Что такое внешняя характеристика генератора переменного тока

Что такое внешняя характеристика генератора переменного тока

Характеристики генераторов переменного тока

Основными характеристиками генераторов переменного тока яв­ляются: 1) внешняя; 2) скоростная регулировочная; 3) токоскоростная.

Внешняя характеристика — это зависимость напряжения гене­ратора от тока (Ur(Ir) при п = const. Она может определяться при самовозбуждении и при независимом возбуждении.

При увеличении нагрузки (а значит, и силы тока) происходит снижение выходного напряжения генератора (рис. 1.9). Причинами этого являются: 1) падение напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмоток статора; 2) размагничивающее действие реакции якоря, уменьшающей магнитный поток в воздушном за­зоре, 3) падение напряжения к цепи выпрямителя; 4) в случае са­мовозбуждения — падение напряжения на обмотке возбуждения. Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом значении напряжения.

Рис. 1.9 Внешняя характеристика генератора переменного тока с независимым возбуждением.

Рис. 1.10. Характеристики генератора переменного тока при Ur=const;

а — скоростная регулировочная характеристика;

б — токоскоростная характеристика

Скоростная регулировочная характеристика Iв(n) (рис.1.10,а) обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки. Минимальное значение тока возбуждения определяется при токе на­грузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте вращения. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения тока возбуждения с изменением нагрузки при повышенном напряжении.

Токоскоростная характеристика Iг(n) (см. рис. 1.10,б) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения максимального тока. Это связано с тем, что с увели­чением частоты вращения ротора генератора, а следовательно, и час­тоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличива­ется индуктивное сопротивление обмотки статора генератора. При большой частоте вращения генератора полное сопротивление цепи Zц, в которую включен генератор, становится практически равным индук­тивному сопротивлению X обмотки статора, так как в этом случае X >>RH (RH — сопротивление нагрузки). ЭДС генератора и индук­тивное сопротивление Х обмотки статора изменяются, как известно, пропорционально частоте вращения генератора п. Поэтому при изме­нении частоты вращения генератора в диапазоне больших частот сила тока генератора остается неизменной:

I (n) = = = = const

Регуляторы напряжения

Выходное напряжение генератора зависит от трех величин: 1) частоты вращения его ротора; 2) выходной силы тока генерато­ра; 3) силы тока в обмотке возбуждения генератора. Так как первые две величины в автомобильном генераторе постоянно изменяются, то для обеспечения стабильного напряжения необходимо соответст­вующим образом воздействовать на силу тока в обмотке возбужде­ния генератора. Для этого в генераторную установку вводится регу­лятор напряжения.

Любой регулятор напряжения (рис. 1.11) содержит измери­тельное устройство, устройство сравнения, задающее устройство и устройство воздействия. Измерительное устройство преобразует выходное напряжение генератора в величину, пропорциональную этому напряжению. Устройство сравнения, сравнивает величину на выходе измерительного устройства с эталонной величиной.

Рис. 1.11. Структурная схема регулятора напряжения

Эта­лонной величиной может быть, как напряжение, так и любая другая достаточно стабильная физическая величина, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных ре­гуляторах. Значение эталонной величины устанавливается с по­мощью задающего устройства. В зависимости от результатов срав­нения устройство сравнения формирует соответствующий сигнал и подает pro на устройство воздействия. Устройство воздействия не­посредственно влияет на силу тока, протекающего , через обмотку возбуждения генератора.

По своей конструкции регуляторы делятся на вибрационные (реле регуляторы), контактно-транзисторные и бесконтактные (.транзисторные) регуляторы.

В вибрационных регуляторахустройством сравнения является электромагнитное реле. При повышенном напряжении на выходе ге­нератора это реле своими контактами включает в цепь питания об­мотки возбуждения добавочный резистор. При пониженном напря­жении добавочный резистор отключается (шунтируется). Основным недостатком вибрационных регуляторов является искрение контак­тов, вызывающее их ускоренный износ.

