde de viteza de rotație a rotorului generatorului și de numărul de perechi de poli ai acestuia.

Stator generator
1. înfăşurare statorică;
2. terminale de înfăşurare;
3. circuit magnetic.
Înfășurarea statorului este trifazată. Este format din trei înfășurări separate, numite înfășurări de fază sau pur și simplu faze, înfășurate folosind o anumită tehnologie pe un circuit magnetic. Tensiunea și curenții din înfășurări sunt deplasați unul față de celălalt cu o treime din perioadă, adică. la 120 de grade electrice, așa cum se arată în figură.

Oscilograme ale tensiunilor de fază ale înfășurărilor
U 1, U 2, U 3 – tensiuni de înfăşurare;
T – perioada semnalului (360 de grade);
F – faza de deplasare (120 grade).
Înfășurările de fază pot fi conectate în stea sau triunghi.


Tipuri de conexiuni de înfășurare
1. „stea”;
2. „triunghi”.
Când este conectat în „delta”, curentul din fiecare înfășurare este de 1,7 ori mai mic decât curentul furnizat de generator. Aceasta înseamnă că, cu același curent furnizat de generator, curentul din înfășurări atunci când este conectat într-o „delta” este semnificativ mai mic decât cel al unei „stele”. Prin urmare, în generatoare de mare putere Destul de des folosesc o conexiune delta, deoarece la curenți mai mici înfășurările pot fi înfășurate cu un fir mai subțire, care este mai avansat tehnologic. Un fir mai subțire poate fi folosit și pentru o conexiune în stea. În acest caz, înfășurarea este făcută din două înfășurări paralele, fiecare dintre ele conectată într-o „stea”, adică se obține o „stea dublă”.

Rețeaua de bord a vehiculului necesită conectarea la aceasta tensiune DC. Prin urmare, înfășurarea statorului alimentează rețeaua de bord mașină printr-un redresor încorporat în generator. Redresor pentru un sistem trifazat conține șase diode semiconductoare de putere, dintre care trei sunt conectate la borna „+” a generatorului, iar celelalte trei la borna „-” (masă). Diode semiconductoare sunt în stare deschisă și nu oferă o rezistență semnificativă la trecerea curentului atunci când li se aplică tensiune în direcția înainte și practic nu permit trecerea curentului atunci când tensiune inversă. Trebuie remarcat faptul că termenul „diodă redresoare” nu ascunde întotdeauna designul obișnuit care are o carcasă, cabluri etc., uneori, este doar o joncțiune de siliciu semiconductoare etanșată pe un radiator.

Asamblare cu diode redresoare
1. diode de putere;
2. diode suplimentare;
3. radiator.
Mulți producători, în scop de protecție componente electronice pentru a proteja împotriva supratensiunii, diodele podului de alimentare sunt înlocuite cu diode zener. Diferența dintre o diodă zener și o diodă redresoare este că atunci când i se aplică o tensiune în sens opus, nu trece curent doar până la o anumită valoare a acestei tensiuni, numită tensiune de stabilizare. În mod obișnuit, la diodele Zener de putere, tensiunea de stabilizare este de 25... 30 V. Când este atinsă această tensiune, diodele Zener „sparge”, adică încep să treacă curentul în direcția opusă și în anumite limite de schimbare. în puterea acestui curent, tensiunea pe dioda zener și, în consecință, și la ieșirea „+” a generatorului rămâne neschimbată, neatingând valori periculoase pentru componentele electronice. Proprietatea unei diode zener de a menține o tensiune constantă la bornele sale după o „defecțiune” este, de asemenea, utilizată în regulatoarele de tensiune.

După cum sa menționat mai sus, tensiunile de pe înfășurări variază de-a lungul curbelor apropiate de o sinusoidă și uneori sunt pozitive, alteori negative. Dacă direcția pozitivă a tensiunii într-o fază este luată de-a lungul săgeții îndreptate către punctul zero al înfășurării statorului și direcția negativă departe de aceasta, atunci, de exemplu, pentru momentul t când tensiunea celei de-a doua faze este absentă, prima fază este pozitivă, iar a treia este negativă. Direcția tensiunilor de fază corespunde săgeților prezentate în figură.

Direcția curenților în înfășurările și redresorul generatorului

Curentul prin înfășurări, diode și sarcină va curge în direcția acestor săgeți. Luând în considerare orice alte momente de timp, este ușor de verificat că, într-un sistem trifazat, tensiunea care apare în înfășurările fazelor generatorului, diodele redresoare de putere se deplasează de la deschis la închis și înapoi în așa fel încât curentul în sarcina are o singură direcție - de la borna „+” a instalației generatorului la borna sa „-” („masă”), adică un curent continuu (rectificat) curge în sarcină.

