Всё для ремонта авто

Меню

Метка: Генератор

Неисправности генератора. Признаки, диагностика, причины, проверка

Неисправности электрооборудования автомобиля встречаются весьма часто и занимают одно из лидирующих мест в списке поломок. Их можно условно поделить на неисправности источников тока (аккумуляторов, генераторов) и неисправности потребителей (оптика, зажигание, климат и т.д.). Основными источниками электропитания автомобиля являются аккумуляторные батареи и генераторы. Неисправность каждого из них ведет к общей неисправности автомобиля и эксплуатации его в ненормальных режимах, а то и вовсе — к обездвиживанию автомобиля.

В электрооборудовании автомобиля аккумулятор и генератор работают в неразрывном тандеме. Если выйдет из строя одно — через некоторое время выйдет из строя и другое. Например, разрушившийся аккумулятор приводит к увеличению зарядного тока генератора. А это влечет за собой неисправность выпрямителя (диодного моста). В свою очередь, при неисправности регулятора напряжения, поступающего от генератора, может увеличиться зарядный ток, что неизбежно приведет к систематической перезарядке батареи, «выкипанию» электролита и скорому разрушению.

Распространенные неисправности генератора:

  • износ или повреждение шкива;
  • износ токосъемных щеток;
  • износ коллектора (токосъемных колец);
  • повреждение регулятора напряжения;
  • замыкание витков статорной обмотки;
  • износ или разрушение подшипника;
  • повреждение выпрямителя (диодного моста);
  • повреждение проводов зарядной цепи.

Распространенные неисправности аккумуляторной батареи:

  • короткое замыкание электродов/пластин батареи;
  • механическое или химическое повреждение пластин аккумулятора;
  • нарушение герметичности банок аккумуляторов — трещины корпуса аккумулятора в результате ударов или неправильной установки;
  • химическое окисление выводных клемм аккумулятора.Основными причинами указанных неисправностей являются:
  • грубые нарушения правил эксплуатации;
  • истечение срока службы изделия;
  • различные производственные дефекты.

Безусловно, конструкция генератора сложнее аккумуляторной батареи. Вполне резонно, что и неисправностей генератора в разы больше, и диагностика их значительно сложнее.

Автомобилисту очень полезно знать основные причины неисправностей генератора, способы их устранения, а также профилактические меры по предотвращению поломок.

Все генераторы подразделяются на генераторы переменного и постоянного тока. Современный легковой транспорт оснащается генераторами переменного тока с встроенным диодным мостом (выпрямителем). Последний необходим для преобразования тока в постоянный, на котором работают электропотребители автомобиля. Выпрямитель, как правило, находится в крышке или корпусе генератора и представляет с последним одно целое.

Рис. Устройство генератора Bosch (0 124 615 012): 1 — гайка; 2 — шкив; 3 — передняя крышка; 4 — передний подшипник; 5 — статор; 6 — ротор; 7 — задний подшипник; 8 — втулка заднего подшипника; 9 — задняя крышка; 10 — диодный мост; 11 — выпрямитель; 12 — защитный кожух; 13 — стяжной болт

Все электроприборы автомобиля рассчитаны на строго определенный диапазон рабочих токов по напряжению. Как правило, рабочие напряжения — в диапазоне 13,8–14,7 В. Ввиду того, что генератор «привязан» ремнем к коленчатому валу двигателя, от разных оборотов и скорости движения автомобиля, он будет работать по-разному. Именно для сглаживания и регулирования выдаваемого тока предназначен реле-регулятор напряжения, играющего роль стабилизатора и предотвращающего как скачки, так и провалы рабочего напряжения. Современные генераторы снабжены встроенными интегральными регуляторами напряжения, в просторечье именуемые «шоколадкой» или «таблеткой».

Уже понятно, что любой генератор это достаточно сложный агрегат, чрезвычайно важный для любого автомобиля.

Виды неисправностей генератора

Ввиду того, что любой генератор — это электромеханическое устройство, соответственно и разновидностей неисправностей будет две — механические и электрические.

К первым относятся разрушение креплений, корпуса, нарушение работы подшипников, прижимных пружин, ременного привода и другие, не связанные с электрической частью поломки.

К электрическим неисправностям относятся обрывы обмоток, неисправности диодного моста, выгорание/износ щеток, межвитковые замыкания, пробои, биения ротора, неисправности реле-регулятора.

Чаще всего изнашиваются щетки — 1, и подшипники — 2. Реже отказывают выпрямительный блок — 3, и регулятор напряжения — 4.

Нередко симптомы, указывающие на характерные неисправного генератора, могут появиться и вследствие совершенно других неполадок. Как пример — плохой контакт в гнезде предохранителя цепи обмотки возбуждения генератора покажет на неисправность генератора. То же подозрение может возникнуть из-за обгоревших контактов в корпусе замка зажигания. Так же, постоянное горение лампы-сигнализатора неисправности генератора может быть вызвано поломкой реле, мигание этой лампы включающего может свидетельствовать о неисправности генератора.

Основные признаки неисправности автогенератора:

  • При работающем двигателе мигает (или непрерывно горит) контрольная лампа разряда аккумулятора.
  • Разрядка или перезаряд (выкипание) аккумуляторной батареи.
  • Тусклый свет автомобильных фар, дребезжащий или тихий звуковой сигнал при работающем двигателе.
  • Значительное изменение яркости фар при увеличении числа оборотов. Это может быть допустимо при увеличении оборотов (перегазовки) с режима холостого хода, но фары, загоревшись ярко, дальше яркость свою увеличивать не должны, оставаясь в одной интенсивности.
  • Посторонние звуки (вой, писк) исходящие от генератора.

Необходимо регулярно контролировать натяжение и общее состояние ремня привода. При трещинах и расслоениях необходима немедленная замена.

Ремкомплекты генератора

Чтобы устранить указанные неисправности генератора, понадобится провести ремонт. Начиная поиск ремкомплекта генератора в интернете, стоит приготовиться к разочарованию — предлагаемые комплекты, как правило, содержат шайбы, болты и гайки. А вернуть генератору работоспособность порой можно только заменой — щеток, диодного моста, регулятора… Поэтому храбрец, решившийся на ремонт, составляет индивидуальный ремкомплект из тех деталей, которые подходят к его генератору. Выглядит это примерно так, как показывают таблице ниже, на примере пары генераторов для ВАЗ 2110 и Форд Фокус 2.

Генератор ВАЗ 2110 — КЗАТЭ 9402.3701-03 на 80 А. Применяется на ВАЗ 2110-2112 и их модификациях после 05.2004 г., а также на ВАЗ-2170 Лада-Приора и модификациях

Генератор КЗАТЭ 9402.3701-03
Деталь Каталожный номер Цена (руб.)
Щетки 1127014022 105
Регулятор напряжения 844.3702 580
Диодный мост БВО4-105-01 500
Подшипники 6303 и 6203 345

Генератор Рено Логан — Bosch 0 986 041 850 на 98 А. Применяется на Renault: Megane, Scenic, Laguna, Sandero, Clio, Grand Scenic, Kangoo, а также Dacia: Logan.

Генератор Bosch 0 986 041 850
Деталь Каталожный номер Цена (руб.)
Щетки 140371 30
Щеткодержатель 235607 245
Регулятор напряжения IN6601 1020
Диодный мост INR431 1400
Подшипники 140084 и 140093 140/200 рублей

Диагностика неисправностей

На современных автомобилях использование «дедовского» способа диагностики путем скидывания с клеммы аккумулятора может привести и к серьезной поломке множества электронных систем автомобиля. Значительные перепады напряжения бортовой сети автомобиля способны вывести из строя почти всю бортовую электронику. Именно поэтому современные генераторы всегда проверяются только путем замера напряжения в сети или диагностики самого снятого узла на специальном стенде. Сначала производится замер напряжения на клеммах аккумулятора, пускается двигатель и снимаются показания уже при работающем моторе. До запуска напряжение должно быть около 12 В, после запуска — от 13,8 до 14,7 В. Отклонение в большую строну свидетельствует, что идете «перезаряд», что подразумевает неисправность реле-регулятора, в меньшую — что ток не поступает. Отсутствие тока подзарядке свидетельствует о неисправности генератора или цепей.

Причины поломок

Распространенные причины неисправностей генератора – это банальный износ и коррозия. Почти все механические неисправности, будь-то износ щеток или развалившиеся подшипники — следствие долгой эксплуатации. Современные генераторы оснащаются закрытыми (не обслуживаемыми) подшипниками, которые просто подлежат замене по истечении определенного срока или пробега автомобиля. То же относится и к электрической части — часто узлы подлежат замене целиком.

Также причинами могут быть:

  • низкое качество изготовления комплектующих;
  • нарушение правил эксплуатации или работа вне пределов нормальных режимов;
  • внешние факторы (соль, жидкости, высокая температура, дорожная «химия», грязь).

Самостоятельная проверка генератора

Самый простой способ — проверить предохранитель. Если он исправен, осматривается генератор и его расположение. Проверяется свободное вращение ротора, целость ремня, проводов, корпуса. Если ничего подозрений не вызвало, проверяются щетки и контактные кольца. В процессе работы щетки неизбежно изнашиваются, их может заклинить, перекосить, а канавки токосъёмных колец забиться графитовой пылью. Явный признак этого — избыточное искрение.

Нередки случаи полного износа или поломки, как подшипников, так и поломка статора.

Самая распространенная механическая проблема генератора – износ подшипников. Признак данной неисправности — вой или свист при работе агрегата. Конечно, подшипники нужно немедленно заменить, предварительно осмотрев посадочные места. Ослабление натяжения приводного ремня также может быть причиной слабой работы генератора. Одним из признаков может быть высокий по тону свист из-под капота, когда автомобиль газует или разгоняется.

Для проверки обмотки возбуждения ротора на короткозамкнутые витки или обрывы, нужно подключить мультиметр, переключенный в режим измерения сопротивления, к обоим контактным кольцам генератора. Нормальное сопротивление — от 1,8 до 5 Ом. Показания ниже свидетельствует о наличии короткого замыкания в витках; выше – прямой обрыв обмотки.

Для проверки обмотки статора на «пробой на массу», их нужно отсоединить от выпрямительного блока. При показаниях сопротивления, выдаваемых мультиметром, имеющих бесконечно большое значение можно не сомневаться в отсутствии контакта статорных обмоток с корпусом («массой»).

Для проверки диодов в блоке выпрямителя используется мультиметр (после полного отсоединения от обмоток статора). Режим проверки — «проверка диодов». Плюсовой щуп подсоединяется к плюсу или минусу выпрямителя, а минусовой – к выводу фазы. После этого щупы меняют местами. Если при этом значения показаний мультиметра сильно отличаются от предыдущих — диод исправен, если не отличаются — неисправен. Еще одним признаков, свидетельствующим о скорой „кончине“ диодного моста генератора — окисление контактов, а причина этого – перегрев радиатора.

Ремонт и устранение неисправностей

Все механические неполадки устраняются путем замены неисправных узлов и деталей (щеток, ремня, подшипников и т.п.) на новые или исправные. На старых моделях генераторов зачастую требуется проточка контактных колец. Приводные ремни меняются вследствие износа, максимального растяжения или истечение срока эксплуатации. Поврежденные обмотки ротора или статора, их, в настоящее время, меняют на новые в сборе. Перемотка хоть и встречается среди услуг автомастеров, но все реже — это дорого и нецелесообразно.

А вот все электрические проблемы с генератором нужно решать вследствие проверки, как других элементов цепи (в частности АКБ), так и непосредственно его деталей и выходного напряжения. Одной из частых проблем, с которой приходится сталкиваться автовладельцам — это перезаряд, или же наоборот, низкое напряжение генератора. Устранить первую неисправность поможет проверка и замена регулятора напряжения либо диодного моста, а с выдачей низкого напряжения разобраться будет чуть сложнее. Причин, почему генератор выдает низкое напряжение, может быть несколько:

  1. увеличение нагрузки на бортовую сеть потребителями;
  2. пробой одного из диодов на диодном мосте;
  3. выход из строя регулятора напряжения;
  4. проскальзывание поликлинового ремня (вследствие слабого натяжения)
  5. плохой контакт массового провода на генераторе;
  6. короткое замыкание;
  7. просаженный аккумулятор.

Инфографика

Замена щеток генератора ВАЗ

Если у автомобиля ВАЗ внезапно наблюдается падение заряда аккумулятора, проблема может заключаться в износе щеток генератора. Срок эксплуатации щеток генератора на автомобилях ВАЗ достаточно долгий, но рано или поздно их все равно приходится менять. На большинстве моделей ВАЗ (2105, 2106, 2107, 2108, 2109, 21099, 2110, 2111, 2112, 2113, 2114, 2115, Калина, Приора и т.д.) щетки генератора меняются одинаково. Удобнее всего менять щетки на снятом генераторе ВАЗ.
Замена щеток генератора ВАЗ
Первый шаг – это демонтаж генератора ВАЗ. Затем необходимо сделать следующее:

1. Найти место крепления щеток и открутить болт щеткодержателя с помощью крестовой отвертки
2. Извлечь щетки генератора из посадочного места
3. Визуально оценить состояние и длину щеток генератора. Обратите внимание, что щетки генератора нужно менять, если их выступающая часть меньше 12 мм. Кроме того, щетки нужно заменить, если они неравномерно изношены

Щетки генератора ВАЗ стоят недорого, и их можно найти в любом автомагазине. После замены щеток сборку и установку генератора следует производить в обратном порядке.

Секрет работы генератора постоянного тока. Устройство и принцип действия

Генератор постоянного тока – это электрическая машина, производящая напряжение постоянной величины.

За этим вполне банальным определением кроется очень сложное устройство, являющееся практически совершенством технической мысли. Ведь с момента изобретения в конце XIX века устройство генератора постоянного тока не претерпело существенных изменений.

Никакая энергия не возникает просто так, ниоткуда. Она — всегда порождение другой силы. Это касается и электрического тока. Чтобы он возник, нужно магнитное поле, позволяющее использовать эффект электромагнитной индукции — возбуждение ЭДС во вращающемся проводнике.

Принцип работы генератора постоянного тока

устройство и принцип работы генератора постоянного токаЕсли к концам петли проводника, внутри которой вращается постоянный магнит, подключить нагрузку, то в ней потечет переменный ток. Произойдет это потому, что полюса магнита меняются местами. На этом эффекте основан принцип работы генераторов переменного тока, являющихся братьями-близнецами машин постоянного напряжения.

Вся хитрость, благодаря которой получаемый ток не меняет направления, заключается в том, чтобы успевать коммутировать точки подключения нагрузки с той же скоростью, с какой вращается магнит. Осуществить эту задачу может только коллектор – особое устройство, состоящее из нескольких токопроводящих секторов, разделенных диэлектрическими пластинами. Оно закрепляется на якоре электрической машины и вращается синхронно с ним.

Съем электрической энергии с якоря осуществляется щетками – кусочками графита, имеющего высокую электропроводность и низкий коэффициент трения скольжения. В тот момент, когда токопроводящие сектора коллектора меняются местами, индуцируемая ЭДС становится нулевой, но изменить знак она не успевает, поскольку щетка передана токосъемному сектору, подключенному к другому концу проводника.

