Генератор змінного струму. 8
Генератор постійного струму. 9
Види генераторів. 10
Автомобільний генератор. 11
Перший генератор був побудований в 1832 р паризькими техніками братами Пікс. Цим генератором важко було користуватися, так як доводилося обертати важкий постійний магніт, щоб в двох дротяних котушках, укріплених нерухомо поблизу його полюсів, виникав змінний електричний струм. Генератор був забезпечений пристроєм для випрямлення струму. Прагнучи підвищити потужність електричних машин, винахідники збільшували число магнітів і котушок. Однією з таких машин, побудованої в 1843 р був генератор Еміля Штерера. У цієї машини було три сильних рухливих магніту і шість котушок, що оберталися від рук навколо вертикально осі. Таким чином, на першому етапі розвитку електромагнітних генераторів струму (до 1851 г.) для отримання магнітного поля застосовували постійні магніти. На другому етапі (1851-1867 рр.) Створювалися генератори у яких для збільшення потужності постійні магніти були замінені електромагнітами. Їх обмотка харчувалася струмом від самостійного невеликого генератора струму з постійними магнітами.
При експлуатації цієї машини з'ясувалося, що генератори, забезпечуючи електроенергією споживача, можуть одночасно живити струмом і власні магніти. Виявилося, що сердечники електромагнітів зберігають залишковий магнетизм після виключення струму. Завдяки цьому генератор з самозбудженням дає струм і тоді, коли його запускають зі стану спокою. В.1866-1867 рр. ряд винахідників отримали патенти на машини з самозбудженням.
У 1870 р бельгієць Зеноб Грам, який працював у Франції, створив генератор, який отримав широке застосування в промисловості. У своїй динамо-машині він використовував принцип самозбудження і вдосконалив кільцевої якір, винайдений ще в 1860 р А. Пачінотті.
В одній з перших машин Грамма кільцевої якір, укріплений на горизонтальному валу, обертався міжполюсними наконечниками двох електромагнітів. Якір приводився в обертання через приводний шків, обмотки електромагнітів були включені послідовно з обмоткою якоря. Генератор Грамма давав постійний струм, який відводиться за допомогою металевих щіток, ковзали по поверхні колектора. Який при їзді вирабатовал струм.
Перша динамо-машина була винайдена А. Єдлик Аньош в 1827 році. Він сформулював концепцію динамо на шість років раніше, ніж вона була озвучена Сименсом, але не запатентував її.
Динамо-машінаілідінамо - це застаріла назва генератора, службовця для вироблення постійного електричного струму з механічною роботи. Динамо-машина була першим електричним генератором, який став застосовуватися в промисловості. Надалі її витіснили генератори змінного струму, так як змінний струм легше піддається трансформування.
Динамо-машина складається з котушки з дротом, що обертається в магнітному полі, створюваному статором. Енергія обертання, відповідно до закону Фарадея перетворюється на змінний струм, але оскільки перші винахідники динамо не вміли працювати зі змінним струмом, то вони використовували комутатор для того, щоб інвертувати полярність. В результаті виходив пульсуючий струм постійної полярності.
Без комутатора динамо-машина є прикладом генератора змінного струму. З електромеханічним комутатором динамо-машина - класичний генератор постійного струму. Генератор змінного струму повинен завжди мати постійну частоту обертання ротора і бути синхронізований з іншими генераторами в мережі розподілу електроживлення. Генератор постійного струму може працювати при будь-якій частоті ротора в допустимих для нього межах, але виробляє постійний струм.
Генератори постійного струму є джерелами постійного струму, в яких здійснюється перетворення механічної енергії в електричну. Якір генератора приводиться в обертання будь-яким двигуном, в якості якого можуть бути використані електричні двигуни внутрішнього згоряння і т.д. Генератори постійного струму знаходять застосування в тих галузях промисловості, де за умовами виробництва необхідний або є кращим постійний струм (на підприємствах металургійної та електролізної промисловості, на транспорті, на судах і ін.). Використовуються вони і на електростанціях в якості збудників синхронних генераторів і джерел постійного струму.
Останнім часом у зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки для отримання постійного струму часто застосовуються випрямні установки, але не дивлячись на це генератори постійного струму продовжують знаходити широке застосування.
Комутатор п редназначен для коммутирования струму в первинній обмотці котушки запалювання відповідно до керуючого імпульсами датчика Холла Д-Р.
Магнітоелектричний датчик Холла отримав свою назву по імені Е. Хол, американського фізика, який відкрив в 1879 р важливе гальваномагнітними явище. Переваги цього перемикача - висока надійність і довговічність, малі габарити, а недоліки - постійне споживання енергії
Датчик Холла має щілинну конструкцію. З одного боку щілини розташований напівпровідник, за яким при включеному запалюванні протікає струм, а з іншого боку - постійний магніт. У щілину датчика входить сталевий циліндричний екран з прорізами. При обертанні екрану, коли його прорізи опиняються в щілини датчика, магнітний потік впливає на напівпровідник з протікає по ньому струмом і керуючі імпульси датчика Холла подаються в комутатор, в якому вони перетворюються в імпульси струму в первинній обмотці котушки запалювання.