Pentru un număr semnificativ de tipuri de generatoare, înfășurarea de excitație este conectată la propriul redresor, asamblat pe trei diode. Această conexiune a înfășurării câmpului împiedică trecerea curentului de descărcare al bateriei prin ea atunci când motorul mașinii nu este pornit. Diodele redresoare de înfășurare de câmp funcționează într-un mod similar, furnizând curent redresat acestei înfășurări. Mai mult, redresorul cu bobinaj de camp include si 6 diode, trei dintre ele fiind comune cu redresorul de putere (diode negative). Curentul de excitație este semnificativ mai mic decât curentul furnizat de generator sarcinii. Prin urmare, diode de curent redus de dimensiuni mici, cu un curent de cel mult 2 A sunt utilizate ca diode de înfășurare de excitație (pentru comparație, diodele redresoare de putere permit fluxul de curenți de până la 25... 35 A).

Dacă este necesară creșterea puterii generatorului, se folosește un braț redresor suplimentar.

Un astfel de circuit redresor poate avea loc numai atunci când înfășurările statorului sunt conectate într-o „stea”, deoarece brațul suplimentar este alimentat din punctul „zero” al „stelei”. Dacă tensiunile de fază ar varia pur într-o manieră sinusoidală, aceste diode nu ar participa deloc la procesul de conversie a curentului alternativ în curent continuu. Cu toate acestea, în generatoarele reale, forma tensiunilor de fază diferă de cea a unei sinusoide. Este suma sinusoidelor, care se numesc componente armonice sau armonice - prima, a cărei frecvență coincide cu frecvența tensiunea de fază, iar cel mai mare, în principal al treilea, a cărui frecvență este de trei ori mai mare decât prima.

Forma reală a tensiunii de fază ca sumă a două armonice:
1. tensiunea de fază a înfășurării;
2. prima armonică;
3. a treia armonică;
Din electrotehnică se știe că în tensiunea liniară, adică în tensiunea care este furnizată redresorului și redresată, nu există a treia armonică. Acest lucru se explică prin faptul că a treia armonică a tuturor tensiunilor de fază sunt în fază, adică ajung simultan valori identiceși în același timp se echilibrează reciproc și se anulează reciproc în tensiune liniară. Astfel, a treia armonică este prezentă în tensiunea de fază, dar nu și în tensiunea liniară. În consecință, puterea dezvoltată de a treia armonică a tensiunii de fază nu poate fi utilizată de consumatori. Pentru a utiliza această putere, se adaugă diode, conectate la punctul zero al înfășurărilor de fază, adică până la punctul în care se simte acțiunea tensiunii de fază. Astfel, aceste diode redresează doar a treia tensiune armonică a tensiunii de fază. Utilizarea acestor diode crește puterea generatorului cu 5...15% la o viteză de rotație mai mare de 3000 min -1.

Tensiunea unui generator fără regulator depinde în mare măsură de viteza de rotație a rotorului său, de fluxul magnetic creat de înfășurarea de excitație și, în consecință, de puterea curentului din această înfășurare și de cantitatea de curent furnizată de generator consumatorilor. Cu cât este mai mare viteza de rotație și curentul de excitare, cu atât este mai mare tensiunea generatorului, cu atât este mai mare curentul de sarcină, cu atât este mai mică această tensiune. Funcţie regulator de voltaj este de a stabiliza tensiunea atunci când viteza de rotație și sarcina se modifică din cauza efectului asupra curentului de excitație. Anterior se foloseau regulatoare de vibrații, iar apoi cele cu tranzistori de contact. Aceste două tipuri de regulatoare au fost acum complet înlocuite cu unele electronice.

Aspect regulatoare electronice de tensiune

Proiectarea regulatoarelor electronice cu semiconductor poate fi diferită, dar principiul de funcționare al tuturor regulatoarelor este același. Desigur, puteți schimba curentul în circuitul de excitare prin introducerea unui rezistor suplimentar în acest circuit, așa cum s-a făcut în regulatoarele de tensiune de vibrații anterioare, dar această metodă este asociată cu o pierdere de putere în acest rezistor și nu este utilizată în regulatoarele electronice. . Regulatoarele electronice modifică curentul de excitație prin pornirea și oprirea înfășurării de excitație din rețeaua de alimentare, schimbând în același timp durata relativă a timpului de pornire a înfășurării de excitație. Dacă pentru a stabiliza tensiunea este necesară reducerea curentului de excitație, timpul de comutare al înfășurării de excitație este redus, dacă este necesară creșterea acestuia, acesta este mărit.