как подключить генератор к сети домаЕсть несколько методов для решения вопроса: как подключить генератор к сети дома. Можно использовать перекидной или реверсивный рубильник, или же устанавливать агрегат с автоматической системой запуска.

В результате, на выходе устройства получается пульсирующее напряжение одной величины. Чтобы сгладить пульсацию напряжения используется несколько якорных обмоток. Чем их больше, тем меньше броски напряжения на выходе генератора.

Количество токосъемных секторов на коллекторе всегда в два раза больше, чем обмоток якоря.

Съем генерируемого напряжения с обмотки якоря, а не статора, является коренным отличием машины постоянного тока от переменного. Это же предопределило и их существенный недостаток: потери на трение между щетками и коллектором, искрение и нагрев.

Выясняем, как устроен агрегат

устройство генератора постоянного токаКак любая электрическая машина, генератор постоянного тока состоит из якоря и статора.

Якорь собирается из стальных пластин с углублениями, в которые укладываются обмотки. Их концы подсоединяются к коллектору, состоящему из медных пластин, разделенных диэлектриком. Коллектор, якорь с обмотками и вал электрической машины после сборки становятся единым целым.

Статор генератора является одновременно и его корпусом, на внутренней поверхности которого закрепляется несколько пар постоянных или электрических магнитов. Обычно используются электрические, сердечники которых могут быть отлиты вместе с корпусом (для машин малой мощности) или набраны из металлических пластин.

Также на корпусе предусматривается место для крепления токосъемных щеток.

В зависимости от количества полюсов магнитов на статоре меняется и количество графитовых элементов. Сколько пар полюсов, столько и щеток.

Типы подключения электрических магнитов статора

параллельная работа генераторов постоянного токаГенераторы постоянного тока различаются по типу подключения электрических магнитов статора. Они могут быть:

  • с независимым возбуждением;
  • параллельным;
  • последовательным.

При независимом возбуждении электрические магниты статора подключаются к автономному источнику постоянного тока. Обычно это делается через реостат. Достоинством такой схемы является возможность регулировки генерируемой электрической мощности в широких пределах. Недостатком – необходимость иметь дополнительный источник питания.

Остальные два способа являются частными случаями самовозбуждения генератора, которое возможно при небольшом остаточном магнетизме статора. При параллельной работе генератора постоянного тока электромагниты статора питаются частью генерируемого напряжения. Это самая распространенная схема.

регулятор мощности для паяльника своими рукамиПри последовательном возбуждении цепь электромагнитов включается последовательно с нагрузочной цепью якоря. Величина тока, протекающего по электромагнитам, существенно зависит от нагрузки генератора. Поэтому такая схема используется только для подключения тяговых двигателей постоянного тока, которые при торможении переходят в режим генерации.

Применяется и смешанная схема подключения обмотки возбуждения – параллельно-последовательная. Для этого на каждом полюсе электромагнита должно быть две изолированные обмотки (включаемая последовательно обычно состоит всего из двух–трех витков).

Такие электрические машины применяются в том случае, если требуется ограничить ток короткого замыкания в нагрузке. Например, в мобильных сварочных агрегатах.

Наличие коллекторно-щеточного узла существенно усложняет конструкцию электрической машины. Кроме того, передача генерируемой энергии через него осуществляется с большими потерями и физическими нагрузками. Поэтому, там где это возможно, машины постоянного тока заменяют асинхронными генераторами с выпрямительным мостом. Таковы, например, все автомобильные источники электроэнергии.

Генератор постоянного тока. Принцип работы и устройство

Для преобразования различных типов энергии в электрическую, используются специальные устройства. Одним из наиболее простых механизмов является генератор постоянного тока, который можно купить в любом магазине электротоваров или собрать своими руками.

Характеристики

Генератор постоянного тока – это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую для дальнейшего использования во внешнем контуре. Источником механической энергии в таком случае может служить любое механическое усилие: вращение специальной ручки, подключение двигателя к прибору. Нужно отметить, что подавляющая часть квартир и домов в черте любого города снабжается при помощи именно таких генераторов, только промышленного типа.

Генератор постоянного тока

Электрический генератор тока может действовать полностью противоположно. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется посредством электродвигателя. Многие моторы оснащаются ручным (механическим) приводом, которые при правильном подключении могут преобразовать энергию и сети в обратном направлении.

Принцип работы и устройство

Генератор постоянного тока состоит из двух основных частей – это статор и ротор. Прочие детали:

  1. Корпус: внешняя рама генератора. Зачастую изготовлен из чугуна или стали. Корпус обеспечивает механическую прочность для всей конструкции генератора (или электродвигателя). Он также передает магнитный поток, создаваемый полюсами;
  2. Магнитные полюсы. Соединяются с корпусом при помощи винтов или болтов, на них размещается обмотка;
  3. Статор, остов или ярмо изготавливается из ферромагнитных сплавов, на эту деталь устанавливается катушка возбуждения. Сердечники оснащены полюсами, которые помогают определить направление потока заряженных частиц. Именно магнитные наконечники образовывают магнитное поле, необходимое для работы устройства;
  4. Ротор: якорь генератора. Сердечник собирается из отдельных стальных пластин, это помогает увеличить КПД генератора и уменьшить образование вихревых токов. При установке пластин образуются впадины, в которые наматывается обмотка якоря или обмотка самовозбуждения;
  5. Коммутатор и щетки. Щетки изготавливаются из графита, при этом их в генераторе как минимум две. Узнать число щеток можно при помощи подсчета полюсов – этот показатель идентичен.

Конструкция якоря постоянного генератора

Для соединения выводов контура используются коллекторные пластины, их производятся из меди, которая известна, как отличный проводник электрических сигналов.

Принцип действия генератора постоянного тока базируется на формуле:

e = B*l*v

Согласно ему, когда проводник движется в магнитном поле (что позволяет сократить магнитные силовые линии), ЭДС индукции динамически производится в проводнике. Величина генерируемого ЭДС может быть задана при помощи уравнения генератора постоянного тока .

Одной из основных функций устройства для преобразования переменного тока является генерирование ЭДС в постоянный ток. Направление генерируемого ЭДС будет меняться через каждый проводник, через который энергия проходит при вращении ротора. При помощи коммутатора, на выходе генератора образуется постоянный поток заряженных частиц. Выходной сигнал при этом имеет вот такой вид:

Выходной сигнал генератора постоянного тока

Типы

Существуют такие типы генераторов постоянного тока: с самовозбуждением и работающие по принципу независимого включения (схема ниже). Способы возбуждения зависят от типа питания устройства. Самовозбуждающийся электрогенератор работает от наружных источников, это может быть аккумуляторная батарея или ветрогенератор. Также внешняя система возбуждения часто реализовывается на магнитах (в основном на устройствах с низкой мощностью, до нескольких десятков ватт).

Схема генератора с независимым включением

Возбуждение независимого генератора производится за счет питания от обмотки прибора. Эти устройства также делятся на виды:

  1. Шунтовые или параллельного возбуждения;
  2. Последовательные.

Первые отличаются параллельным включением обмотки якоря с обмоткой возбуждения, вторые, соответственно, последовательным подключением этих деталей.

Якорная реакция

Это довольно частое явление в режиме холостого хода генератора. Оно характеризуется наложением результирующих магнитных полей статором и ротором, что снижает напряжение и уменьшает магнитное поле. Вследствие, падает электродвижущая сила устройства, наблюдаются перебои в работе, синхронный генератор даже может перегреться или загореться из-за искр, которые появляются от неправильного трения щеток.

Полюсы генератора

При этой неисправности можно сделать следующее:

  1. Компенсировать магнитное поле при помощи дополнительных полюсов. Это поможет справиться с падением этой характеристики в отдельных точках схемы;
  2. Часто ремонт осуществляется простым сдвигом коллекторных щеток.

Назначение

В отличие от генераторов переменного тока, устройства с постоянным типом электроэнергии нуждаются в источнике бесперебойного питания, постоянно направляющего ток DC в обмотку якоря. Из-за этого область применения таких приборов довольно узкоспециализированная, в данный момент они мало где используются.

Принцип работы генератора

Часто их используют для питания электрического транспорта в городах. Также генераторы постоянного тока применяют для работы электрического автомобиля, мотоцикла или как судовые возбудители или сварочные инверторы. Они применяются как тихоходные двигатели для ветряков.

Генератор дизельный постоянного тока может использоваться как электродвигатель для мощных промышленных машин (тяговый трактор, комбайн и прочие) и тахогенератор. При этом для управления трактора требуется мощный агрегат, у которого технические характеристики не уступают показателям 300 – 400 кВт. При этом дизель может заменить также газ.

Устройство автомобильного генератора

Генератор постоянного тока имеет следующие характеристики (расчет производится при n=const):

  1. Холостой ход Е=f(iв)
  2. Формула для последовательного возбуждения U=f(I)
  3. Параллельное возбуждение U=f(I)

Исследование показывает, что характеристики можно рассчитать и исходя из n=0.

Стандартные показатели Вы можете найти в паспорте прибора, причем они часто отклоняются на несколько процентов (возможная погрешность также указывается в инструкции к генератору). Самодельные генераторы могут иметь отличные характеристики от представленных, подобрать необходимые данные можно при помощи справочников. Проверить их можно методом измерения имеющихся параметров, есть разные способы, зависящие от типа генератора.

Достоинства генератора постоянного тока:

  1. В отличие от прибора переменного типа, не теряет энергию на гистерезисе, а также на вихревых токах;
  2. Может работать в экстремальных условиях;
  3. Имеет относительно легкий вес и небольшую конструкцию;

У такого устройства есть и недостатки. Главным является необходимость во внешнем источнике питания. Но иногда данная особенность используется как регулятор электрической машины.

Купить генераторы постоянного тока можно в интернет-магазинах, на импортных сайтах, а также на заводах и рынках. Продажа также производится с рук, но не рекомендуем использовать бывшие в употреблении электрические приборы. Стоимость зависит от назначения и мощности прибора. Цена на 4ГПЭМ варьируется в пределах 30 000 рублей, а ПМ-45 – 60 000. При покупке должна быть произведена презентация работы.

Синхронный генератор переменного тока

Определения синхронного генератора переменного тока или альтернатора таится в самом названии генератора. Синхронный генератор – это, по сути, электрическая машина, которая вырабатывает переменную электроэнергию. Это тот тип генератора, который преобразовывает механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Также он известен под названием синхронный генератор переменного тока.

История

Первыми, кто концептуально объяснил принцип работы генератора переменного тока, были Майкл Фарадей и Ипполит Пикси. Майкл Фарадей разработал принцип вращательного прямоугольного движения проводника внутри магнитного поля, с целью выработки переменного тока по внешнему статическому контуру. После этого, в 1886 году, Джеймс Эдвард Генри Гордон разработал и создал первую полезную экспериментальную модель генератора. Через некоторое время, Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали модель синхронного генератора, производившего переменный ток частотой между 100 и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла разработал коммерческую модель альтернатора, который действовал на частоте около 15 КГц. После 1891 года, были изобретены многофазные альтернаторы.

Применение генератора переменного тока

У современных автомобилей питание для их электрических систем поступает от генератора переменного тока. Раньше для этого использовались генераторы постоянного тока или динамо-машины, но с изобретением альтернатора, генератор постоянного тока был заменён на более прочный и легкий генератор переменного тока. Несмотря на то, что питание для электрической системы автомобилей поступает, как правило, в виде переменного тока, всё же альтернатор с диодным выпрямителем будет лучшей заменой генератору постоянного тока, хотя бы потому, что у альтернатора система коммутации более упрощена.

Тепловозы с электрической передачей также используют генератор переменного тока. Фактически, двигатель тепловоза это не что иное, как альтернатор, приводимый от дизельного двигателя. Переменный ток, вырабатываемый генератором данного типа, преобразовывается с помощью интегральных выпрямителей на кремниевых диодах в переменный, который уже питает все тяговые электродвигатели постоянного тока, ответственные за приведения тепловоза в движение.

Генератор переменного тока также используют и для морских суден, а принцип использования тот же, как и в случае с тепловозом с электрической передачей. Синхронные генераторы, которые используют для морских суден, это специально сконструированы с соответствующими улучшениями электродвигатели, способные работать в условиях воздействия соленой воды. Типичная выходная мощность судового генератора переменного тока составляет 12 или 24 вольт. Чтобы выработать большую мощность для больших суден, используют более одного генератора. Двигательная система морских суден работает следующим образом: генератор вырабатывает мощность, которую сначала выпрямляют, а потом используют для подзарядки стартерных и вспомогательных аккумуляторов питания электродвигателя судна.

Типы генераторов

Альтернаторы или синхронные генераторы можно классифицировать разными способами, в зависимости от способа их применения и конструкции. Согласно способу применения эти машины можно классифицировать следующим образом:

  1. автомобильный генератор – используется в современных автомобилях;
  2. генератор тепловоза с электрической передачей – используется в дизель-электрических моторвагонных поездах;
  3. судовой генератор – используется на морских суднах;
  4. бесщёточный генератор – используется на электростанциях, как главный источник электропитания;
  5. высокочастотный генератор – используется для передачи данных в диапазоне низких радиочастот.

Генераторы переменного тока можно разделить многими способами, но, согласно их конструкции, мы обсудим только два основных типа генератора, а именно:

1) явнополюсный генератор переменного тока

Он используется как низко- и среднеоборотный генератор переменного тока. Он имеет большое количество выступающих полюсов, сердечники которых закреплены болтами или соединением типа «ласточкин хвост» на чугунном или стальном магнитном колесе большого сечения с хорошими магнитными качествами. Генераторы такого типа характеризируются большим диаметром и небольшой осевой длиной. Вид у них, как у большого колеса, а используют их в основном для тихоходных гидротурбин, типу тех, которые применяют на гидроэлектростанциях.

2) глянцевитый цилиндрический генератор переменного тока

Он используется как паротурбогенератор переменного тока. Ротор данного генератора вращается с очень большой скоростью. Ротор состоит из глянцевитого цилиндра из кованой стали с промежуточно выфрезерованными по внешней периферии пазами, на которых размещены катушки возбуждения. Такие роторы разрабатывают главным образом для двух- или четырёхполярных паротурбогенераторов, частота вращения которых составляет 36000 или 1800 об-мин соответственно.

Трехфазный генератор переменного тока. Принцип работы и его устройство

Тот, кто незнаком с генераторами, объясняем, что это агрегат, в котором из одного вида энергии получается другая. А, точнее, из механической электрическая. При этом эти приборы могут генерировать как ток постоянный, так и ток переменный. До середины двадцатого века использовались в основном генераторы постоянного тока. Это были аппараты больших размеров, которые работали не очень хорошо. Появление на рынке диодов полупроводникового типа позволило изобрести трехфазный генератор переменного тока. Именно диоды позволяют выпрямить переменный ток.

Трехфазный генератор

Принцип работы

В основе работы трехфазного генератора лежит закон Фарадея – закон электромагнитной индукции, который гласит, что электродвижущая сила будет обязательно индуцироваться во вращающейся прямоугольной рамке, которая установлена между двумя магнитами. При этом делается оговорка, что магниты будут создавать вращающееся магнитное поле. Направление вращения и рамки, и магнитного поля обязательно совпадают. Но электродвижущая сила будет возникать и в том случае, если рамка останется неподвижной, а внутри нее вращать магнит.