Контактно-транзисторный регуляторработает аналогично вибрационному. Отличие заключается в том, что контакты электромагнитного реле, входящего в состав контактно-транзисторного ре­гулятора, служат для управления транзистором. Транзистор рабо­тает в ключевом режиме и выполняет ту роль, которую в вибра­ционном регуляторе выполняют контакты электромагнитного реле. Так как управление транзистором осуществляется малыми токами, то износ контактов в контактно-транзисторном регуляторе сущест­венно ниже, чем в вибрационном.

Общим недостатком вибрационных и контактно-транзисторных регуляторов является нестабильность регулируемого напряжения, вызываемая старением возвратной пружины электромагнитного ре­ле. Этот недостаток полностью исключается в бесконтактных ре­гуляторах напряжения(рис. 1.12).

Рис. 1.12. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения

Функции задающего устройства и устройства сравнения в бесконтактном регуляторе напряжения выполняют стабилитрон VD и транзистор VT2, функцию измерительного устройства — делитель напряжения на R2 и R3, функцию устройства воздействия — ре­зистор Rд, транзистор VT1 и резистор R1. При снижении напря­жения генератора ниже регулируемого значения стабилитрон VD закрывается, вследствие чего закрывается транзистор VT2, обеспе­чивая открытие транзистора VTI. Открытый транзистор VT1 шун­тирует добавочный резистор Ra, что приводит к возрастанию тока, питающего обмотку возбуждения генератора. Повышение напря­жения на выходе генератора вызовет пробой стабилитрона VD (сни­жение его сопротивления). Поэтому транзистор VT2 перейдет в от­крытое состояние, а транзистор VT1 — в закрытое. Ток, питающий обмотку возбуждения генератора, снизится, так как в этом случае он будет протекать не через открытый транзистор VT2, а через до­бавочный резистор Rд.

Разновидностью бесконтактных регуляторов являются интег­ральные регуляторы, представляющие собой микросхему, имеющую небольшие размеры и способную работать при высоких тем­пературах Поэтому интегральные регуляторы легко встраиваются в генератор, что положительно сказывается на надежности генера­торной установки в целом.

Характеристики генераторов переменного тока (три)

1. Внешняя характеристика, т. е. зависимость напряжения генера­тора от тока Uг(/г) при n = const, может определяться при самовоз­буждении и независимом возбуждении. Аналитическое выражение зависимости напряжения от тока для фазных величин имеет сле­дующий вид:

U = 4,44fwФkоб — Z*I , где Z— полное сопротивление генератора. (1.1)

Снижение напряжения при увеличении нагрузки (рис. 1.5) проис­ходит из-за падения напряжения в активном и индуктивном сопро­тивлениях обмоток статора, размагничивающего действия реакции якоря, уменьшающей манитный поток в воздушном зазоре, из-за падения напряжения в цепи выпрямителя, а в случае самовозбужде­ния прибавляется падение напряжения на обмотке возбуждения. Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом зна­чении напряжения.

Рис. 1.5. Внешняя харктеристика генератора переменного тока: а – с самовозбуждением;

б – с независимым возбуждением. — Uг = f(/г) при n = const.

Рис. 1.6. Характеристики генератора переменного тока:

а — скоростная регулировочная, Iв = f(n), /г= const, Uг= const;

б – токоскоростная, Iг = f(n), Uг= const.

2 (a). Скоростная регулировочная характеристика Iв(n)(рис. 1.6, а) обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки. Ми­нимальное значение тока возбуждения определяется при токе на­грузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте враще­ния. Скоростные регулировочные характеристики позволяют опре­делить диапазон изменения тока возбуждения с изменением на­грузки при постоянном напряжении.