Dezavantajul acestei opțiuni pentru conectarea regulatorului este că regulatorul menține tensiunea la borna „D+” a generatorului, iar consumatorii, inclusiv bateria, sunt conectați la borna „B+”. În plus, atunci când este pornit în acest fel, regulatorul nu percepe căderi de tensiune în firele de legătură dintre generator și baterie y și nu face ajustări la tensiunea generatorului pentru a compensa această cădere. Aceste neajunsuri sunt eliminate în următorul circuit, unde tensiunea către circuitul de intrare al regulatorului este furnizată de la nodul unde ar trebui să fie stabilizat, de obicei acesta este terminalul „B+” al generatorului.

Unele regulatoare de tensiune au proprietatea compensării termice - modificarea tensiunii furnizate bateriei, în funcție de temperatura aerului din compartimentul motor pentru o încărcare optimă a bateriei. Cu cât temperatura aerului este mai scăzută, cu atât este mai mare tensiunea care trebuie furnizată bateriei și invers. Valoarea compensației termice ajunge până la 0,01 V la 1°C.

Dacă un magnet permanent se rotește deasupra unui miez cu o bobină atașată la acesta, câmpul magnetic din jurul bobinei se va schimba continuu și, datorită fenomenului de inducție electromagnetică, în acesta va apărea un curent indus alternativ. Un generator de curent alternativ cu inducție funcționează pe acest principiu, în care energia mecanică este transformată în energie electrică.

Orez. 24.6.

Circuitul unui generator de curent alternativ cu inducție utilizat pe biciclete este prezentat în Figura 24.5. Când un magnet permanent cu opt poli, rotorul 1, se rotește, apare o fem în înfășurarea statorului 2. Conectat la capetele înfășurărilor 3 și 4, lampă electrică 5 este live. Figura 24.6 prezintă o secțiune transversală generator industrial. Partea staționară a generatorului, adică statorul 1, este un cadru realizat din foi de oțel electric magnetic moale. Statorul are o înfășurare din sârmă groasă de cupru. Partea rotativă a generatorului - rotorul 2 - este un electromagnet, din care înfășurarea 3 este alimentată de un generator special de curent continuu - excitator. Când rotorul se rotește, câmpul magnetic care pătrunde în înfășurarea statorului se modifică periodic, datorită faptului că în acesta este indusă o fem indusă variabilă. Centralele termice folosesc turbine cu abur pentru rotirea rotorului. În centralele hidroelectrice, turbinele de apă cu viteză relativ mică sunt folosite pentru a roti rotorul. Prin urmare, pentru a produce curent electric alternativ cu o frecvență de 50 Hz, se folosesc generatoare cu rotoare cu un număr mare de perechi de poli.

Curentul alternativ are o serie de proprietăți similare cu cele ale curentului continuu, dar unele dintre proprietățile sale sunt diferite de cele ale curentului continuu.

Deci, curgând prin conductori, curentul alternativ le încălzește (la fel ca și curentul continuu). Această proprietate este utilizată în dispozitivele electrice de încălzire și lămpi electrice incandescent

În jurul conductorilor prin care trece curentul alternativ, există în mod necesar un câmp magnetic, dar acesta, ca și curentul, este variabil. Într-un electromagnet alimentat cu curent alternativ de la rețea, polaritatea capetelor circuitului magnetic (miez) se modifică de 50 de ori pe secundă.

Este ușor să verifici asta motor periat cu excitație în serie poate funcționa atunci când este alimentat cu curent alternativ. Astfel de motoare sunt folosite în multe aparate electrocasnice(aspirator, storcator, ventilator etc.). Într-adevăr, atunci când polaritatea polilor inductorului se schimbă, direcția curentului din armătură se schimbă simultan, astfel încât armătura va continua să se rotească în aceeași direcție.

ÎNTREBĂRI DE CONTROL

1. Care este principiul de funcționare al unui generator de inducție?
2. Ce proprietăți ale curentului alternativ cunoașteți?
3. Care sunt dispozitivele unui turbo cu inducție și generator de hidrogen? Explicați cu imagini.

4. De ce rotorul turbogeneratorului are o pereche de poli, în timp ce hidrogeneratorul are mulți?

Exerciții

1. Demonstrați că generatorul hidraulic al hidrocentralei Bratsk produce curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz. Rotorul său, care se rotește la o frecvență de 125 rpm, are 24 de perechi de poli.
2. Câte perechi de poli ar trebui să aibă un generator de hidrogen dacă rotorul său se rotește la o frecvență de 5 rps? Frecvența curentului indus este de 50 Hz.
3. Demonstrați că instrumentele magnetoelectrice nu sunt potrivite pentru măsurători în circuite de curent alternativ, dar instrumentele electromagnetice și electrodinamice sunt potrivite.
4. Figura prezintă un grafic preluat de pe ecranul osciloscopului. Fiecare celulă corespunde orizontal la 0,01 s, iar vertical la 20 V. Determinați tensiunea și frecvența curentului electric.