Чтобы разобраться, как работает генератор, обратите внимание на рисунок ниже. Это простейшая схема его работы.

Принцип действия генератора тока

Здесь хорошо видны магниты с разными полюсами, рамка, вал и токосъемные кольца, с помощью которых производится отвод тока.

Конечно, это просто схема, хотя лабораторные генераторы так и создавались. На практике же обычные магниты заменяют электромагнитами. Последние – это медная обмотка или катушки индуктивности. Когда по ним проходит электрический ток, образуется необходимое магнитное поле. Такие генераторы установлены во всех автомобилях (это для примера), чтобы их запустить, под капотом устанавливается аккумулятор, то есть, источник постоянного тока. Некоторые модели генераторов запускаются по принципу самовозбуждения или при помощи маломощных генераторов.

Схемa генерaторa переменного токaСхемa генерaторa переменного токa

Разновидности

В основе классификации заложен принцип действия, поэтому эти агрегаты переменного тока делятся на два класса:

  • Асинхронные. Это самые надежные в работе, небольших размеров и веса, простых по конструкции генераторы. Они прекрасно справляются с перегрузками и коротким замыканием. Правда, необходимо учитывать, что данный вид сразу же выходит из строя, если на него будет действовать большая перегрузка. К примеру, пусковой ток электрооборудования. Поэтому стоит учитывать этот факт, для чего придется приобретать генератор мощностью большей раза в три или четыре, чем потребляемая мощность оборудования при запуске.
  • Синхронные. А вот этот вид легко справляется с краткосрочными нагрузками. Такой генератор может выдержать перегруз раз в пять или шесть. Правда, высокой надежностью он не отличается по сравнению с асинхронным вариантов, к тому же он является обладателем больших размеров и массы.

Конечно, в данном разделении лежит принцип работы агрегата. Но есть и другие критерии.

Отличие генераторов тока

  • Однофазный.
  • Двухфазный.
  • Трехфазный.
  • Многофазный (обычно шесть фаз).
  • Сварочный.
  • Линейный.
  • Индукционный.
  • Стационарный.
  • Переносной.

Устройство трехфазного генератора

В принципе, устройство трехфазного генератора переменного тока достаточно простое. Это корпус с двумя крышками с противоположных сторон. В каждой из них проделаны отверстия для вентиляции. В крышках устроены ниши под подшипники, в которых вращается вал. На передний конец вала устанавливается передаточный элемент. К примеру, на автомобильном генераторе установлен шкив, с помощью которого вращение передается от двигателя внутреннего сгорания на генератор. На противоположном конце вала производится передача электрического тока, ведь вал в этом случае выступает как электромагнит с одной обмоткой.

Передача производится через графитовые щетки и токосъемные кольца (они из меди). Щетки соединены с электрорегулятором (по сути, это обычное реле), который регулирует подачу напряжение 12 вольт с требуемыми отклонениями. Самое важное, что реле не повышает и не понижает напряжение в зависимости от скорости вращения самого вала.

Устройство генератора

Так вот если говорить о трехфазных генераторах переменного тока, то это три вот таких однофазных. Только трехфазный агрегат имеет обмотку не на роторе (валу), а в статоре. И таких обмоток три, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе. Вал, как и в первой конструкции, выполняет функции электромагнита, который питается через контакты скользящего типа постоянным током.

Вращение вала создает в обмотках магнитное поле. Электродвижущая сила начинает индуцироваться, когда происходит пересечение магнитного поля обмоток с ротором. А так как обмотки располагаются на статоре симметрично, то есть, через каждые 120º, то соответственно и электродвижущая сила будет иметь одинаковое амплитудное значение.

Устройство генератора переменного тока и его классификация

Конструктивно, электрогенератор состоит из:

  1. Токопроводящей рамки.
  2. Магнитов.

Работает он следующим образом:

  1. Токопроводящая рамка помещается в магнитное поле, созданное между полюсами магнитов. Ее концы снабжают контактными кольцами, которые также способны вращаться.
  2. С помощью упругих токопроводящих пластинок (щеток), кольца соединяют с электрической лампочкой.
  3. Рамка, вращаясь в магнитном поле, постоянно пересекает своими сторонами магнитные силовые линии.
  4. Пересечение рамкой магнитных силовых линий вызывает возникновение ЭДС и получение индукционного тока.
  5. Под действием полученного индукционного тока, лампочка начинает светиться. Свечение лампочки продолжается до тех пор, пока вращается рамка.

Генератор переменного тока

Один полный оборот рамки внутри магнитного поля приводит к тому, что возникающая ЭДС, дважды меняет свое направление, причем ее величина дважды увеличивается до максимального значения (проводники проходили под полюсами магнитов) и дважды была равна нулю (проводники двигались вдоль силовых линий магнитного поля).

Такое изменение ЭДС в процессе непрерывного вращения рамки вызывает в замкнутой электрической цепи постоянно изменяющийся по направлению и величине синусоидальный электрический ток, который в настоящее время называют переменным.

В современной энергетике используются индукционные генераторы переменного тока различного типа. При этом, принцип их действия одинаков и базируется на принципе электромагнитной индукции.>

В общем виде, такие устройства представляют собой достаточно сложное изделие, состоящее из медной проволоки, и большого количества изоляционных и конструктивных материалов.

Устройство и принцип работы

Устройство

Любой генератор переменного тока состоит из:

  1. Постоянного тока или электромагнита, который создает магнитное поле. С целью получения мощного магнитного потока, в генераторах устанавливают специальные магнитные системы из двух сердечников, которые изготавливаются из электротехнической стали.
  2. Обмотки, в которой возникает переменная ЭДС. Обмотки, создающие магнитное поле, размещают в специальных пазах одного сердечника, а обмотки, в которых возникает ЭДС — в пазах другого.
  3. Для подвода питающего напряжения и съема полученного переменного тока, используются контактные кольца и щетки. Эти детали изготавливаются из токопроводящих материалов. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле значительно меньше той, которую генератор отдает во внешнюю цепь, поэтому генерируемое напряжение удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить маломощное питающее напряжение.

В маломощных устройствах щетки и кольца используются значительно реже, так как в их конструкциях можно использовать вращающиеся постоянные магниты, которым подвод питающего напряжения не нужен.>

Как правило:

  1. Внутренний сердечник (ротор) вместе с обмоткой вращается вокруг своей оси.
  2. Внешний сердечник (статор) неподвижен.
  3. Зазор между ротором и статором должен быть минимальным — только тогда мощность потока магнитной индукции максимальна. При этом, магнитное поле создает неподвижный магнит, а обмотки, в которых создается ЭДС, вращаются.

Однако, в больших промышленных генераторах, внешний сердечник, создающий магнитное поле, вращается вокруг внутреннего, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, остаются неподвижными.

Во время работы, в обмотке ротора возникает ЭДС, амплитуда которой пропорциональна количеству витков. Кроме того, она пропорциональна и амплитуде переменного магнитного потока (через виток).

Принцип работы синхронного генератора:

Принцип работы и устройство синхронного генератора

 

Область применения

Кэмпинг в лесуПовседневную жизнь человеческого общества невозможно представить без переменного тока. Его широкое использование связано с тем, что он обладает огромными преимуществами перед постоянным.

При этом, главным преимуществом является то, что напряжение и силу переменного тока можно легко и практически без потерь преобразовать в достаточно широких пределах.

Особенно, такое преобразование необходимо в случае передачи электроэнергии на большие расстояния. Электроэнергия обладает большими преимуществами перед другими видами энергии.

Ее можно передавать на большие расстояния с малыми потерями и достаточно легко распределять между потребителями. Кроме того, электроэнергия просто превращается в другие виды энергии (световая, тепловая, механическая и пр.).

Именно поэтому, генераторы переменного тока в современных условиях получили очень широкое применение. С их помощью вырабатывается электроэнергия, которая затем используется во всех отраслях промышленности, а также в быту и на всех видах транспорта.

Классификация

Синхронный и асинхронный двигатели

В связи с большим разнообразием генераторов, выпускаемых промышленностью различных стран, была разработана и достаточно обширная система их классификации.

Так, генераторы переменного тока различают по:

  1. Виду.
  2. Конструкции.
  3. Способу возбуждения.
  4. Количеству фаз.
  5. Соединению фазных обмоток.

Электрогенераторы переменного тока бывают:

  1. Асинхронными. Изделия, в которых на вращающемся валу имеются пазы, предназначенные для размещения обмоток. Они генерируют электрический ток с небольшими искажениями, величина которого не превышает номинального значения. Изделия этого типа используются для электропитания бытовой техники.
  2. Синхронными. Изделия, в которых катушки индуктивности размещены непосредственно на роторе. Они способны выдавать ток, который обладает высокой пусковой мощностью.

Генератор с неподвижным ротором

Конструктивно различают генераторы:

  1. С неподвижным ротором.
  2. С неподвижным статором

Конструкции с неподвижным статором получили наибольшее распространение благодаря тому, что отпадает необходимость в использовании контактных колец и плавающих щеток.

По способу возбуждения электрогенераторы бывают:

  1. С независимым возбуждением (питающее напряжение подается на обмотку возбуждения от отдельного источника постоянного тока).
  2. С самовозбуждением (обмотки возбуждения питаются выпрямленным (постоянным) током, получаемым от самого генератора).
  3. С обмотками возбуждения, питание которых осуществляется от стороннего генератора постоянного тока малой мощности, «сидящего» на одном валу с ним.
  4. С возбуждением от постоянного магнита.

По количеству фаз различают электрогенераторы:

  1. Однофазные.
  2. Двухфазные.
  3. Трехфазные.

Наибольшее распространение получили трехфазные генераторы.

Это связано с наличием некоторых преимуществ, среди которых нужно отметить возможность беспроблемного получения:

  1. Вращающегося кругового магнитного поля, что способствует экономичности их изготовления.
  2. Уравновешенной системы, что существенно повышает срок службы энергоустановок.
  3. Одновременно двух рабочих напряжений (фазного и линейного) в одной системе.
  4. Высоких экономических показателей — значительно уменьшается материалоемкость силовых кабелей и трансформаторов, а также упрощается процесс передачи электроэнергии на большие расстояния.

Трехфазные генераторы отличаются электрическими схемами соединения фазных обмоток.

Бывает, что фазные обмотки соединяются:

  1. «Звездой».
  2. «Треугольником».

Описание схем

Для получения связанной трехфазной системы, обмотки электрогенератора нужно соединить между собой одним из двух способов:

«Звезда»

Схема

Соединение «звездой» предусматривает электрическое соединение концов всех обмоток в одной точке. Точка соединения называется «нулем». При таком соединении нагрузка к генератору может быть подключена 3 или 4 проводами.

Провода, идущие от начала обмоток называются линейными, а провод, идущий от нулевой точки — нулевым. Напряжение между линейными проводами называют линейным.

Линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза.

Напряжение между нулевым и любым из линейных проводов называется фазным. Фазные напряжения равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол, который равен 120 градусов.

Особенностью схемы является также равенство линейных и фазных токов.

Наиболее распространена 4 проводная схема — соединение «звездой» с нейтральным проводом. Она позволяет избежать перекоса фаз в случае подключения несимметричной нагрузки, например, на одной фазе — включена активная нагрузка, а на другой — емкостная или реактивная. При этом, обеспечивается сохранность включенных электроприборов.

«Треугольник»

Схема соединения треугольником

Соединение «треугольником» — это последовательное соединение обмоток трехфазного генератора: конец первой обмотки соединяется с началом второй, ее конец — с началом третьей, а конец последней — с началом первой.

В этом случае, линейные провода отводятся от точек соединения обмоток. При этом, линейное напряжение равно фазному, а величина линейного тока в 1,73 раза больше фазного.

Все упомянутые зависимости справедливы только при равномерной нагрузке фаз. При неравномерной нагрузке фаз, их необходимо пересчитывать аналитическими или графическими методами.

Практическое применение

Генератор переменного токаИндукционные генераторы находят свое применение практически во всех областях жизнедеятельности человеческого общества.

Причем в любом случае, для получения переменного тока используется энергия вращения вала генератора.

Это касается:

  1. Крупных гидро-, тепло-, и атомных электростанций.
  2. Промышленных электрогенераторов.
  3. Бытовых электрогенераторов.

Генераторы, устанавливаемые на электростанциях, вырабатывают большое количество электроэнергии, которая затем передается на огромные расстояния.

Они разрабатываются под конкретные, узкоспециализированные задачи и представляют собой сложнейшие устройства, для установки которых необходимо строить отдельные здания и сооружения. Кроме того, их работа обеспечивается специально организованной инфраструктурой.

Промышленные генераторы используются для обеспечения электроэнергией объектов, в работе которых не должно быть перебоев с подачей напряжения.

Кроме того, их используют для обеспечения электроэнергией строительных площадок, вахтовых поселков, удаленных ферм и буровых установок, находящихся в местах, где подводка стационарных линий электропередач невозможна или экономически нецелесообразна.

Как правило, для работы они используют дизельное топливо, вырабатывая при этом переменный ток большой мощности (220 или 380 В). Используются для этого синхронные генераторы, которые способны обеспечить работу промышленного оборудования большой мощности.

В дизельных установках, вал генератора вращается с помощью двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Электрогенератор на шасси

Все комплектующие изделия, входящие в состав промышленного генератора, монтируются на высокопрочных стальных шасси, которое при необходимости устанавливается:

  1. Теплоизолированным контейнером.
  2. Передвижным шасси (колесное, на полозьях).

Бытовые электрогенераторы приобрели большую популярность сравнительно недавно.

Они используются для электрификации небольших коттеджей, загородных домов и дач, а также помогают решить ряд проблем, связанных с некорректной работой централизованной электросети и часто применяются в качестве аварийных источников переменного тока на ранее электрифицированных объектах подобного типа.

В устройствах этого типа для вращения вала генератора используют как бензиновые, так и дизельные ДВС. Они вырабатывают переменный ток небольшой мощности (от 0,5 до 15 кВт) и отличаются:

  1. Экономичностью.
  2. Небольшими размерами.
  3. Низким уровнем шума.

При выборе бытового генератора переменного тока, потенциальному потребителю необходимо обращать внимание на:

  1. Тип ДВС (бензиновый или дизельный).
  2. Заявленную в сопроводительной документации мощность.
  3. Тип генератора (синхронный или асинхронный).
  4. Фазность.
  5. Блок управления.
  6. Уровень шума.

Устройство генератора переменного тока

Для того чтобы обеспечить максимально комфортное существование человек разработал и изобрел огромное множество различных технологических устройств и сложных систем. Но одним из самых эффективных и действенных аппаратов, позволяющих использовать электричество стал генератор переменного тока.На фото изображены генераторы переменного тока

Рис. Генераторы переменного тока

Из чего состоит генератор?

Сегодня выделяют два основных вида конструкции:

  • Устройства с неподвижной частью – статором и вращающимся элементом – магнитным полюсом. Элементы данного типа широко используются среди населения, потому как наличие неподвижной обмотки избавило пользователя от необходимости снимать лишнюю электрическую нагрузку.
  • Электрическое устройство с якорем вращательного типа и неподвижным магнитным полюсом.