а - немає магнітного поля, по напівпровідника протікає струм харчування - АВ;
б - під дією магнітного поля - Н з'являється ЕРС Холла - ЕF;
в - датчик Холла
Перевірку датчика Холла найпростіше виробляти заміною на свідомо справний, але можна скористатися і звичайним вольтметром (тестером). У справного датчика Холла вольтметр, включений на вимірювання постійної напруги і підключений до виходу датчика, в міру обертання валу датчика-розподільника повинен різко змінювати показання від приблизно 0,4 В до величини, не більше ніж на 3 В відрізняється від напруги живлення.
Магнітогідродинамічний генератор безпосередньо виробляє електроенергію з енергії рухомої через магнітне поле плазми або іншої подібної провідного середовища (наприклад, рідкого електроліту) без використання обертових частин. Розробка генераторів цього типу почалася тому, що на його виході виходять високотемпературні продукти згоряння, які можна використовувати для нагрівання пари в парогазових електростанціях і таким чином, підвищити загальний ККД МГТ генератор є оборотним пристроєм, тобто може бути використаний і як двигун.
Генератор змінного струму є електромеханічним пристроєм, який перетворює механічну енергію в електричну енергію змінного струму. Більшість генераторів змінного струму використовують обертове магнітне поле.
Великий двофазний генератор змінного струму був побудований британським електриком Джеймсом Едвардом Генрі Гордоном в 1882 році.
Принцип дії генератора заснований на явищі електромагнітної індукції.
В основі роботи генератора лежить ефект електромагнітної індукції. Якщо котушку наприклад, з мідного дроту, пронизує магнітний потік, то при його зміні на висновках котушки з'являється змінна електрична напруга. І навпаки, для утворення магнітного потоку досить пропустити через котушку електричний струм. Таким чином, для отримання змінного електричного струму потрібні котушка, по якій протікає постійний електричний струм, утворюючи магнітний потік, звана обмоткою збудження і сталева полюсна система, призначення якої - підвести магнітний потік до котушок, званим обмоткою статора, в яких наводиться змінна напруга. Ці котушки поміщені в пази сталевий конструкції, муздрамтеатру (пакета заліза) статора. Обмотка статора з його магнитопроводом утворює власне статор генератора, його найважливішу нерухому частину, в якій утворюється електричний струм, а обмотка збудження з полюсной системою і деякими іншими деталями (валом, контактними кільцями) - ротор, його найважливішу обертову частину. Харчування обмотки збудження може здійснюватися від самого генератора. У цьому випадку генератор працює на самозбудженні. При цьому залишковий магнітний потік в генераторі, т. Е. Потік, який утворюють сталеві частини муздрамтеатру при відсутності струму в обмотці збудження, невеликий і забезпечує самозбудження генератора тільки на занадто високих частотах обертання. Тому в схему генераторної установки, там де обмотки збудження не з'єднані з акумуляторною батареєю, вводять таке зовнішнє з'єднання, звичайно через лампу контролю працездатного стану генераторної установки. Струм, що надходить через цю лампу в обмотку збудження після включення вимикача запалювання і забезпечує початкове збудження генератора. Сила цього струму не повинна бути занадто великою, щоб не розряджати акумуляторну батарею, але і не дуже малої, т. К. В цьому випадку генератор збуджується при занадто високих частотах обертання, тому фірми-виробники обумовлюють необхідну потужність контрольної лампи - зазвичай 2. 3 пн.
Генератор постійного струму перетворює механічну енергію в електричну. Залежно від способів з'єднання обмоток збудження з якорем генератори.
Генератори постійного струму є джерелами постійного струму, в яких здійснюється перетворення механічної енергії в електричну. Якір генератора приводиться в обертання будь-яким двигуном, в якості якого можуть бути використані електричні двигуни внутрішнього згоряння і т.д. Генератори постійного струму знаходять застосування в тих галузях промисловості, де за умовами виробництва необхідний або є кращим постійний струм (на підприємствах металургійної та електролізної промисловості, на транспорті, на судах і ін.). Використовуються вони і на електростанціях в якості збудників синхронних генераторів і джерел постійного струму.
Останнім часом у зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки для отримання постійного струму часто застосовуються випрямні установки, але не дивлячись на це генератори постійного струму продовжують знаходити широке застосування.
Генератори постійного струму випускаються на потужності від декількох кіловат до 10 000 кВт.
1. Генератор незалежного збудження. У генераторі з незалежним збудженням струм збудження, не залежить від струму якоря, який дорівнює струму навантаження. Зазвичай струм збудження невеликий.