3 (б). Токоскоростная характеристика Iг(n)(рис. 1.6, б) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойст­вом самоограничения максимального тока (рис. 1.5). Это связано с тем, что с увеличением частоты вращения ротора генератора, а следова­тельно, с увеличением частоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление об­мотки статора генератора, пропорциональное квадрату числа вит­ков в фазе. Вследствие этого с увеличением частоты вращения ток генератора увеличивается медленнее, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. При замыкании внешней цепи на сопротивление нагрузки индуцированная в обмотке статора электродвижущая сила вызывает ток.

1.2.4.Бесконтактные генераторы с электромагнитным возбуждением

К бесконтактным генераторам с электромагнитным возбуждением относятся: 1) индукторные генераторы;2) и генераторы с укороченными клювами. Упрощенная схема устройства индукторного генератора представлена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Индукторный генератор

Работает генератор следующим образом. Обмотка возбуждения 1, по которой протекает по­стоянный ток, создает в магнитной системе поток (показан пунктиром), ко­торый при вращении ро­тора изменяется по вели­чине без изменения зна­ка. Этот поток замыкает­ся, проходя через воз­душный зазор между втулкой 2и валом 3, ро­тор 5, зубцы которого выполнены в виде звездочки, воздушный зазор между ротором и стато­ром, магнитопровод статора 6 и крышку 4.

Изменение магнитного потока в якоре при вращении ротора происходит за счет изменения магнитного сопротивления воздуш­ного зазора между зубцами статора и ротора. Магнитный поток Ф у индукторных генераторов пульсирующий (рис. 1.8). Магнитный по­ток в воздушном зазоре периодически изменяется от Фmах, когда оси зубцов ротора и статора совпадают, до Фmin, когда оси зубцов ротора и статора смещены на угол 180 электрических градусов. Таким образом, магнитный поток имеет среднюю постоянную Фср = 0,5(Фmах + Фmin) и переменную составляющую с амплитудой Фпер = 0,5(Фmах — Фmin).

Рис. 1.8. Изменение магнитного по­тока в индукторном генераторе

Если принять изменение переменной составляющей магнитного потока в зубце по синусоидальному закону

где — ω = 2πfугловая частота, то ЭДС холостого хода, наводимая в обмотке якоря, определится выражением

где wк— число витков в катушке; zs — число последовательно вклю­ченных катушек фазы якоря.

Действующее значение ЭДС холостого хода Е = 2,22fwкzs 0,5(Фmах – Фmin)соs ωt =4,44fwкzsФпер.

Зубец и впадина ротора (индуктора) генератора образуют пару полюсов, поэтому частота тока якоря в индукторе генератора f = Zn/60, где Z — число зубцов ротора.

Рис. 1.9. Генератор с укороченными полюсами –

(полюсы 2 кпювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части рото­ра)

В генераторах с укороченными полюсами бесконтактность дости­гается за счет неподвижного крепления обмотки возбуждения 4 (рис. 1.9) с помощью немагнитной обоймы 1. Полюсы 2 кпювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части рото­ра. В процессе вращения ротора магнитный поток возбуждения пе­ресекает витки обмотки статора 3, индуцируя в них ЭДС. Эти генера­торы просты по конструкции, технологичны. Роторы имеют малое рассеяние. К недостаткам можно отнести несколько большую, чем у контактных генераторов, массу при той же мощности. Также следует отметить трудность крепления обмотки возбуждения и обеспечения жесткости и механической прочности ее крепления.

Характеристики генераторов переменного тока

Внешняя характеристика, т. е. зависимость напряжения генера­тора от тока Ur (/г) при n = const, может определяться при самовоз­буждении и независимом возбуждении. Аналитическое выражение зависимости напряжения от тока для фазных величин имеет сле­дующий вид:

где Z — полное сопротивление генератора.

Снижение напряжения при увеличении нагрузки (рис. 1.5) проис­ходит из-за падения напряжения в активном и индуктивном сопро­тивлениях обмоток статора, размагничивающего действия реакции якоря, уменьшающей магнитный поток в воздушном зазоре, из-за падения напряжения в цепи выпрямителя, а в случае самовозбуждения прибавляется падение напряжения на обмотке возбуждения.