Выходит, что конструкция генератора сводится к наличию двух основных частей: подвижной и неподвижной, а также к элементам, которые служат связующим звеном между ними (щетки и провода).

Принцип работы генератора переменного тока

Принцип работы генератора переменного тока автомобиля:

  • вращающая часть ротора или привода механизма номинально принимается за электрический магнит. Именно он и будет передавать создаваемое магнитное поле на «тело» статора. Это внешний элемент устройства, который состоит из катушек с подведенными к ним проводами.
  • напряжение передается через кольца и коллекторные щитки. Кольца выполнены из меди и вращаются единовременно с ротором и коленвалом. В ходе движения к поверхности колец прижимаются щетки. Следовательно, ток будет передаваться от неподвижной части к подвижной части системы.

Технические характеристики

При покупке генератора переменного тока необходимо делать акцент на следующие технические характеристики:

  • Электрическая мощность;
  • Рабочее напряжение;
  • Количество оборотов вращающейся части генератора;
  • Коэффициент полезной мощности;
  • Сила тока.

Эти величины являются основными техническими характеристиками переменного тока.

Виды

Сегодня на территории Российской Федерации реализуют продажу различных видов сертифицированных и не прошедших лицензирование генераторов переменного тока. Самыми популярными из этих устройств являются следующие:

  • двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного тока – этот вариант подходит для тех случаев, когда человеку необходим компактны преобразователь энергии теплового типа;
  • однофазный генератор переменного тока – устройство используется для однофазных электрических систем;
  • двухфазный генератор переменного тока – применение этого прибора обусловлено особенностями системы, т.е. на данный момент его можно использовать только в двухфазных системах;
  • трехфазный генератор переменного тока – специалисты утверждают, что оборудование этого типа обладает высокими техническими характеристиками и отличается тем, что его можно применять только для трехфазных систем;
  • генератор переменного тока 380в без двигателя – этот вид генераторов предназначается для работы в системе с напряжением в 380 В;
  • генераторы переменного тока 220 вольт – стандартный вариант генераторов, основанных на работе переменного тока;
  • генератор переменного тока на тиристоре – в данном случае постоянной составляющей системы является тиристор. Его используют в двух возможных включенных состояниях системы;
  • синхронный генератор переменного тока – в отличии от асинхронного генератора, все процесс, протекающие в системе совпадают по определенным техническим характеристикам;
  • судовые генераторы переменного тока – такие элементы применяют на судах. Имеют высокий уровень защиты от влаги и пыли;
  • индукционный генератор переменного тока – основан на работе индукционных токов;
  • переносные генераторы переменного тока – просты в эксплуатации и транспортировке;
  • сварочный генератор переменного тока из асинхронного электродвигателя – устройство имеет сложную конструкцию и отличается высокими техническими характеристиками.

На фото двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного тока

На фото двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного тока

Самодельный генератор переменного тока на фото

Самодельный генератор переменного тока на фото

Переносной генератор переменного тока на фото

Переносной генератор переменного тока на фото

Устройство

Чтобы использовать генератор переменного тока правильно, необходимо ознакомиться с его схемой.На рисунке представлена схема генератора переменного тока

На рисунке представлена схема генератора переменного тока

Также стоит отметить, что бытовые генераторы переменного тока применяются еще и в автотранспортных средствах. Но в данном случае необходимо помнить о том, что элемент, накапливающий энергии не должен быть разряжен полностью, потому как в будущем это может оказать негативное влияние на его технические возможности.

Как возбудить генератор?

Чтобы возбудить генератор переменного электрического тока требуется подать на него соответствующее напряжение, которое приведет к возникновению магнитного поля. Следует помнить о том, что устройства этого вида нередко выходят из строя. Перед запуском необходимо проверить целостность обмотки возбуждения.

Генератор переменного тока ремонтДля ремонта генератора необходима знать его устройство и принцип работы

Для ремонта генератора необходима знать его устройство и принцип работы

По мнению специалистов и обслуживающих сервисных центров, не стоит самостоятельно пытаться производить ремонт генераторов переменного тока. Любая, даже самая незначительная ошибка может привести к серьёзным проблемам и оказать непосредственное влияние на здоровье человека.

Стоимость бытовых генераторов переменного тока

Купить необходимое бытовое оборудование этого типа можно только в специализированных торговых точках. Стоимость генератора переменного тока, предназначенного для бытового использования, варьируется в промежутке от 35 000 рулей до 70 000 рублей.  Цена устройства зависит от технических характеристик и от производителя.

Где купить генератор переменного тока?

Где купить в Москве:

  1. ООО «Аралекс» г.Москва, Ярославское шоссе, дом 2 Контактный телефон: +7 (903) 678-56-50;
  2. ООО «Эксперт Москва», г.Москва, проезд.Остаповский, д.3, стр 8 Контактный телефон: +7 (929) 573-03-64, +7 (903) 180-39-20;
  3. TSK Promgroup, г. Москва, ул.Верейская, 17. Бизнес-центр Верейская плаза 2, Контактный телефон: +7 (495) 580-69-38 доб. 100, +7 (926) 363-62-49.

Где купить в Санкт-Петербурге:

  1. Интернет-магазин ВКорзине.ру, г. Санкт-Петербург аллея Поликарпова д.2 Контактный телефон:8 (812) 426-11-27;
  2. ООО Интермет Санкт-Петербург, Складская улица д.4 Контактный телефон: +7 (812) 747-74-44;
  3. Торговая компания Литэнерго, г.Санкт-Петербург,ул. Литовская, д. 10, офис 1310 Контактный телефон:8 (812) 596-39-79.

Перед покупкой любого оборудования, предназначенного для работы с электричеством, необходимо узнать о представителя магазина о наличии всех необходимых сертификатов качества, и протестировать устройство на работоспособность.

Постоянный электрический ток — это что такое?

Постоянный электрический ток – это непрерывное движение электронов из области отрицательных (-) в область положительных (+) зарядов через проводящий материал, такой как металлическая проволока. Хотя статические разряды и представляют собой спонтанные движения заряженных частиц от отрицательно к положительно заряженной поверхности, непрерывного движения частиц через проводник не происходит.

Для создания потока электронов необходима цепь постоянного электрического тока. Это источник энергии (например, батарея) и проводник, идущий от положительного полюса к отрицательному. В цепь могут быть включены различные электрические устройства.

Непрерывное движение электронов

Постоянный ток представляет собой непрерывное движение электронов через проводящий материал, такой как металлическая проволока. Заряженные частицы движутся к положительному (+) потенциалу. Для создания потока электроэнергии требуется электрическая цепь, состоящая из источника питания постоянного тока и провода, образующего замкнутый контур. Хорошим примером такой цепи является фонарик.

Хотя отрицательно заряженные электроны движутся через провод к положительному (+) полюсу источника питания, движение тока указывается в противоположном направлении. Это является следствием неудачного и путающего соглашения. Ученые, экспериментировавшие с токами, посчитали, что электричество движется от (+) к (-), и это стало общепринятым еще до открытия электронов. В действительности отрицательные заряженные частицы движутся к положительному полюсу, противоположно направлению, указанному как направление движения тока. Это сбивает с толку, но после того, как соглашение было принято, уже трудно что-то исправить.

постоянный электрический ток это

Напряжение, ток и сопротивление

Электричество, проходящее через провод или другой проводник, характеризуется напряжением U, током I и сопротивлением R. Напряжение является потенциальной энергией. Ток представляет собой поток электронов в проводнике, а сопротивление – силу его трения.

Хороший способ представить постоянный электрический ток – это провести аналогию с водой, текущей по шлангу. Напряжение представляет собой потенциал, нарастающий на одном конце провода из-за избытка отрицательно заряженных электронов. Это похоже на повышенное давления воды в шланге. Потенциал заставляет электроны двигаться через провод в область положительного заряда. Эта потенциальная энергия называется напряжением и измеряется в вольтах.

Постоянный электрический ток – это поток электронов, измеряемый в амперах. Он подобен скорости движения воды по шлангу.

Ом является единицей измерения электрического сопротивления. Атомы проводника расположены так, что электроны будут проходить с небольшим трением. В изоляторах или плохих проводниках атомы оказывают сильное сопротивление или препятствуют перемещению заряженных частиц. Это аналогично трению воды в шланге при прохождении через него.

Таким образом, напряжение подобно давлению, расход – току и гидравлическое сопротивление – электрическому.

электрическая схема постоянного тока

Создание постоянного тока

Хотя статическое электричество может быть разряжено через металлическую проволоку, оно не является источником постоянного тока. Им являются батареи и генераторы.

В батареях для создания электроэнергии постоянного тока используются химические реакции. Например, автомобильный аккумулятор состоит из свинцовых пластин, помещенных в раствор серной кислоты. Когда пластины получают заряд от сети или генератора автомобиля, они изменяются химически и удерживают заряд. Этот источник постоянного тока может затем использоваться для питания фар автомобиля и т. д. Проблема заключается в том, что серная кислота очень едкая и опасная.

Другую батарею можно сделать самостоятельно из лимона. Она не требует зарядки, но зависит от кислотной реакции разных металлов. Медь и цинк работают лучше всего. Можно использовать медную проволоку или монету. В качестве другого электрода можно использовать оцинкованный гвоздь. Железный тоже будет работать, но не так хорошо. Достаточно воткнуть медный провод и гальванизированный гвоздь в обычный лимон и измерить напряжение между ними вольтметром. Некоторым с помощью этой батареи даже удавалось зажечь лампочку фонарика.

Надежным источником является генератор, который сделан из проволоки, намотанной между северными и южными полюсами магнита.

Таким образом, постоянный электрический ток – это непрерывное движение электронов от отрицательного к положительному полюсу проводника, такого как металлическая проволока. Для прохождения заряженных частиц необходима цепь. В ней направление движения тока противоположно потоку электронов. Цепь характеризуется такими величинами, как напряжение, ток и сопротивление. Источниками постоянного тока являются аккумуляторы и генераторы.

постоянный электрический ток источники постоянного тока

Электрические цепи

Электрическая схема постоянного тока состоит из источника, к полюсам которого подсоединены проводники, соединяющие приемники в замкнутый контур. Это обязательное условие для прохождения тока. Цепи могут быть последовательными, параллельными или комбинированными.

Если взять источник постоянного тока, например аккумулятор, и подсоединить его положительный и отрицательный полюсы проводами к нагрузке, например лампочке, то образуется электрическая цепь. Иными словами, электроэнергия течет от одного контакта батареи к другому. Последовательно с лампой можно установить выключатель, который при необходимости будет регулировать подачу постоянного электрического тока.

электрическое напряжение постоянного тока

Источники постоянного тока

Цепь требует наличия источника питания. Как правило, для этого используется батарея или аккумулятор. Другим источником энергии служит генератор постоянного тока. Кроме того, можно пропустить переменный ток через выпрямитель. Обычный адаптер, используемый с некоторыми портативными устройствами (например, смартфонами), преобразует 220 В переменного тока в постоянный напряжением 5 В.

Проводники

Провода и нагрузка должны проводить электричество. Медь или алюминий являются хорошими проводниками и имеют низкое сопротивление. Вольфрамовая нить в лампе накаливания проводит ток, но имеет высокое сопротивление, которое заставляет ее нагреваться и накаляться.

мощность постоянного электрического тока

Последовательное и параллельное подключение

В электроцепи несколько устройств, таких как лампочки, могут соединяться в одну линию между положительным и отрицательным полюсами батареи. Такое подключение называется последовательным. Одной из проблем такой компоновки является то, что в случае перегорания одной лампочки она действует как выключатель и отключает всю цепь.

Приемники также могут соединяться параллельно, так что, если какая-либо лампа погаснет, цепь не будет обесточена. Параллельная схема включения используется не только в елочных гирляндах — электропроводка в домах тоже проводится параллельно. Поэтому освещение и приборы можно включать и выключать независимо друг от друга.

постоянный и переменный электрический ток

Закон Ома

К законам постоянного электрического тока относится закон Ома, который является самой фундаментальной формулой для электрических цепей. Согласно ему, ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Закон был впервые сформулирован в 1827 году немецким физиком Георгом Омом, когда он исследовал проводимость металлов. Закон Ома лучше всего описывает простые электрические цепи постоянного тока. Хотя он также применим к переменному току, в этом случае следует учитывать другие возможные переменные. Соотношение между током, напряжением и сопротивлением позволяет вычислить одну физическую величину, если известны значения двух других.

Закон Ома показывает зависимость между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. В простейшем виде записывается уравнением U = I × R. Здесь U – напряжение в вольтах, I – ток в амперах и R – сопротивление в омах. Таким образом, если известны I и R, можно вычислить U. При необходимости формулу можно изменять методами алгебры. Например, если известны U и R и нужно найти I, то следует использовать уравнение I = U / R. Или, если даны U и I и необходимо вычислить R, то применяется выражение R = U / I.

Важность Закона Ома заключается в том, что если значение двух переменных в уравнении известно, то можно определить третье. Любую из этих физических величин можно измерить с помощью вольтметра. Большинство вольтметров или мультиметров измеряют U, I, R постоянного и переменного электрического тока.

законы постоянного электрического тока

Вычисление U, I, R

Электрическое напряжение постоянного тока при известных токе и сопротивлении можно найти по формуле U = I × R. Например, если I = 0,2 А и R = 1000 Ом, то U = 0,2 А * 1000 Ом = 200 В.

Если известны напряжение и сопротивление, ток можно вычислить с помощью уравнения I = V / R. Например, если U = 110 В и R = 22000 Ом, то I = 110 В / 22000 Ом = 0,005 А.

Если известны напряжение и ток, то R = V / I. Если V = 220 В и I = 5 А, то R = 220 В / 5 А = 44 Ом.

Таким образом, закон Ома показывает зависимость между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. Он может применяться к цепям как постоянного, так и переменного тока.

Мощность постоянного электрического тока

Заряд, движущийся в цепи (если это не сверхпроводник), расходует энергию. Это может привести к нагреву или вращению двигателя. Электрическая мощность – это скорость, с которой электроэнергия преобразуется в другую форму, такую как механическая энергия, тепло или свет. Она равна произведению тока и напряжения: P = U × I. Измеряется в ваттах. Например, если U = 220 В и I = 0,5 А, то P = 220 В * 0,5 А = 110 Вт.

Генератора постоянного тока: Схема, особенности, принцип действия и устройство

Эпоха электрификации началась не так давно и за пару столетий полностью изменила наш образ жизни. Посмотрите вокруг, везде, где только падает глаз, обязательно увидите какой-нибудь электрический прибор. Люди настолько привыкли к разным машинам, которые выполняют за них практически всю работу, что возникает иллюзия, будто бы так было всегда. Но заглянем за сторону завесы, скрывающей от нас процесс жизнедеятельности электрических друзей. Разберем принцип действия и устройство генератора постоянного тока.

Немного истории

Электричество наблюдали еще древние греки. Было замечено свойство янтаря притягивать к себе разные частицы. Люди считали это магнетизмом, присущим смоле. Но позже заметили способность и других материалов приобретать магнетизм. Например, стекло при натирании тоже начинало привлекать к себе мелкие легкие элементы: частицы бумаги, волоски и пыль. Так стало понятным, что магнитный эффект возникает по какому-то закону.