2. Генератор з самозбудженням. Генератор з самозбудженням є резонансний підсилювач з ланцюгом зворотного зв'язку, по якій частина напруги вихідних коливань подається назад до входу - на керуючу сітку. Принцип самозбудження полягає в наступному. Якщо до лампи підсилювача докласти керуючу напругу, то в анодному контурі виникнуть посилені коливання.
3.Генератори послідовного збудження. У генераторів послідовного збудження струм збудження дорівнює струму якоря.
4. Генератори змішаного збудження. У генераторі зі змішаним збудженням є дві обмотки збудження: основна (паралельна) і допоміжна (послідовна). Наявність двох обмоток при їх згодному включенні дозволяє отримувати приблизно постійна напруга генератора при зміні навантаження.
5. Генератор паралельного збудження. У генератора паралельного збудження обмотка збудження живиться від власного якоря Електрорушійна сила в якорі з'являється в результаті самозбудження машини, що відбувається під дією залишкового магнетизму в полюсах і ярмі статора. Для того щоб в машині з'явився магнітний потік залишкового магнетизму, вона хоча б один раз повинна бути намагнічена шляхом пропускання струму через обмотку збудження oт стороннього джерела. Так як обмотка воз¬бужденія підключена до якоря, то ЕРС створює в ній невеликий струм. Цей струм, протікаючи по обмотці збудження, збільшує магнітний потік полюсів, який в свою чергу збільшує ЕРС в якорі. Збільшення ЕРС викликає підвищення струму в обмотці збудження, який ще сильніше збільшує магнітний потік полюсів і ЕРС, що наводиться в якорі, що викликає подальше зростання струму збудження.
Автомобільний генератор - пристрій, що забезпечує перетворення механічної енергії обертання, двигуна автомобіля в електричну. Автомобільний генератор використовується для зарядки акумуляторної батареї автомобіля, а також для живлення штатних електроспоживачів таких як бортовий комп'ютер, габаритні вогні та інші. До автомобільних генераторів висувають високі вимоги по надійності, так як генератор забезпечує безперебійну роботу більшості компонентів сучасного автомобіля.
У сучасних автомобілях застосовуються вентильні генератори. Це синхронні трифазні електричні машини змінного струму, які - як вітчизняні, так і зарубіжні - мають дуже схожі конструкції і відрізняються, якщо не брати до уваги якість виготовлення, тільки габаритами, розташуванням приєднувальних місць і окремих вузлів.
Статор автомобільного генератора виконаний у вигляді кільця з 18 обмотками: по 6 на кожну фазу. Кожна обмотка має 5 витків.
На валу ротора встановлено контактні кільця, на які за допомогою щіток подається напруга з АКБ. В результаті, через обмотку збудження ротора починає протікати струм, який створює магнітне поле.
Після запуску двигуна ротор приводиться в обертання, і обертається магнітне поле ротора починає перетинати обмотки статора, в результаті чого в кожній обмотці виникає електрорушійна сила і змінний струм.
За допомогою випрямного блоку змінний струм обмоток статора перетворюється в постійний. Випрямний блок складається з двох алюмінієвих пластин, в які запрессовано по три діода.
Напруга, що виробляється генератором, в найбільшою мірою залежить від частоти обертання ротора і сили струму в обмотках збудження.
Для нормальної роботи споживачів напругу, що виробляється генератором, має бути в межах 13,7 - 14,5 В.
При великій частоті обертання колінчастого вала напругу, що виробляється генератором, росте. Для того щоб видається генератором напруга утримувалося в межах 13,7 - 14,5 В, використовуються реле-регулятори напруги. Якщо напруга перевищує допустимі 14,5 В, реле-регулятор перериває ланцюг обмотки збудження ротора і струм через обмотку збудження не йде. В результаті, напруга, що видається генератором починає падати, і коли воно знову потрапляє в інтервал 13,7 - 14,5 В, подача струму в обмотку збудження ротора поновлюється.
Корпус (5) і передня кришка генератора (2) служать опорами для підшипників (9 і 10), в яких обертається якір (4). На обмотку збудження якоря напруга від акумулятора подається через щітки (7) і контактні кільця (11). Якір приводиться в рух за допомогою клинового ременя через шків (1). При запуску двигуна, як тільки якір починає обертатися, створюване їм електромагнітне поле індукує змінний електричний струм в обмотці статора (3). У випрямному блоці (6) цей струм стає постійним. Далі струм через суміщений з випрямним блоком регулятор напруги надходить в електромережу автомобіля для живлення системи запалювання, освітлення і сигналізації, контрольно-вимірювальних приладів і ін. Акумуляторна батарея підключиться до числа цих приладів і почне зарядити трохи пізніше, як тільки електроенергії, вироблюваної генераторної установкою, стане досить, щоб забезпечити безперебійне функціонування всіх споживачів.