Рис. 1.5. Внешняя характеристика генератора переменного тока: а — с самовозбуждением; б — с независимым возбуждением

Из семейства внешних характеристик определяется максмальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом значении напряжения.

Скоростная регулировочная характеристика Lв ((n)(рис. 1.6,а) обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки. Минимальное значение тока возбуждения определяется при токе на-грузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте вращения. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения тока возбуждения с изменением нагрузки при постоянном напряжении.

Токоскоростная характеристика /г(n) (рис. 1.6,6) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения максимального тока. Это связано с тем, что с увеличением частоты вращения ротора генератора, а следовательно, с увеличением частоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление обмотки статора генератора, пропорциональное квадрату числа витков в фазе. Вследствие этого с увеличением частоты вращения ток генератора увеличивается медленнее, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. При замыкании внешней цепи на сопротивление нагрузки индуцированная в обмотке статора электродвижущая сила вызывает ток

(1.2)

где Rа> и XL — соответственно активное и индуктивное сопротивление обмотки статора.

Выразив индуктивное сопротивление обмотки статора через частоту и индуктивность, а затем через частоту вращения и индук­тивность:

X,l= 2 fL = 2 L=Cxn

где L — индуктивноть обмотки статора; Сх — постоянный коэффициент

выражение для тока генератора:

При малой частоте вращения индуктивная составляющая сопро­тивления (Cxn) 2 мала по сравнению с активной составляющей (Rа + Rн) 2 и ею можно пренебречь. При этом ток будет возрастать пропорционально частоте вращения (начальная часть характери­стики на рис. 1.6,6):

С увеличением частоты вращения индуктивная составляющая возрастает и становится значительно больше активной состав­ляющей, следовательно, последней можно пренебречь. При этом ток будет постоянным, не зависящим от частоты вращения, а опре­деляемым параметрами обмоток генератора и и магнитным потоком:

Характеристики генераторов переменного тока

Основными характеристиками генераторов переменного тока яв­ляются: 1) внешняя; 2) скоростная регулировочная; 3) токоскоростная.

Внешняя характеристика — это зависимость напряжения гене­ратора от тока (Ur(Ir) при п = const. Она может определяться при самовозбуждении и при независимом возбуждении.

При увеличении нагрузки (а значит, и силы тока) происходит снижение выходного напряжения генератора (рис. 1.9). Причинами этого являются: 1) падение напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмоток статора; 2) размагничивающее действие реакции якоря, уменьшающей магнитный поток в воздушном за­зоре, 3) падение напряжения к цепи выпрямителя; 4) в случае са­мовозбуждения — падение напряжения на обмотке возбуждения. Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом значении напряжения.

Рис. 1.9 Внешняя характеристика генератора переменного тока с независимым возбуждением.

Рис. 1.10. Характеристики генератора переменного тока при Ur=const;

а — скоростная регулировочная характеристика;

б — токоскоростная характеристика

Скоростная регулировочная характеристика Iв(n) (рис.1.10,а) обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки. Минимальное значение тока возбуждения определяется при токе на­грузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте вращения. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения тока возбуждения с изменением нагрузки при повышенном напряжении.

Токоскоростная характеристика Iг(n) (см. рис. 1.10,б) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения максимального тока. Это связано с тем, что с увели­чением частоты вращения ротора генератора, а следовательно, и час­тоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличива­ется индуктивное сопротивление обмотки статора генератора. При большой частоте вращения генератора полное сопротивление цепи Zц, в которую включен генератор, становится практически равным индук­тивному сопротивлению X обмотки статора, так как в этом случае X >>RH (RH — сопротивление нагрузки). ЭДС генератора и индук­тивное сопротивление Х обмотки статора изменяются, как известно, пропорционально частоте вращения генератора п. Поэтому при изме­нении частоты вращения генератора в диапазоне больших частот сила тока генератора остается неизменной:

I (n) = = = = const

Регуляторы напряжения

Выходное напряжение генератора зависит от трех величин: 1) частоты вращения его ротора; 2) выходной силы тока генерато­ра; 3) силы тока в обмотке возбуждения генератора. Так как первые две величины в автомобильном генераторе постоянно изменяются, то для обеспечения стабильного напряжения необходимо соответст­вующим образом воздействовать на силу тока в обмотке возбужде­ния генератора. Для этого в генераторную установку вводится регу­лятор напряжения.