Впоследствии, в XVIII веке, был создан прототип современного конденсатора, окрещенный по имени изобретателя «лейденской банкой». Этот несложный механизм умел накапливать заряд, который в то время считали своеобразной жидкостью, насыщающей твердые тела и способной перетекать от одного тела к другому с поразительной скоростью – на несколько миль за доли секунд.

Когда был открыт атом и его составляющие ядро и электрон, все стало на свои места. Люди поняли, что именно электроны и являются теми зарядами, которые создавали такие необъяснимые явления, как электрические разряды. Но пока это были лишь статические заряды. С опытов Фарадея и Эрстеда берет свое начало электричество, которое мы знаем сейчас. Они изобрели макет-генератор постоянного тока, устройство и принцип действия которого основаны на явлении электродвижущей силы ЭДС.
принцип действия и устройство генератора постоянного тока

Сила движения электричества

Как воды реки приводит в движение притяжение земли, так заряженные частицы в проводнике заставляет перемещаться ЭДС. Эта сила тесно связана с магнитным явлением, а именно появляется, как только меняется поток, создаваемый магнитом. ЭДС способна работать только в веществе, где всегда в наличии есть свободные заряды. Таким свойством обладают металлы и солевые растворы.

ЭДС тем больше, чем быстрее изменяется интенсивность магнитных волн. Как известно, магнит два полюса имеет всегда. В соответствии с тем, в каком направлении изменяется поток относительно проводника, ток в проводнике течет в ту или иную сторону. Положительные и отрицательные заряды сами создают между собой энергетическое поле, которое мы называем напряжением, оно тем больше, чем сильнее суммарный электрический заряд одноименного полюса.

Что такое электрический генератор?

Конструкция или машина, которая способна преобразовывать любую механическую силу в электрическую энергию, получила название генератора электричества. Принцип действия и устройство генератора постоянного тока связаны с магнетизмом. Если взять постоянный магнит и пересекать поле его напряженности проводником, то в последнем появляется сила, заставляющая двигаться в одном направлении заряженные частицы – появляется ток. То же самое будет происходить при неподвижном проводнике и движущемся магните.

Экспериментально учеными установлено, что величина тока тем больше, чем больше:

  • Величина магнитного потока между полюсами магнита.
  • Скорость пересечения линий напряженности.
  • Длина токоведущего провода.

Если же перемещать проводник параллельно тому, как идет поток, то индукции в нем не наблюдается. Из этого вывели закон правой руки, который помогает понять, в каком направлении движется ток. При расположении руки правой части тела ладонью так, чтобы в нее входили магнитные линии напряженного поля, а палец большой был отогнут и указывал туда, куда происходит движение проводника, оставшиеся четыре пальца покажут путь тока. В магните вектор движения поля направлен от севера к югу.

генератор постоянного тока устройство и принцип действия

Схема работы элементарного генератора

Принцип действия и устройство генератора постоянного тока простого типа следующие: рамка изготовлена из токоведущего материала, насажена на ось и производит вращение между полюсами магнита. Каждый свободный конец рамки подсоединен к своему контакту, имеющему вид дугообразной пластины. Вместе контакты составляют окружность, разорванную в двух точках (коллектор). Эти полукруглые контакты подвижно соединены с подпружиненными проводящими щетками. Они снимают ток.

В пространстве рамка относительно контактов ориентирована так, что при пересечении каждой ее половины участков наибольшей величины магнитного потока щетки замкнуты на контактах. Когда же элементы рамки проходят фазу движения вдоль линий – щеточные контакты разомкнуты с коллектором.

Если подключить осциллограф, видно, что генератор постоянного тока устройство и принцип действия имеет такой, что выдает чередование полуволн, находящихся по одну сторону координат и изменяющих свое значение от нулевого к наивысшему и снова к нулю. Частота следования их зависит от скорости поворота рамки. Это означает, что ток в такой системе движется в одном направлении (постоянный), но имеет пульсирующий вид.

генератор постоянного тока принцип действия схема

Принцип действия и устройство генератора постоянного тока

Реальный генератор тока постоянного устроен более сложно, хотя принцип его действия ничем не отличается от рассмотренного выше. Вместо одной рамки и пары полукруглых контактов он имеет множество рамок и контактов коллектора. Это, во-первых, повышает мощность такой машины, во-вторых, сглаживает пульсации тока, так как каждая рамка создает свою полуволну, которые, налаживаясь друг на друга, образуют суммарный ток. Такая вращающаяся система получила название якоря или ротора.

Магнит генератора тоже видоизменен. Его роль выполняет электромагнит, состоящий из обмотки и сердечника. Используя электромагниты, можно создавать большой магнитный поток, который не под силу для обычного постоянного. К тому же величину потока можно легко менять. Неподвижная часть генератора названа статором.

В зависимости от режима работы машины во время вращения вала, между статором и ротором наблюдаются следующие процессы:

  1. К генератору не подключена нагрузка. В случае такой холостой работы якорь производит вращение, в нем ЭДС наводится, но тока в обмотке нет, так как цепь не замкнута.
  2. Генератор постоянного тока, схема устройства которого подключена к цепи, работает в режиме нагрузки. В этом случае в якоре течет ток и появляется новая составляющая – магнитный поток, создаваемый якорем (реакция якоря). Этот поток движется в таком направлении, что противодействует основным силовым линиям, создаваемым электромагнитом. В результате реальная ЭДС будет ниже, то есть снижается мощность генератора. И чем больше нагрузка генератора, тем больше энергии тратится на преодоление реакции якоря при вращении вала.

Чтобы нивелировать магнитный поток якоря, в схему ротора вводят так называемые компенсационные обмотки, в которых образуется магнитный поток, ослабляющий реакцию якоря.

генератор постоянного тока схема устройства

Типы генераторов, вырабатывающих постоянное электричество

Принцип действия и устройство генераторов постоянного тока отличаются по исполнению схемы возбуждения. Они бывают:

  • Магнитоэлектрическими. В них для создания магнитного потока применяют постоянные магниты. Такие машины, обычно небольшой мощности, имеют высокий КПД, так как нет потерь в обмотках возбуждения. Недостаток устройств в сложности регулирования.
  • Генераторами с независимой схемой возбуждения. Это устройства, обмотка электромагнитов которых запитана от сторонних источников питания: аккумулятора или генератора.
  • Самовозбуждающимися генераторами постоянного тока. Такие устройства питают электромагниты от своего же якоря. Главным условием самовозбуждения является остаточный магнитный поток. Конструкция, принцип действия генераторов и схема их включения бывает компаундной, шунтовой и сериесной.

принцип действия и устройство генераторов

Принцип работы и устройство генератора из электродвигателя

Принцип обратимости электрических машин говорит о том, что любой электродвигатель может быть преобразован в генератор и наоборот. Ведь оба этих устройства используют ЭДС индукции, как основу своей работы. Только в двигателе на ротор подают электрический ток, который, создавая магнитный поток, отталкивается от полюсов магнита статора, совершая вращательное движение.

Если же вал двигателя вращать с определенной скоростью, в обмотках якоря начнет наводиться ЭДС индукции и потечет ток. Ограничение лишь в толщине провода обмотки якоря. Когда провод тонкий, то получить большую мощность у такого генератора не получится.

конструкция принцип действия генераторов

Где нашел применение источник постоянного тока?

Несмотря на то что постоянное электричество можно получить методом выпрямления переменного, широко используют генератор постоянного тока. Принцип действия, схема такой машины незаменимы на металлургических предприятиях, в мощных электролизных установках заводов. В транспортной промышленности агрегаты работают в электровозах, пароходных судах. Для питания возбуждающих обмоток генераторов переменного тока на электростанциях также применимы источники постоянного напряжения. Для бытовых целей разработаны динамо-машины тока постоянного. Их можно увидеть на велосипедах, где они питают осветительные фары.

принцип работы и устройство генератора

Заключение

Генераторы тока постоянной полярности хороши тем, что могут вырабатывать электричество при разной скорости вращения вала. В них не нужно выдерживать четкую частоту, как, например, у генераторов переменного тока, где она должна быть в 50 Гц. Такие машины очень удобно использовать в качестве альтернативных источников электричества, например в ветрогенераторах.

Генератор переменного тока для домашней лаборатории

Сфера применения генераторов в промышленности, электронике и быту огромна. Обыкновенную лампочку накаливания и все бытовые приборы в квартире питает генератор переменного тока, расположенный на электростанции. Он выдает напряжение промышленной частоты и синусоидальной формы. В телевизоре используются импульсные источники питания, в которых встроенный генератор переменного тока обеспечивает питание электроники. Также есть генераторы пилообразной и переменной частоты, которые с успехом используются в лабораторных установках, для обучения или на производстве. Без переменного тока сложно представить себе современную жизнь.

Начинающему радиолюбителю обязательно надо иметь в своей домашней лаборатории генератор переменного тока. Он поможет в испытаниях и настройке собираемой радиоаппаратуры. Их различают по выдаваемой частоте: низкая, средняя и высокая. А также по форме выходного сигнала: прямоугольные импульсы, пилообразные, синусоидальные и т.д. Мощность выходного сигнала обычно небольшая, ведь он предназначен для лабораторных исследований, а не для работы под нагрузкой. А вот амплитуда может регулироваться в диапазоне от нуля и до номинального значения. Конечно, можно купить генератор переменного тока в магазине. Сделанный на предприятии, лабораторный генератор сертифицирован и безопасен при эксплуатации. Это наиболее простой способ пополнить свою лабораторию полезным прибором.

Но все-таки гораздо приятнее изготовить генератор переменного тока своими руками, это займет немного времени и принесет ценный опыт. Простейший прибор, который пригодится вам при наладке некоторых схем — это мультивибратор. Его принципиальную схему можно найти в Сети. Два транзистора, два конденсатора, переменные и постоянные резисторы и печатная плата. Сделать его можно в течение дня. Недостатки такого прибора очевидны, он может выдавать только прямоугольные импульсы, и диапазон регулирования по частоте у такого прибора невысок. Но, тем не менее, экспериментируя с мультивибратором, можно настроить схему их последовательного соединения и получить на выходе, к примеру, соловьиную трель. Довольно необычно, правда? Получится разработанный и настроенный своими руками небольшой дверной звонок или своя охранная сигнализация для автомобиля.

Для более серьезных схем понадобится больше времени и терпения. К примеру, трехфазный генератор переменного тока уже имеет более серьезную схему. Но, тем не менее, для наладки небольших схем или создания своих устройств можно использовать обыкновенный автомобильный генератор. В зависимости от скорости вращения вала мы будем получать переменный синусоидальный ток различной частоты.

Необычно применение такого генератора в преобразовании энергии ветра в электрическую энергию. Для этого на вал необходимо изготовить лопасти, обычно их три. Это связано с тем, что их легче балансировать. После этого устанавливаем изделие на вращающееся основание, к которому прикреплен стабилизатор. Используя выпрямительную часть от генератора, можно получать постоянное напряжение, достаточное для подзарядки аккумулятора.

Генератор переменного тока: устройство, принцип работы, назначение

Электрический ток является основным видом энергии, совершающим полезную работу во всех сферах человеческой жизни. Он приводит в движение разные механизмы, дает свет, обогревает дома и оживляет целое множество устройств, которые обеспечивают наше комфортное существование на планете. Поистине, этот вид энергии универсален. Из нее можно получить все что угодно, и даже большие разрушения при неумелом использовании.

Но было время, когда электрические эффекты все так же присутствовали в природе, но никак не помогали человеку. Что же изменилось с тех пор? Люди стали изучать физические явления и придумали интересные машины – преобразователи, которые, в общем, и сделали революционный скачок нашей цивилизации, позволив человеку получать одну энергию из другой.

Так люди научились вырабатывать электричество из обычного металла, магнитов и механического движения – только и всего. Были построены генераторы, способные выдавать колоссальные по мощности потоки энергии, исчисляемые мегаваттами. Но интересно, что принцип действия этих машин не так уж сложен и вполне может быть понятен даже подростку. Что же такое генератор электрического тока? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Эффект электромагнитной индукции

Основой появления в проводнике электрического тока является электродвижущая сила — ЭДС. Она способна заставить перемещаться заряженные частицы, которых много в любом металле. Эта сила появляется только в случае, если проводник испытывает на себе изменение интенсивности магнитного поля. Сам эффект получил название электромагнитной индукции. ЭДС тем больше, чем больше скорость изменения потока магнитных волн. То есть, можно возле постоянного магнита перемещать проводник, или на неподвижный провод влиять полем электромагнита, меняя его силу, эффект будет один и тот же – в проводнике появится электрический ток.

Над этим вопросом в первой половине XIX века работали ученые Эрстед и Фарадей. Они же и открыли это физическое явление. В последствии на основе электромагнитной индукции были созданы генераторы тока и электродвигатели. Интересно, что эти машины легко могут быть преобразованы друг в друга.

Как работают генераторы постоянного и переменного тока

Понятно, что генератор электрического тока – это электромеханическая машина, вырабатывающая ток. Но на самом деле она есть преобразователь энергии: ветра, воды, тепла, чего угодно в ЭДС, которая уже вызывает ток в проводнике. Устройство любого генератора принципиально ничем не отличается от замкнутого проводящего контура, который вращается между полюсами магнита, как в первых опытах ученых. Только намного больше величина магнитного потока, создаваемого мощными постоянными или чаще электрическими магнитами. Замкнутый контур имеет вид многовитковой обмотки, которых в современном генераторе не одна, а минимум три. Все это сделано для того, чтобы получить как можно большую ЭДС.

Стандартный электрический генератор переменного тока (или постоянного) состоит из:

  • Корпуса. Выполняет функцию рамы, внутри которой крепят статор с полюсами электромагнита. В нем установлены подшипники качения роторного вала. Его изготавливают из металла, он также защищает всю внутреннюю начинку машины.
  • Статора с магнитными полюсами. На нем закреплена обмотка возбуждения магнитного потока. Его выполняют из ферромагнитной стали.
  • Ротора или якоря. Это подвижная часть генератора, вал которой приводит во вращательное движение посторонняя сила. На сердечнике якоря располагают обмотку самовозбуждения, где и образуется электрический ток.
  • Узла коммутации. Этот элемент конструкции служит для отведения электричества с подвижного вала ротора. Он включает в себя проводящие кольца, которые подвижно соединены с графитовыми токосъемными контактами.

Создание постоянного тока

В генераторе, продуцирующем постоянный ток, проводящий контур вращается в пространстве магнитной насыщенности. Причем за определенный момент вращения каждая половина контура оказывается вблизи того или иного полюсника. Заряд в проводнике за этот полуоборот движется в одном направлении.

Чтобы получить съем частиц, сделан механизм отвода энергии. Его особенность в том, что каждая половина обмотки (рамки) соединена с токопроводящим полукольцом. Полукольца между собой не замкнуты, а закреплены на диэлектрическом материале. За период, когда одна часть обмотки начинает проходить определенный полюс, полукольцо замыкается в электрическую схему щеточными контактными группами. Получается, на каждую клемму приходит только одного вида потенциал.

