Генератор струму змінного

Добре відомий генератор струму (стара назва – «альтернатор») – це агрегат особливої ​​конструкції, що забезпечує отримання електричної енергії за рахунок механічної роботи, яку здійснюють при обертанні вала. Як джерело зовнішнього імпульсу можуть використовуватися будь-які побутові приводні механізми, включаючи традиційний дизель (дивіться розташоване нижче фото), гідравлічний привід або вітряної двигун.

Всі основні конструктивні рішення генераторів струму змінного напрямку і величини використовують при своїй роботі один і той же принцип дії. Він полягає в перетворенні механічної роботи в електричну енергію. Розглянемо особливості перетворення енергії обертання в електричну ЕРС більш докладно.

Принцип роботи

Для того щоб зрозуміти, як працює генератор змінного струму, спочатку слід розібратися з тим, в чому полягає принцип дії перетворювача обертального руху в електрику. В основі такої трансформації лежить ефект взаємодії полів ротора і нерухомого статора. За рахунок впливу створюваного рухомим ротором поля на нерухому статорних котушку в ній наводиться власна е / м ЕРС, під впливом якої в підключеної до виходу навантаженні починає текти змінний струм.

Суть або загальний принцип роботи генератора змінного струму найзручніше пояснити на прикладі взаємодії звичайної рамки з електропровідного матеріалу з полем постійного магніту (малюнок, який представляє просту рамку з струмом, наводиться нижче по тексту). Її можна розглядати як найпростіший генератора змінного струму.

Відзначимо, що наведена на цьому малюнку схема може служити моделлю генератора змінного струму. При обертанні рамки з певною швидкістю зовнішній магнітний потік через її площа буде безперервно змінюватися як за напрямком, так і за величиною. А це, відповідно до закону е \ м індукції Фарадея, викличе появу в ній гармонійно мінливої ​​ЕРС.

Якщо спорудити на валу рамки щось на зразок токос'емника, виготовленого у вигляді кілець з відводами, таке пристосування дозволить знімати з неї наведену напругу, під дією якого в активному навантаженні потече струм синусоїдальної форми.

Зверніть увагу! Цей приклад використання ефекту е / м індукції можна дещо видозмінити, обертаючи постійний магніт усередині нерухомої дроту зі струмом.

В цьому випадку рамка буде нагадувати статор, а обертовий магніт – високошвидкісний ротор генератора струму. Одержуваний в результаті цього електромагнітний ефект буде в цьому випадку тим же самим.

Види і конструкція генераторів

типи генераторів

Класичний індукційний генератор змінного струму за характером взаємодії своєї рухомої частини і нерухомою обмотки котушки підрозділяється на наступні типи: синхронний або асинхронний.

Додаткова інформація. Цим агрегати для отримання електричної енергії нагадують такі широко поширені в електротехніці пристрої, якими є відомі кожному електродвигуни.

Нагадаємо всім, хто цікавиться цим питанням, що при їх конструюванні застосовується абсолютно та ж схема, що і при розробці генераторів напруги. Відмінність полягає лише в тому, що у випадку з генератором задіяна зворотна послідовність перетворення (використовується принцип оборотності).

І ті, і інші електричні машини представлені механізмами синхронного і асинхронного типу, які, в свою чергу, відрізняються відсутністю або наявністю такого характерного для всіх електричних машин явища, як ковзання ротора.

Основна відмінність за цією ознакою проявляється в тому, що при обертанні ротора в асинхронної системі він трохи відстає від индуцируемого в котушці магнітного поля (як би «ковзає» уздовж неї).

На відміну від розглянутого випадку, синхронний двигун при своїй роботі не виявляє ефекту ковзання, що пояснюється особливостями конструктивного виконання. В рівній мірі це стосується і його аналога, що представляє синхронний генератор.

особливості конструкції

Для того щоб розібратися з тим, з чого складається генератор, досить уважно вивчити його пристрій, представлений на наведеній нижче фотографії.

З розміщеного вище малюнка видно, як влаштований сам генератор, і що в його склад входять наступні вузли:

• Корпус з передньої і задньої кришками і підшипникової парою;
• Статор і ротор електрогенератора;
• Електронний регулятор з блоком випрямних діодів;
• Набір контактних кілець.

Основні частини генератора (статор і ротор) монтуються в корпусі з обов'язковою їх центровкой, що виключає можливість появи так званих «биття».

Генератори трифазні

У всіх наведених вище матеріалах розглядався найпростіший однофазний генератор змінної ЕРС (точніше описує його роботу модель). У реальному житті в основному застосовуються генератори трифазного струму, характерною ознакою яких є наявність в статорі трьох окремих обмоток, що встановлюються з просторовим зсувом на 120 градусів.

Застосування такого способу їх взаємного розташування призводить до певного порядку чергування фаз. В цьому випадку при обертанні ротора в обмотках котушок наводяться електричні сигнали, зміщені на ті ж 120 градусів, що відповідає стандарту трифазного генератора.

Важливо! Для підключення обмоток до зовнішньої навантаженні, як правило, використовується схема «зірка» (дивіться малюнок нижче).

В окремих випадках, пов'язаних з особливостями підключення споживача, може застосовуватися інша схема, відома як «трикутник». Незалежно від обраного способу включення обмоток, для передачі електроенергії споживачу прокладаються три фазних проводи і один нульовий.

Класичний трифазний генератор будь-якого типу добре вписується в системи енергозабезпечення різних об'єктів з включеним в якості навантаження силовим електрообладнанням (як в електростанціях).

автогенератори

Пристрій генератора змінного струму дозволяє використовувати його навіть в тих випадках, коли до системи пред'являються досить жорсткі вимоги. Так, він широко застосовується в якості автомобільного генератора, повна схема якого наводиться на розташованому нижче малюнку.

Ці види механізмів, як правило, містять в своєму складі наступні обов'язкові вузли:

• Несучий корпус;
• Обмотки статора і ротора;
• Вбудований регулятор напруги;
• Модуль силових (випрямних) діодів.

Пристрій автомобільного генератора забезпечує підтримку вихідної напруги, що використовується для живлення бортової апаратури, на стабільному рівні. Його випрямний модуль гарантує отримання постійної напруги, що надходить не тільки для харчування автомобільних приладів, але і для підзарядки акумулятора.

Будь-автогенератор починає працювати відразу ж після запуску стартера і початку обертання валу двигуна. Після спрацьовування електронного реле-регулятора на нього перемикається вся мережева навантаження.

Таким чином, за своїм устроєм і принципом роботи генератори змінного струму для автомобіля, включаючи розрізані електричну потужність, багато в чому схожі з розглянутими раніше преосвітніми пристроями. За технічними характеристиками і порядку обслуговування вони нічим не відрізняються від звичайного індукційного генератора.

Єдиним і дуже важливим їх перевагою, в порівнянні з типовими електричними машинами, є можливість отримання постійного струму, випрямляється системою з декількох діодів.

У заключній частині огляду слід сказати, що принцип роботи генераторних пристроїв (взаємодія е \ м полів) широко застосовується в самих різних сферах промислового виробництва. Відповідно до нього, працюють більшість спеціальних вимірювальних пристроїв і багато інших корисних прилади. Так що Максвелл зробив воістину «царський» подарунок людству, відкривши своєчасно ефект електромагнітної індукції.

Якби в світі не було генераторів змінного струму, людство навряд чи домоглося тих технічних успіхів, якими воно без оглядки користується в даний час.

Відео