Любой регулятор напряжения (рис. 1.11) содержит измери­тельное устройство, устройство сравнения, задающее устройство и устройство воздействия. Измерительное устройство преобразует выходное напряжение генератора в величину, пропорциональную этому напряжению. Устройство сравнения, сравнивает величину на выходе измерительного устройства с эталонной величиной.

Рис. 1.11. Структурная схема регулятора напряжения

Эта­лонной величиной может быть, как напряжение, так и любая другая достаточно стабильная физическая величина, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных ре­гуляторах. Значение эталонной величины устанавливается с по­мощью задающего устройства. В зависимости от результатов срав­нения устройство сравнения формирует соответствующий сигнал и подает pro на устройство воздействия. Устройство воздействия не­посредственно влияет на силу тока, протекающего , через обмотку возбуждения генератора.

По своей конструкции регуляторы делятся на вибрационные (реле регуляторы), контактно-транзисторные и бесконтактные (.транзисторные) регуляторы.

В вибрационных регуляторахустройством сравнения является электромагнитное реле. При повышенном напряжении на выходе ге­нератора это реле своими контактами включает в цепь питания об­мотки возбуждения добавочный резистор. При пониженном напря­жении добавочный резистор отключается (шунтируется). Основным недостатком вибрационных регуляторов является искрение контак­тов, вызывающее их ускоренный износ.

Контактно-транзисторный регуляторработает аналогично вибрационному. Отличие заключается в том, что контакты электромагнитного реле, входящего в состав контактно-транзисторного ре­гулятора, служат для управления транзистором. Транзистор рабо­тает в ключевом режиме и выполняет ту роль, которую в вибра­ционном регуляторе выполняют контакты электромагнитного реле. Так как управление транзистором осуществляется малыми токами, то износ контактов в контактно-транзисторном регуляторе сущест­венно ниже, чем в вибрационном.

Общим недостатком вибрационных и контактно-транзисторных регуляторов является нестабильность регулируемого напряжения, вызываемая старением возвратной пружины электромагнитного ре­ле. Этот недостаток полностью исключается в бесконтактных ре­гуляторах напряжения(рис. 1.12).

Рис. 1.12. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения

Функции задающего устройства и устройства сравнения в бесконтактном регуляторе напряжения выполняют стабилитрон VD и транзистор VT2, функцию измерительного устройства — делитель напряжения на R2 и R3, функцию устройства воздействия — ре­зистор Rд, транзистор VT1 и резистор R1. При снижении напря­жения генератора ниже регулируемого значения стабилитрон VD закрывается, вследствие чего закрывается транзистор VT2, обеспе­чивая открытие транзистора VTI. Открытый транзистор VT1 шун­тирует добавочный резистор Ra, что приводит к возрастанию тока, питающего обмотку возбуждения генератора. Повышение напря­жения на выходе генератора вызовет пробой стабилитрона VD (сни­жение его сопротивления). Поэтому транзистор VT2 перейдет в от­крытое состояние, а транзистор VT1 — в закрытое. Ток, питающий обмотку возбуждения генератора, снизится, так как в этом случае он будет протекать не через открытый транзистор VT2, а через до­бавочный резистор Rд.

Разновидностью бесконтактных регуляторов являются интег­ральные регуляторы, представляющие собой микросхему, имеющую небольшие размеры и способную работать при высоких тем­пературах Поэтому интегральные регуляторы легко встраиваются в генератор, что положительно сказывается на надежности генера­торной установки в целом.