Правильнее назвать энергию не постоянной, а пульсирующей, с неизменной полярностью. Пульсация вызвана тем, что магнитный поток на проводник при вращении оказывает как максимальное, так и минимальное влияние. Чтобы эту пульсацию выровнять, применяют несколько обмоток на роторе и мощные конденсаторы на входе схемы. Для уменьшения потерь магнитного потока зазор между якорем и статором делают минимальным.

Схема генератора переменного тока

Когда происходит вращение подвижной части генерирующего ток устройства, в проводниках рамки также наводится ЭДС, как и в генераторе постоянного тока. Но небольшая особенность – генератор переменного тока устройство коллекторного узла имеет другое. В нем каждый вывод соединен со своим токопроводящим кольцом.

Принцип работы генератора переменного тока следующий: когда половина обмотки проходит возле одного полюса (другая, соответственно, возле противоположного полюса), в цепи движется ток в одном направлении от минимума к наивысшему своему значению и снова к нулю. Как только обмотки меняют свое положение относительно полюсов, ток начинает свое движение в обратном направлении с той же закономерностью.

При этом на входе схемы получается форма сигнала в виде синусоиды с частотой полуволн, соответствующей периоду вращения вала ротора. Для того, чтобы получить на выходе стабильный сигнал, где частота генератора переменного тока постоянна, период вращения механической части должен быть неизменным.

Магнитные генераторы газового типа

Конструкции генераторов тока, где вместо металлической рамки как носитель зарядов используют токопроводящую плазму, жидкость или газ, получили название МГД-генераторов. Вещества под давлением прогоняют в поле магнитной напряженности. Под воздействием все той же ЭДС индукции заряженные частицы обретают направленное движение, создавая электрический ток. Величина тока прямо пропорциональна скорости прохождения через магнитный поток, а также его мощности.

Генераторы МГД имеют более простое конструктивное решение – в них отсутствует механизм вращения ротора. Такие источники питания способны выдавать большие мощности энергии в короткие промежутки времени. Их применяют в качестве резервных устройств и в условиях экстренных аварийных ситуаций. Коэффициент, определяющий полезное действие (КПД) этих машин выше, чем имеет электрический генератор переменного тока.

Генератор синхронный переменного тока

Существуют такие типы генераторов переменного тока:

  • Машины синхронные.
  • Машины асинхронные.

Синхронный генератор переменного тока имеет строгую физическую зависимость между вращательным движением ротора и генерируемой частотой электричества. В таких системах ротор – это электромагнит, собранный из сердечников, полюсов и возбуждающих обмоток. Последние запитываются от источника постоянного тока посредством щеток и кольцевых контактов. Статор же представляет собой катушки провода, соединенные между собой по принципу звезды с общей точкой – нолем. В них уже наводится ЭДС и вырабатывается ток.

Вал ротора приводится в движение посторонней силой, обычно турбинами, частота движения которых синхронизирована и постоянна. Электрическая цепь, подключаемая к такому генератору, представляет собой трехфазную схему, частота тока в отдельной линии которой смещена на фазу в 120 градусов относительно других линий. Чтобы получить правильную синусоиду, направление магнитного потока в просвете между статорной и роторной частью регулируют конструкцией последних.

Возбуждение генератора переменного тока реализуют двумя методами:

  1. Контактным.
  2. Бесконтактным.

В схеме контактного возбуждения на обмотки электромагнита через щеточную пару подают электроэнергию с другого генератора. Этот генератор может быть совмещен с валом основного. Он, как правило, имеет меньшую мощность, но достаточную, чтобы создать сильное магнитное поле.

Бесконтактный принцип предусматривает, что синхронный генератор переменного тока на валу имеет дополнительные трехфазные обмотки, в которых при вращении наводится ЭДС и вырабатывается электричество. Оно через выпрямляющую схему поступает на катушки возбуждения ротора. Конструктивно в такой системе отсутствуют подвижные контакты, что упрощает систему, делая ее более надежной.

Асинхронный генератор

Существует асинхронный генератор переменного тока. Устройство его отличается от синхронного. В нем нет точной зависимости ЭДС от частоты с которой вал ротора вращается. Присутствует такое понятие как «скольжение S», которое характеризует эту разницу влияния. Величина скольжения определяется вычислением, так что неправильно думать, будто бы нет закономерности электромеханического процесса в асинхронном двигателе.

Если генератор, работающий вхолостую, нагрузить, то протекающий в обмотках ток будет создавать магнитный поток, препятствующий вращению ротора с заданной частотой. Так образуется скольжение, что, естественно, влияет на выработку ЭДС.

Современный асинхронный генератор переменного тока устройство подвижной части имеет в трех разных исполнениях:

  1. Полый ротор.
  2. Короткозамкнутый ротор.
  3. Фазный ротор.

Такие машины могут иметь само- и независимое возбуждение. Первая схема реализуется за счет включения в обмотку конденсаторов и полупроводниковых преобразователей. Возбуждение независимого типа создается дополнительным источником переменного тока.

Схемы включения генераторов

Все мощные источники питания линий электропередач вырабатывают трехфазный электрический ток. Они содержат в себе три обмотки, в которых образуются переменные токи со смещенной друг от друга фазой на 1/3 периода. Если рассматривать каждую отдельную обмотку такого источника питания, то получим однофазный переменный ток, идущий в линию. Напряжение в десятки тысяч вольт может вырабатывать генератор. 220 В потребитель получает с распределительного трансформатора.

Любой генератор переменного тока устройство обмоток имеет стандартное, но подключение к нагрузке бывает двух типов:

  • звездой;
  • треугольником.

Принцип работы генератора переменного тока, включенного звездой, предполагает объединение всех проводов (нулевых) в один, которые идут от нагрузки обратно к генератору. Это обусловлено тем, что сигнал (электрический ток) передается в основном через выходящий провод обмотки (линейный), который и называют фазой. На практике это очень удобно, ведь не нужно тянуть три дополнительных провода для подключения потребителя. Напряжение между линейными проводами и линейным и нулевым проводом будут отличаться.

Соединяя треугольником обмотки генератора, их замыкают друг с другом последовательно в один контур. Из точек их соединения выводят линии к потребителю. Тогда вообще не нужен нулевой провод, а напряжение на каждой линии будет одинаковым независимо от нагрузки.

Преимуществом трехфазного тока перед однофазным является его меньшая пульсация при выпрямлении. Это положительно сказывается на питаемых приборах, особенно двигателях постоянного напряжения. Также трехфазный ток создает вращающийся поток магнитного поля, который способен приводить в движение мощные асинхронные двигатели.

Где применимы генераторы постоянного и переменного тока

Генераторы постоянного тока значительно меньше по размерам и массе, чем машины переменного напряжения. Имея более сложное конструктивное исполнение чем последние, они все же нашли применение во многих отраслях промышленности.

Основное распространение они получили в качестве высокооборотных приводов в машинах, где требуется регулирование частоты вращения, например, в металлообрабатывающих механизмах, подъемниках шахт, прокатных станах. В транспорте такие генераторы установлены на тепловозах, различных судах. Множество моделей ветрогенераторов собраны на базе источников постоянного напряжения.

Генераторы постоянного тока специального назначения применяют в сварке, для возбуждения обмоток генераторов синхронного типа, в качестве усилителей постоянного тока, для питания гальванических и электролизных установок.

Назначение генератора переменного тока — вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Такой вид энергии подарил человечеству Никола Тесла. Почему именно изменяющий полярность ток, а не постоянный нашел широкое применение? Это связано с тем, что при передаче постоянного напряжения идут большие потери в проводах. И чем длиннее провод, тем потери выше. Переменное напряжение можно транспортировать на огромные расстояния при гораздо меньших затратах. Причем легко можно преобразовывать переменное напряжение (понижая и повышая его), который выработал генератор 220 В.

Заключение

Человек до конца не познал природу магнетизма, который пронизывает все вокруг. И электрическая энергия – это лишь малая часть открытых тайн мироздания. Машины, которые мы называем генераторами энергии, по сути очень просты, но то, что они могут нам дать, просто поражает воображение. Все же настоящее чудо здесь не в технике, а в мысли человека, которая смогла проникнуть в неисчерпаемый резервуар идей, разлитых в пространстве!

Принцип работы генератора переменного тока и его устройство

Переменный ток – движущая сила многих производств и транспорта, в частности, автомобилей. Существуют как небольшие модели величиной с кулак, так и гигантские устройства несколько метров в высоту.

Генератор – та самая техническая система, которая преобразует механическую (кинетическую) энергию в электрическую. Как же действует генератор?

Как бы не был устроен генератор, в основе его действия лежит процесс электромагнитной индукции – появление в замкнутом контуре электрического тока под воздействием измененного магнитного потока.

Генератор условно делят на 2 части: индуктор и якорь.

Индуктором называют ту часть устройства, где создается магнитное поле, а якорем – ту половину, где образуется электродвижущая сила или ток.

Постоянным остается его техническое строение: проволочная обмотка и магнит.

В обмотке возникает электродвижущая сила под воздействием магнитного поля. Это основа для генератора. Но мощный переменный ток нельзя получить из такой примитивной конструкции. Для преобразования нужен сильный магнитный поток.
Для этого в проволочную намотку добавляют 2 стальных сердечника, которые и определяют назначение и устройство генератора переменного тока. Это статор и ротор. Обмотка, которая создает магнитное поле, помещается в паз одного сердечника – это статор, или индуктор. Он остается неподвижен в отличие от ротора. Статор питается постоянным током. Бывают двухполюсным или многополюсным.

Ротор, или также — якорь, активно вращается с помощью подшипников и продуцирует электродвижущую силу или переменный ток. Представляет собой внутренний сердечник с медной проволочной намоткой.

Генератор имеет прочный металлический корпус с несколькими выходами, что зависит от целевого назначения устройства. Переменчиво количество катушек с проволочной намоткой.

Разбираемся в особенностях функционирования агрегата

Теперь выясним, на каком принципе основана работа генераторов переменного тока. Схема функционирования достаточно проста и понятна. При условии постоянной скорости ротора электрический ток будет производиться единым потоком.

Вращение ротора провоцирует изменение магнитного потока. В свою очередь электрическое поле порождает появление электрического тока. Через контакты с кольцами на конце ток от ротора проходит в электрическую цепь устройства. Кольца имеют хорошее скользящее свойство. Они прочно контактируют со щеточками, которые являются постоянными неподвижными проводниками между электрической цепью и медной проволочной обмоткой ротора.

В медной обмотке вокруг магнита присутствует ток, но он очень слаб в сравнении с силой электрического тока, который выходит из ротора по цепи в устройство.

По этой причине для вращения ротора используют только слабый ток, подведенный по контактам со скольжением.

При сборке генератора переменного тока очень важно выдерживать пропорции деталей, размер, величины зазоров, толщину проволочных жил.

Собрать генератор переменного тока можно, если в вашем доме найдутся все необходимые детали и достаточное количество медной проволоки. Смастерить небольшой агрегат вполне реально.

Уход за источниками тока: Генератором, реле-регулятором, аккумуляторной батареей

Уход за генератором и реле-регулятором заключается в содержании их в чистоте, в проверке крепления самих приборов и надежности соединений проводов на их клеммах. Осматривая генератор, необходимо проверить также крепление шкива и правильность натяжения приводного ремня.

Надо регулярно-осматривать щетки генератора, проверять чистоту коллектора и плотность соприкосновения с ним щеток, а также смазывать подшипники согласно таблице смазки.

Загрязненный коллектор нужно протереть чистой тряпкой, смоченной в бензине. Обгоревший коллектор прочищается стеклянной бумагой № 100. Если коллектор сильно изношен, его необходимо проточить на токарном станке, после чего ножовочным полотном прорезать в изоляции углубления (на 0,5—0,8 мм) между пластинами.

Рис. Схема притирки щетки к коллектору генератора: 1 — полоса стеклянной бумаги; 2 — щетка; 3 — коллектор

При замене изношенных щеток новые щетки нужно обязательно притереть к коллектору. Делается это так. Полосу стеклянной бумаги 1 накладывают гладкой стороной на коллектор 3, а к шероховатой стороне бумаги прижимают щетку 2; при движении полосы бумаги щетка притирается к поверхности коллектора.

При техническом обслуживании № 2 генератор нужно продувать сжатым воздухом для очистки от пыли.

Уход за аккумуляторной батареей заключается в постоянном содержании ее в чистоте. Электролит, пролитый на поверхности батареи, необходимо вытереть ветошью, смоченной в 10% растворе нашатырного спирта или в растворе соды.

Надо ежедневно проверять крепление батареи в гнезде (и в случае необходимости подтягивать), крепление и плотность контакта наконечников проводов с клеммами батареи, а также чистоту вентиляционных отверстий.

Не реже чем через 5—6 дней летом и через 10—15 дней зимой следует проверять уровень электролита в аккумуляторах и при необходимости доливать в аккумуляторы дистиллированную воду.

Рис. Проверка уровня электролита в аккумуляторе

Более частая проверка уровня летом необходима потому, что при окружающей температуре плюс 30° С уровень электролита вследствие испарения воды уменьшается на 1 мм в сутки. Электролит заливается только в том случае, если уровень электролита аккумулятора понизился из-за вытекания его из бака.

Уровень электролита проверяется стеклянной трубкой. Для этого ее опускают через отверстие пробки до упора в предохранительный щиток или в сепараторы и, закрыв пальцем отверстие трубки, вынимают. Высота столбика электролита в трубке показывает его уровень. Нормальный уровень электролита должен быть на 10—15 мм выше верхнего края пластин.

Доливать в батарею дистиллированную воду надо перед выездом автомобиля из парка, чтобы при зарядке батареи от генератора вода хорошо перемешалась с электролитом. Это особенно важно делать зимой, так как не перемешанная с электролитом вода может замерзнуть.

Кроме проверки уровня, необходимо периодически (но не реже одного раза в месяц) проверять плотность электролита ареометром.

Проверяя плотность, надо учитывать температуру электролита для приведения данной плотности к плотности при температуре + 15° С.

Для этого к показаниям ареометра прибавляется по 0,01 на каждые 15° температуры, превышающей +15° С, и, наоборот, вычитается по 0,01 на каждые 15° ниже температуры +15° С.

Когда плотность электролита указывает на то, что батарея разряжена на 50% летом или на 25% зимой, батарею сдают для подзарядки иа зарядную станцию.

Ежемесячные подзарядки обязательно проводятся при хранении батарей, залитых электролитом, а также если среднесуточный пробег автомобилей меньше 100 км.

Кроме ежемесячной подзарядки аккумуляторной батареи, два раза в год проводят контрольно-тренировочный цикл. Он заключается в том, что батарею заряжают током, численно равным примерно 0,1 емкости батареи, после этого ее ставят на контрольную разрядку током 10-часового режима до напряжения 1,7 в в отдельном аккумуляторе. Величина отданной при этом емкости должна быть не менее 90% номинальной, т. е. свойственной данной марке батареи. Если эта батарея отдала меньше 90% емкости, ее ставят снова на зарядку и повторяют эти операции до получения необходимой емкости.

При постановке батареи на место нужно тщательно зачистить стеклянной бумагой выводные клеммы батареи и внутреннюю поверхность зажимов проводов, плотно затянуть зажимы на клеммах и покрыть «х сверху для защиты от окисления тонким слоем смазки УН (технического вазелина).

Чтобы сохранить аккумуляторную батарею в постоянной исправности и увеличить срок ее службы, не следует допускать ее сильной разрядки. Батарея должна быть всегда полностью заряжена. Поэтому стартер надо включать не больше чем иа 5 сек; если двигатель не будет при этом запущен, включать стартер повторно следует не раньше чем через 10—15 сек. Зимой перед запуском двигателя стартером надо сначала обязательно прогреть двигатель, а затем провернуть коленчатый вал двигателя пусковой рукояткой несколько раз до тех пор, пока вал не будет легко провертываться.

Зимой батарею следует утеплять войлоком во избежание уменьшения ее емкости и замерзания электролита, а при длительных стоянках снимать ее с автомобиля и хранить в отапливаемом помещении.

Характерные неисправности источников тока: Генератора, реле-регулятора, аккумуляторной батареи

Неисправность Причина неисправности Способ устранения неисправности
Генератор
Плохой контакт щеток с коллектором, искрение и обгорание коллектора 1. Износ пластин коллектора
2. Плохая подгонка щеток к коллектору
3. Ослабление пружин щеткодержателей		 Прошлифовать коллектор стеклянной бумагой № 100, углубить пазы между пластинами коллектора, выбрав слюду. Проверить динамометром нажатие пружин щеток и заменить слабые (работа проводится с участием электрика мастерской)
Замыкание в обмотках якоря, обрыв в обмотке возбуждения Электрический пробой или производственный дефект Сдать генератор в ремонт
Работа генератора сопровождается писком и нагревом Отсутствие смазки в подшипниках якоря Смазать подшипники якоря
Реле-регулятор
Отсутствие зарядного тока, хотя аккумуляторная батарея разряжена. Чрезмерный зарядный ток при заряженной батарее Подгорание и спекание контактов, а также нарушение зазоров между пластиной и стойкой ярма С помощью электрика мастерской проверить поэлементно реле-регулятор и при необходимости сдать в ремонт
Аккумуляторная батарея
Сульфатация — образование крупных кристаллов сернокислого свинца на поверхности пластин 1. Систематическая недозарядка и хранение полузаряженных батарей
2. Пониженный уровень электролита (оголение пластин)
3. Применение загрязненного электролита, а также электролита высокой плотности		 Сдать батарею в аккумуляторную, где провести цикл прерывистых зарядов током малой величины (от 0,5 до 4 а); заменить электролит дистиллированной водой. Затем провести два — три контрольно-тренировочных цикла током нормальной величины
Повышенный саморазряд 1. Утечка тока по поверхности батареи
2. Загрязнение электролита		 Очистить поверхность батареи. Удалить загрязненный электролит, промыть батарею, залить свежий, чистый электролит
Короткое замыкание пластин и разрушение пластин и сепараторов 1. Образование шлама на дне бака
2. Замерзание электролита
3. Коробление пластин вследствие разрядки батареи током большой величины
4. Загрязнение электролита вредными примесями
5. Частые перезарядки батареи током большой величины		 Сдать аккумуляторную батарею в ремонт
Пониженный электролита уровень Течь бака, трещины в крышках и мастике Сдать батарею в аккумуляторную, где отремонтировать бак и залить крышки мастикой
Выкипание электролита и испарение воды Своевременно доливать дистиллированную воду до уровня 10—15 мм над пластинами

Реле-регулятор в автомобиле

Реле-регулятор конструктивно объединяет три согласованно работающих прибора:

  • регулятор напряжения 1
  • ограничитель тока 2
  • реле обратного тока 3

Регулятор напряжения поддерживает постоянным напряжение, генератора при изменяющемся числе оборотов коленчатого вала двигателя. Ограничитель тока предотвращает возрастание тока свыше допустимого. Реле обратного тока включает генератор во внешнюю цепь, когда напряжение на его щетках выше напряжения аккумуляторной батареи, и отключает его, когда напряжение на щетках становится ниже напряжения батареи. Рассмотрим устройство и работу этих приборов.

Регулятор напряжения представляет собой электромагнит, состоящий из ярма 9 с сердечником 8, обмотки 7, выполненной из провода строго подобранного сечения, якоря 6 с двумя контактами 4 и 5, пружины 3, регулирующей силу притяжения якоря, и добавочного сопротивления 2, включенного параллельно контактам якоря.

Когда двигатель не работает или работает на малых оборотах, т.е. когда напряжение генератора небольшое, путь тока следующий: от положительной щетки генератора по проводу на обмотку 7 сердечника 8 регулятора и по массе на отрицательную щетку генератора. Одновременно ток идет через замкнутые контакты 4 и 5 по якорю 6, по ярму 9 (через точку 1) и обмотке возбуждения Ш генератора на отрицательную щетку генератора.

Рис. Реле-регулятор: 1 — регулятор напряжения; 2 — ограничитель; 3 — реле обратного тока

С увеличением числа оборотов коленчатого вала повышается напряжение генератора. Когда оно достигает 14,9 в, магнитный поток электромагнита регулятора увеличивается настолько, что преодолевает сопротивление пружины 3, притягивает якорь 6 и размыкает контакты 4 и 5. В этом случае ток не идет по ярму, а в цепь обмотки возбуждения генератора включается добавочное сопротивление 2. В результате ток и, следовательно, магнитный поток в обмотке возбуждения генератора уменьшаются, уменьшается и напряжение тока, отдаваемого генератором. Как только напряжение генератора снижается до 14,1 в, контакты 4 и 5 регулятора замыкаются и напряжение генератора вновь начинает повышаться.

Рис. Схема регулятора напряжения: Я — якорь генератора; Ш — обмотка возбуждения; 1 — масса регулятора; 2 — добавочное сопротивление; 3 — пружина якоря; 4 и 5 — контакты якоря; 6 — якорь; 7 — обмотка; 8 — сердечник; 9 — ярмо

У автомобилей, имеющих четырех-полюсные генераторы (автомобили Урал-375 и др.), в реле-регуляторе применяются не один, а два регулятора напряжения. Каждый из регуляторов напряжения обслуживает одну из обмоток возбуждения генератора. Устроены они одинаково и работают совместно.

При включении во внешнюю цепь нескольких потребителей тока одновременно (ламп фар, звукового сигнала и т. д.) ток, отдаваемый генератором, увеличивается и может возрасти настолько, что обмотки генератора при перегрузке сгорят.

Рис. Схема ограничителя тока: Я — якорь генератора; Ш — обмотка возбуждения; 1 — обмотка; 2 — ярмо; 3 — пружина якоря; 4 — якорь; 5 и 6 — контакты; 7 — добавочное сопротивление; 8 — провод

Для предотвращения этого служит ограничитель тока, который работает подобно регулятору напряжения, но отличается от него тем, что имеет не тонкую, а толстую обмотку, рассчитанную на прохождение тока 17—19 а. Когда ток в цепи небольшой, контакты прибора сомкнуты и ток идет:

  • а) на возбуждение генератора: от положительной щетки через ярмо 2, якорь 4, замкнутые контакты 6 и 5, провод 8, обмотку возбуждения Ш и на отрицательную щетку;
  • б) на питание потребителей: от положительной щетки через ярмо 2, обмотку 1 ограничителя тока, потребители, массу автомобиля и на отрицательную щетку.

Когда ток во внешней цепи превышает 17—19 а, магнитное поле сердечника ограничителя тока преодолевает натяжение пружины 3, сердечник притягивает якорь и размыкает контакты. Тогда ток возбуждения идет уже не через контакты, а через добавочное сопротивление 7, в результате чего его сила снижается, а следовательно, уменьшается и ток, отдаваемый генератором во внешнюю цепь. Пружина 3 вследствие ослабления магнитного поля сердечника замыкает контакты 5 и 6 и ток возбуждения вновь возрастает. Таким образом, в результате непрерывного размыкания и замыкания контактов ограничителя тока ток, отдаваемый генератором, автоматически ограничивается заданной величиной.

Реле обратного тока предназначается для включения генератора в цепь и зарядки аккумуляторной батареи, когда напряжение на его щетках превосходит напряжение на клеммах батареи. Когда же напряжение генератора, работающего с небольшим числом оборотов якоря, становится ниже напряжения батареи, реле отключает генератор от внешней цепи. Это необходимо для того, чтобы предотвратить разрядку батареи через обмотку генератора и перегорание обмотки.

Реле обратного тока состоит из ярма 6, электромагнита с якорем 5 и двух контактов — подвижного 4 и неподвижного 3.

Рис. Схема реле обратного тока: Я — якорь генератора; Б — аккумуляторная батарея; 1 — тонкая обмотка; 2 — толстая обмотка; 3 — неподвижный контакт; 4 — подвижной контакт; 5 — якорь; 6 — ярмо

Сердечник электромагнита имеет две обмотки: толстую 2 с небольшим числом витков, присоединенную одним концом к неподвижному контакту 3 и другим к положительной щетке генератора, и тонкую 1, соединенную одним концом с массой корпуса реле-регулятора, а другим с толстой обмоткой.

Когда напряжение генератора становится меньше, чем напряжение батареи, магнитный поток сердечника небольшой и контакты 3 и 4 под действием пружины разомкнуты. С увеличением оборотов коленчатого вала напряжение генератора возрастает и, когда оно становится выше напряжения аккумуляторной батареи, контакты реле замыкаются.

Путь тока в этом случае следующий: от положительной щетки генератора по проводу на толстую обмотку 2 и через замкнутые контакты 3 и 4 на якорь 5, ярмо 6 и через аккумуляторную батарею на массу автомобиля и с массы автомобиля на отрицательную щетку генератора; параллельно часть тока идет через тонкую обмотку и массу автомобиля на отрицательную щетку генератора. При этом как по тонкой, так и по толстой обмотке реле ток идет в одном направлении, усиливая притяжение якоря и плотность соединения контактов.

Когда напряжение генератора становится меньше, чем напряжение аккумуляторной батареи, ток от нее идет через ярмо 6, якорь 5, замкнутые контакты 4 и 3, толстую обмотку 2 реле и через генератор на отрицательную клемму батареи. Так как по толстой обмотке ток идет в обратном направлении, он размагничивает сердечник и контакты размыкаются.

Реле-регулятор закрывается крышкой и пломбируется. Он крепится обычно под капотом на передней стенке кабины. Из-под крышки реле-регулятора выступают три клеммы, имеющие буквенную маркировку. Клемма Б соединяется проводом через амперметр с аккумуляторной батареей; клеммы Я и Ш — с соответствующими клеммами генератора. Масса реле-регулятора (винт на основании) соединяется с массой генератора (винт на корпусе). Основные данные генераторов и реле-регуляторов указаны в таблице.

Таблица. Регуляторы и реле-регуляторы

Марка автомобиля Генератор Реле-регулятор
Тип Номинальное напряжение, В Наибольший ток нагрузки, а Мощность, вт Тип Напряжение замыкания реле обратного тока (начало зарядки), вт Поддерживаемое напряжение, в Ограничиваемый ток нагрузки, а
ГАЗ-69 и ГАЗ-69А Г-20 12 18 216 РР-24Г 12,2-13,2 13,8-14,8 17-19
ГАЗ-63 и ГАЗ-51А Г-21Г 12 18 220 РР-24Г 12,2-13,2 13,8-14,8 17-19
ЗИЛ-157К, ЗИЛ-164А, ЗИЛ-157, ЗИЛ-164, ЗИЛ-151 и ЗИЛ-150 Г-12В 12 18 250 РР-24Г 12,2-13,2 13,8-14,8 17-19
Урал-375 Г-51 12 35 440 РР-51 12,2-13,2 13,8-15,2 33-37
КрАЗ-214 и КрАЗ-219 Г-8 12 35 440 РР-8 12,2-13,2 13,8-15,2 33-37

Вопросы по теме

[dwqa-list-questions tag=»rele-regulyator»]

Автомобильный генератор

Работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции, т.е. на возбуждении электрического тока в проводнике в момент пересечения им магнитных силовых линий. Принцип действия авто,мобильного генератора рассмотрим на примере простейшего генератора.

Вращаясь внутри магнитного поля цилиндрического магнита 1 , виток 4 провода пересекает магнитные силовые линии (показаны иа рисунке параллельными стрелками), в результате чего в нем возбуждается электрический ток, который через щетки 6 отводится во внешнюю цепь 7 генератора. Так как провод пересекает магнитные силовые линии то в одном, то в другом направлении, то и направление индуктируемого в нем тока меняется с каждым полуоборотом витка.

Вследствие того что коллектор состоит из двух полуколец 5, направление тока во внешней цепи остается постоянным: в момент изменения направления тока в проводнике сменяются и полукольца, подходящие к каждой щетке. Коллектор, таким образом, не только собирает, но и выпрямляет ток, вырабатываемый генератором.

Автомобильный генератор состоит из стального цилиндрического корпуса 5, внутри которого имеются два полюсных башмака 7, являющихся постоянными магнитами. Для усиления магнитного поля вокруг башмаков наматываются из изолированного провода обмотки 6 возбуждения.

Рис. Простейший генератор: 1 — цилиндрический магнит; 2 и 3 — полюсные башмаки; 4 — виток провода; 5 — металлические полукольца коллектора; 6 — щетки; 7 — внешняя цепь

Между полюсными башмаками, вращается якорь в подшипниках 3 и 16, установленных в передней 4 и задней 15 крышках корпуса.

Якорь состоит из стального вала 8, на котором напрессован сердечник 9, собранный из отдельных стальных пластин, обмоток 18 из изолированного провода, выполненных в виде отдельных секций и уложенных в пазах сердечника, и коллектора 11.

Начало и конец каждой секции выведены к коллектору, представляющему собой большое число медных пластин, расположенных на конце вала якоря и отделенных как от якоря, так и одна от другой надежной изоляцией.

К коллектору с помощью пружин 14 прижимаются две медно-графитовые щетки — положительная 17 и отрицательная 13. Щетки снимают вырабатываемый генератором электрический ток и передают его во внешнюю цепь.

Щетки устанавливаются в специальных щеткодержателях, смонтированных на задней крышке генератора. Отрицательная щетка соединяется проводом с корпусом генератора и через него с массой автомобиля. Провод от положительной щетки выводится к изолированной клемме Я. Обмотки возбуждения генератора присоединены параллельно обмотке якоря: один конец соединен с корпусом генератора, а другой с изолированной клеммой Ш (шунт). На корпусе генератора имеется, кроме того, винт 10, при помощи которого маоса генератора соединяется проводом с массой системы электрооборудования автомобиля.

До 1960 г. на отечественных автомобилях генераторы и аккумуляторные батареи, а также потребители тока применялись с положительной полярностью — с массой автомобиля соединялись их положительные клеммы. Их устройство, а также работа одинаковы с устройством и работой приборов, отрицательные клеммы которых соединены с массой автомобиля.

Работает генератор так: при вращении якоря секции его обмотки пересекают магнитные силовые линии между полюсными башмаками корпуса; вследствие этого в якоре возникает электрический ток, который отводится через коллектор и щетки во внешнюю цепь. Одновременно часть тока поступает в обмотки возбуждения, в результате чего магнитный поток между полюсными башмаками увеличивается. С увеличением магнитного потока возрастает и ток, вырабатываемый генератором. В дальнейшем после полного магнитного насыщения полюсных башмаков напряжение и величина вырабатываемого тока будут определяться скоростью пересечения магнитных силовых линий обмотками якоря, т. е. скоростью вращения якоря.