1.2.3. Характеристики генераторов переменного тока (три)

1. Внешняя характеристика, т. е. зависимость напряжения генера­тора от тока Uг(/г) при n = const, может определяться при самовоз­буждении и независимом возбуждении. Аналитическое выражение зависимости напряжения от тока для фазных величин имеет сле­дующий вид:

U = 4,44fwФkоб — Z*I , где Z — полное сопротивление генератора. (1.1)

Снижение напряжения при увеличении нагрузки (рис. 1.5) проис­ходит из-за падения напряжения в активном и индуктивном сопро­тивлениях обмоток статора, размагничивающего действия реакции якоря, уменьшающей манитный поток в воздушном зазоре, из-за падения напряжения в цепи выпрямителя, а в случае самовозбужде­ния прибавляется падение напряжения на обмотке возбуждения. Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом зна­чении напряжения.

Рис. 1.5.Внешняяхарктеристика генератора переменного тока: а – с самовозбуждением;

б – с независимым возбуждением. —Uг = f(/г) приn = const.

Рис. 1.6. Характеристики генератора переменного тока:

а — скоростная регулировочная, Iв = f(n), /г = const, Uг = const;

б – токоскоростная, Iг = f(n), Uг = const.

2 (a). Скоростная регулировочная характеристика Iв(n) (рис. 1.6, а) обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки. Ми­нимальное значение тока возбуждения определяется при токе на­грузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте враще­ния. Скоростные регулировочные характеристики позволяют опре­делить диапазон изменения тока возбуждения с изменением на­грузки при постоянном напряжении.

3 (б). Токоскоростная характеристика Iг(n) (рис. 1.6, б) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойст­вом самоограничения максимального тока (рис. 1.5). Это связано с тем, что с увеличением частоты вращения ротора генератора, а следова­тельно, с увеличением частоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление об­мотки статора генератора, пропорциональное квадрату числа вит­ков в фазе. Вследствие этого с увеличением частоты вращения ток генератора увеличивается медленнее, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. При замыкании внешней цепи на сопротивление нагрузки индуцированная в обмотке статора электродвижущая сила вызывает ток.

1.2.4. Бесконтактные генераторы с электромагнитным возбуждением

К бесконтактным генераторам с электромагнитным возбуждением относятся: 1) индукторные генераторы; 2) и генераторы с укороченными клювами. Упрощенная схема устройства индукторного генератора представлена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Индукторный генератор

Работает генератор следующим образом. Обмотка возбуждения 1, по которой протекает по­стоянный ток, создает в магнитной системе поток (показан пунктиром), ко­торый при вращении ро­тора изменяется по вели­чине без изменения зна­ка. Этот поток замыкает­ся, проходя через воз­душный зазор между втулкой 2 и валом 3, ро­тор 5, зубцы которого выполнены в виде звездочки, воздушный зазор между ротором и стато­ром, магнитопровод статора 6 и крышку 4.

Изменение магнитного потока в якоре при вращении ротора происходит за счет изменения магнитного сопротивления воздуш­ного зазора между зубцами статора и ротора. Магнитный поток Ф у индукторных генераторов пульсирующий (рис. 1.8). Магнитный по­ток в воздушном зазоре периодически изменяется от Фmах, когда оси зубцов ротора и статора совпадают, до Фmin, когда оси зубцов ротора и статора смещены на угол 180 электрических градусов. Таким образом, магнитный поток имеет среднюю постоянную Фср = 0,5(Фmах + Фmin) и переменную составляющую с амплитудой Фпер = 0,5(Фmах — Фmin).

Рис. 1.8. Изменение магнитного по­тока в индукторном генераторе

Если принять изменение переменной составляющей магнитного потока в зубце по синусоидальному закону

где — ω = 2πf угловая частота, то ЭДС холостого хода, наводимая в обмотке якоря, определится выражением

е = ωwкzs 0,5(Фmах – Фmin)соs ωt,

где wк — число витков в катушке; zs — число последовательно вклю­ченных катушек фазы якоря.