Рис. Генератор автомобильный: 1 — шкив; 2 — крыльчатка; 3 и 16 — подшипники; 4 — передняя крышка; 5 — корпус; 6 — обмотка возбуждения; 7 — полюсный башмак; 8 — вал якоря; 9 — сердечник; 10 — винт массы; 11 — коллектор; 12 — защитная лента; 13 — отрицательная щетка; 14 — пружина щеткодержателя; 15 — задняя крышка; 17 — положительная щетка; 18 — обмотка якоря

Генератор крепится к двигателю на кронштейне, при помощи которого можно изменять положение генератора относительно шкива коленчатого вала двигателя при регулировке натяжения клиновидного приводного ремня. Шкив 1 генератора выполнен заодно с крыльчаткой 2, служащей для охлаждения генератора.

Для осмотра щеток в корпусе генератора сделаны окна. Они закрываются защитной лентой 12, концы которой стягиваются винтом.

Генераторы некоторых армейских автомобилей (Урал-375 и др.), способных преодолевать вброд глубокие водные преграды, изготовляются в водостойком исполнении. Для таких генераторов применяется улучшенная изоляция из стекловолокна, стеклотекстолита и других специальных материалов; металлические детали имеют надежные защитные покрытия. Для стока воды, попавшей в генератор, в его крышках со стороны коллектора и со стороны привода изготовляются специальные щели.

Такие генераторы после преодоления брода и натяжке приводного ремня (перед бродом ремень ослабляется, чтобы якорь генератора не вращался) надежно работают и дают зарядный ток.

Общие сведения об источниках тока автомобиля

В качестве источников тока, необходимого для питания системы зажигания карбюраторного двигателя, для запуска двигателя стартером, для освещения и сигнализации и для других целей, на автомобилях используются генератор и аккумуляторная батарея.

Генератор является электрической машиной, которая преобразует часть механической энергии двигателя в энергию электрическую.

Аккумуляторная батарея представляет собой электрический прибор, который при зарядке от источника постоянного тока (автомобильного генератора) накапливает (аккумулирует) электрическую энергию, а при разрядке отдает ее, становясь, таким образом, источником тока.

Генератор и аккумуляторная батарея соединяются между собой параллельно и работают совместно.

Генератор, приводимый в действие двигателем при помощи ременной передачи, является основным источником электрического тока. При средних и больших оборотах коленчатого вала двигателя генератор не только обеспечивает электрической энергией все потребители тока автомобиля, но и отдает излишек этой энергии аккумуляторной батарее, заряжает её.

Когда двигатель не работает или работает на малых оборотах, т.е. когда генератор не вырабатывает электрический ток или вырабатывает ток небольшого напряжения, генератор отключается от электрической цепи автомобиля и питание потребителей тока в этом случае осуществляется аккумуляторной батареей, которая, разряжаясь, отдает накопленную электрическую энергию.

Как только обороты коленчатого вала двигателя возрастут и напряжение генератора превысит напряжение аккумуляторной батареи, генератор включается в электрическую цепь автомобиля и начинает питать энергией потребители тока. При дальнейшем возрастании оборотов вала двигателя излишек электрической энергии, вырабатываемой генератором, пойдет на зарядку аккумуляторной батареи.

Своевременное включение и выключение генератора, а также регулирование напряжения и силы тока осуществляются автоматически особым электрическим прибором — реле-регулятором.

Как проверить генератор на машине. Основные неисправности

Подробная статья как проверить генератор на машине, НЕ СНИМАЯ! Будем применять мультиметр, а также проверенный дедовский метод.

Проверка щеток генератора

  1. Проверьте длину графитовых щеток генератора.

Проверьте длину графитовых щеток генератора

Рис. Проверьте длину графитовых щеток генератора.

  • Длина новой щетки: 12 мм.
  • Предельный износ: 5 мм.
  • Допустимое отклонение длины щеток: 1 мм.

Принципы построения системы зарядки

Основные принципы

На рисунке показана система зарядки транспортного средства в виде трех узлов:

  • генератора переменного тока
  • аккумуляторной батареи
  • нагрузок транспортного средства

Система зарядки автомобиля

Рис. Система зарядки автомобиля

Когда напряжение электрогенератора меньше, чем напряжение батареи (двигатель работает на малых оборотах или не работает), направление тока — от батареи к потребителям транспортного средства. Диоды генератора «не пускают» ток внутрь генератора. Когда напряжение генератора больше, чем напряжение батареи, ток будет течь от генератора переменного тока к потребителям транспортного средства и к батарее.

Из этого простого примера ясно, что выходное напряжение электрогенератора должно быть больше напряжения батареи всегда, когда двигатель работает. Напряжение в цепи является важной величиной, которая зависит от множества факторов.

Напряжения зарядки

Главный вопрос при выборе напряжения зарядки — напряжение на клеммах батареи, когда она полностью заряжена. Если напряжение системы зарядки настроено на эту величину, тогда нет и не может быть никакого риска перезаряда батареи. Это известно как метод зарядки при постоянном напряжении. Цифра 14,2 ± 0,2 В принята как напряжение зарядки для 12-вольтовых систем. Грузовики, как правило, используют две последовательно соединенные батареи при номинальном напряжении 24 В, поэтому принятое напряжение зарядки удваивается. Это стандартное напряжение питания для всех потребителей транспортного средства.

Другие ситуации, которые следует учитывать при определении напряжения зарядки — любые ожидаемые падения напряжения в кабельных цепях системы зарядки, рабочая температура системы и состояние батареи. Падения напряжения должны быть сведены к минимуму, но важно отметить, что напряжение на выходе генератора переменного тока может быть немного выше приложенного к батарее.

Электрические нагрузки автомобиля

Нагрузки на электрогенератор можно разделить на три отдельные группы:

  • постоянные
  • длительные
  • кратковременные

Система зарядки современного автомобиля должна справляться с высокими требованиями при множестве различных условий. Чтобы получить некоторое представление о необходимой мощности, сложите мощности, потребляемые каждым индивидуальным компонентом автомобиля и добавьте эту сумму к мощности, требуемой для зарядки батареи. В таблице приведен список типичных потребностей в электроэнергии различных систем транспортного средства. Для сравнения дается потребление тока (с точностью до 0,5 А) при 14 и 28 В (номиналы выходных напряжений генератора переменного тока для систем 12 В и 24 В).

Требования к генератору переменного тока

Рис. Требования к генератору переменного тока

В списке отсутствуют некоторые потребители, вроде предварительно подогреваемых каталитических конвертеров, электрических усилителей рулевого управления и обогревателей ветровых стекол. Этот список будет расширяться, и система зарядки должна будет обеспечить все новые потребности.

Таблица. Типичное потребление электроэнергии электрическими компонентами автомобиля

Постоянные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Зажигание 30 2 1
Инжекторы топлива 70 5 2,5
Топливный насос 70 5 2,5
Приборная панель 10 1 0,5
Итого 180 13 6,5
Продолжительные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Габаритные и задние огни 30 2 1
Огни освещения  номера 10 1 0,5
Фары дальнего света 200 15 7
Фары ближнего света 160 12 6
Огни подсветки приборов 25 2 1
Приемник/Магнитофон/CD 15/30 1,0/2,0 0,5/1,0
Итого (при средней нагрузке фар) 260-270 20 10
Кратковременные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Нагреватель 50 3,5 2
Индикаторы 50 3,5 2
Стоп-сигналы 40 3 1,5
Передние стеклоочистители 80 6 3
Задние стеклоочистители 50 3,5 2
Электрические стеклоподъемники 150 11 5,5
Вентилятор охлаждения радиатора 150 11 5,5
Вентилятор обогрева салона 80 6 3
Обогреватель заднего стекла 120 9 4,5
Лампы внутреннего освещения 10 1 0,5
Звуковые сигналы 40 3 1,5
Задние противотуманные фонари 40 3 1,5
Фонари заднего хода 40 3 1,5
Дополнительные лампы 110 8 4
Прикуриватель 100 7 3,5
Очиститель передних фар 100 7 3,5
Регулировка сидения 150 11 5,5
Подогрев сидения 200 14 7
Мотор привода люка в крыше 150 11 5,5
Электрические приводы зеркал 10 1 0,5
Итого 1,7 кВт 125,5 63,5

Кратковременные нагрузки возникают нечасто, а некоторые потребители энергии, вроде обогрева задних стекол и нагревателей сидений, как правило оснащаются реле с таймером. Поэтому ради упрощения дальнейших вычислений к полной сумме требуемой мощности применен коэффициент 0,1. Предполагается, что транспортное средство будет использовать такую мощность при нормальных условиях движения.

Требование потребителей к генератору переменною тока — сумма постоянных нагрузок, длительных нагрузок и кратковременных нагрузок (с примененным коэффициентом). В этом примере:

180 + 260 + 170 = 610 Вт (43 А при 14 В).

Следовательно, требования, предъявляемые к системе зарядки, весьма значительны. Эта нагрузка является дополнительной к току, требуемому для подзарядки батареи.

Вычисление баланса зарядки

Вычисление баланса зарядки, или энергетического баланса системы зарядки, используется для того, чтобы убедиться, что генератор переменного тока может справиться со всеми требованиями, предъявляемыми к нему со стороны оборудования, и при этом зарядить батарею. Следующие шаги помогают выяснить необходимую мощность генератора переменного тока или проверить, является ли подходящим выбором генератор, установленный на транспортное средство.

В качестве известного примера будут использованы цифры из таблицы. Расчеты касаются легкового автомобиля с 12-вольтовой электрической системой. Расчет производится в несколько шагов:

  1. Сложить мощности, используемые всеми постоянными и долговременными нагрузками.
  2. Суммировать постоянную и долговременную мощность: Р1 = 440 Вт.
  3. Вычислить ток при напряжении 14 В (I = W/V), в данном случае: 31,5А.
  4. Определить кратковременную мощность (с учетом коэффициента 0,1): P2 = 170 Вт.
  5. Суммировать все мощности: (P1 — P2) = 610 Вт.
  6. Вычислить полный ток: 610/14 = 44 А.

Таблица. Типичное потребление электроэнергии электрическими компонентами автомобиля

Постоянные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Зажигание 30 2 1
Инжекторы топлива 70 5 2,5
Топливный насос 70 5 2,5
Приборная панель 10 1 0,5
Итого 180 13 6,5
Продолжительные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Габаритные и задние огни 30 2 1
Огни освещения  номера 10 1 0,5
Фары дальнего света 200 15 7
Фары ближнего света 160 12 6
Огни подсветки приборов 25 2 1
Приемник/Магнитофон/CD 15/30 1,0/2,0 0,5/1,0
Итого (при средней нагрузке фар) 260-270 20 10
Кратковременные нагрузки Мощность, Вт Ток при 14 В, A Ток при 28 В, А
Нагреватель 50 3,5 2
Индикаторы 50 3,5 2
Стоп-сигналы 40 3 1,5
Передние стеклоочистители 80 6 3
Задние стеклоочистители 50 3,5 2
Электрические стеклоподъемники 150 11 5,5
Вентилятор охлаждения радиатора 150 11 5,5
Вентилятор обогрева салона 80 6 3
Обогреватель заднего стекла 120 9 4,5
Лампы внутреннего освещения 10 1 0,5
Звуковые сигналы 40 3 1,5
Задние противотуманные фонари 40 3 1,5
Фонари заднего хода 40 3 1,5
Дополнительные лампы 110 8 4
Прикуриватель 100 7 3,5
Очиститель передних фар 100 7 3,5
Регулировка сидения 150 11 5,5
Подогрев сидения 200 14 7
Мотор привода люка в крыше 150 11 5,5
Электрические приводы зеркал 10 1 0,5
Итого 1,7 кВт 125,5 63,5

Производители электрических компонентов предлагают таблицы рекомендаций по выбору необходимого генератора переменного тока, полученных на основе полного потреблении мощности и емкости батареи. Обычно считается, что для легковых автомобилей с напряжением бортовом сети 12 В номинальный ток генератора должен быть приблизительно в 1,5 раза больше общего расчетного тока (в этом примере 44 х 1,5 = 66 А). Изготовители производят генераторы, мощность которых соответствует стандартному ряду. В данном случае подойдет генератор переменного тока с выходным током 70 А. В случае транспортных средств с большими батареями и стартерами, используемыми для дизельных двигателей и грузовиков, может потребоваться еще больший генератор.

Заключительный тест должен гарантировать, что выходной ток генератора переменного тока на холостом ходу является достаточно большим, чтобы обеспечить все непрерывные и длительные нагрузки (P1) и быть способным зарядить батарею. Можно использовать коэффициент 1,5. В этом примере генератор переменного тока должен быть в состоянии на холостых оборотах выдавать ток (31,5 х 1,5) = 47 А. Для обычных систем это соответствует частоте вращения генератора переменного тока приблизительно 2000 об/мин (или меньше). Это можно проверить по нагрузочной характеристике генератора переменного тока.

Генератор переменного тока общего назначения

Генератор Lucas модели А127

Рис. Генератор Lucas модели А127

На рисунке показан электрогенератор Lucas модели А127, широко используемый производителями автотранспортных средств. Характеристики генератора следующие:

  • напряжение 12 В относительно земли
  • регулируемое напряжение 14,0 — 14,4 В
  • максимальный ток нагрузки при максимальной температуре 65 А (возвратный контур по земле)
  • максимальная частота вращения 16500 об/ мин
  • диапазон рабочих температур от -40 до + 105 «С
  • европейский разъем и резьбовой выход контакта выпрямителя (7 мм)

Диаметр корпуса этого генератора 127 мм, диаметр ведущего вала 15 мм, вес около 4 кг. Это машина с обмотками типа «звезда».

Схемы зарядки на автомобиле

Как правило, схема зарядки — одна из самых простых на автомобиле. Главный выход генератора связан с батареей через кабель соответствующего сечения (иногда через два кабеля, чтобы увеличить надежность и гибкость). Индикатор предупреждения одним выводом подключен к замку зажигания, другим — к с соответствующей клемме генератора. При необходимости может использоваться вывод фазы. На рисунке приведены две типовых схемы кабельных соединений. Отметим, что выход генератора переменного тока обычно соединяется с клеммой питания стартера просто для удобства разводки кабелей. Если провода сделаны максимально короткими, это уменьшит падение напряжения в цепи. Падение напряжения на кабеле источника питания, когда электрогенератор дает максимальный выходной ток, не должно превышать 0,5 В.

Пример соединения в зарядной системе

Рис. Пример соединения в зарядной системе

Чтобы непосредственно контролировать напряжение аккумуляторной батареи, электрические системы некоторых автомобилей снабжены дополнительным проводом от генератора переменного тока. Можно также контролировать включение зажигания, и это используется для того, чтобы гарантировать мгновенное возбуждение обмоток. В некоторых автомобилях блок управления двигателем (ECU) связан с генератором переменного тока. Этот прием используется для увеличения оборотов холостого хода, если батарея имеет низкий уровень заряда.