Действующее значение ЭДС холостого хода Е = 2,22fwкzs 0,5(Фmах – Фmin)соs ωt =4,44fwкzsФпер.

Зубец и впадина ротора (индуктора) генератора образуют пару полюсов, поэтому частота тока якоря в индукторе генератора f = Zn/60, где Z — число зубцов ротора.

Рис. 1.9. Генератор с укороченными полюсами –

(полюсы 2 кпювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части рото­ра)

В генераторах с укороченными полюсами бесконтактность дости­гается за счет неподвижного крепления обмотки возбуждения 4 (рис. 1.9) с помощью немагнитной обоймы 1. Полюсы 2 кпювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части рото­ра. В процессе вращения ротора магнитный поток возбуждения пе­ресекает витки обмотки статора 3, индуцируя в них ЭДС. Эти генера­торы просты по конструкции, технологичны. Роторы имеют малое рассеяние. К недостаткам можно отнести несколько большую, чем у контактных генераторов, массу при той же мощности. Также следует отметить трудность крепления обмотки возбуждения и обеспечения жесткости и механической прочности ее крепления.

Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия

Люди пользуются энергией электрического тока практически во всех сферах своей деятельности. Сейчас нелегко представить жизнь без электричества, которое с помощью специального оборудования преобразуется из механической энергии. Рассмотрим подробнее, как происходит этот процесс, и как устроены современные генераторы.

Превращение механической энергии в электрическую

Любой генератор работает по принципу магнитной индукции. Самый простой генератор переменного тока можно представить, как катушку, которая вращается в магнитном поле. Также есть вариант, при котором катушка остается неподвижной, но магнитное поле только её пересекает. Именно во время этого движения и вырабатывается переменный ток. По такому принципу функционирует огромное количество генераторов во всем мире, объединенных в систему электроснабжения.

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

• Раму, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
• Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
• Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
• Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество:

1. Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
2. Статор – неподвижный элемент, который изготовлен из железных листов. Внутри него есть пазы, внутри которых располагается проволочная обмотка.

Для получения большей магнитной индукции, между этими элементами должно быть небольшое расстояние. По своей конструкции генераторы бывают:

• С подвижным якорем и статическим магнитным полем.
• С неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.

В настоящее время более распространено оборудование с вращающимися магнитными полями, т.к. значительно удобнее снимать электрический ток со статора, чем с ротора. Устройство генератора имеет немало сходств с конструкцией электродвигателя.

Схема генератора переменного тока

Принцип работы электрогенератора: в тот момент, когда половина обмотки находится на одном из полюсов, а другая на противоположном, ток движется по цепи от минимального до максимального значения и обратно.

Классификация и виды агрегатов

Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Асинхронный

У асинхронных электрогенераторов нет точной зависимости ЭДС от частоты вращения ротора, но здесь работает такой термин, как «скольжение S». Оно определяет эту разницу. Величина скольжения вычисляется, поэтому некоторое влияние элементов генератора в электромеханическом процессе асинхронного двигателя все же есть.

Синхронный

Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.
Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.

По типу топлива двигателя

Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.

Газовый генератор

В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:

• Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
• Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
• Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
• Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.

Дизельный генератор

Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:

• Относительная дешевизна топлива;
• Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
• Высокий уровень противопожарной безопасности;
• В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
• Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.

Бензогенератор

Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:

• Малые габариты при высокой мощности;
• Просты в эксплуатации: большинство моделей можно запустить вручную, а более мощные генераторы оснащены стартером. Регулируется напряжение под определенную нагрузку при помощи специального винта;
• В случае перегрузки генератора автоматически срабатывает защита;
• Просты в обслуживании и ремонте;
• Во время работы не издают много шума;
• Можно применять и в помещении, и на улице, но следует защищать от попадания влаги.

Источник: nevinka-info.ru