Генератор в машине это – Что такое генератор автомобиля. Принцип работы, как устроен и для чего нужен

Содержание

Что такое генератор в машине — Auto-Self.ru

Генератор в автомобиле (автомобильный генератор) представляет собой устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. В конструкции транспортных средств автогенератор является генератором переменного тока и выполняет следующие функции:

  • обеспечение зарядки АКБ;
  • питание всех электросистем в авто после запуска ДВС;

Автомобильный генератор зачастую расположен в подкапотном пространстве, так как приводится в действие от коленвала двигателя. По этой причине решения устанавливаются спереди по отношению к силовому агрегату. На большинстве современных авто привод генератора выполнен в виде ременной передачи. Модели транспортных средств, которые оснащены гибридным двигателем, а также некоторые авто с системой start-stop, имеют особое устройство генератора, так как в подобных машинах он одновременно является стартером.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое автомобиль гибрид. Из этой статьи вы узнаете о принципе работы и конструктивных особенностях силовой установки на гибридных авто. 

Устройство автомобильного генератора: особенности конструкции

Генераторы в автомобилях могут отличаться по размерам и схемам реализации тех или иных устройств (корпус генератора, привод и т.д.). Также под капотом решение может иметь различные места установки. Общими в устройстве являются следующие элементы:

  • ротор;
  • статор;
  • наличие щеточного узла;
  • выпрямительный блок;
  • регулятор напряжения;

Указанные составные части находятся в корпусе. Ключевыми параметрами генераторов для автомобилей являются следующие номинальные показатели: напряжение, ток, частота вращения, самовозбуждение на определенной частоте, КПД устройства.

Показатель номинального напряжения может составлять от 12 до 24 В, что зависит от устройства электросистемы транспортного средства. Номинальным током считается максимальный ток, который устройство отдает при условии номинальной частоты вращения на отметке 6 тыс. об/мин. Данные особенности представляют так называемую токоскоростную характеристику. Параллельно с номинальными показателями при выборе следует учитывать:

  • минимально возможную рабочую частоту вращения, а также минимальный ток;
  • максимальную частоту вращения и максимальный ток;

Теперь о самом устройстве. Корпус является парой крышек, которые стягиваются болтами. Наиболее частым материалом изготовления крышек является алюминиевый сплав, который не магнитится, обеспечивает малый вес и хорошее рассеивание тепловой энергии (теплоотдачу). В корпусе дополнительно выполнены отдельные прорези для вентиляции, а также имеется крепежный элемент для установки и фиксации генератора.

  1. Задачей ротора является то, что он создает магнитное поле, которое вращается. Данная функция реализуется путем размещения на валу ротора специальной обмотки (обмотка возбуждения), которая находится между двух полюсных половин. Параллельно с этим на каждой из указанных половин выполнены выступы. На вал ротора также установлена пара контактных колец, которые выполнены из меди, латуни или стали. Через указанные кольца питание подается на обмотку, а сами контакты обмотки прикреплены к кольцам посредством пайки. Необходимо добавить, что вал ротора также является местом установки вентилятора-крыльчатки и приводного шкива. Сам ротор вращается на подшипниках. Подшипники могут быть как шарикового, так и роликового типа в области контактных колец, что зависит от индивидуальных особенностей конструкции.
  2. Следующим элементом конструкции генератора в машине является статор. Данное решение имеет стальной сердечник, набранный из пластин, а также обмотки. Статор создает переменный электроток. Обмотки наматываются в специальные пазы сердечника. Так как обмоток статора три, это позволяет создать трехфазное соединение. Обмотки могут быть уложены в пазы различными способами: так называемой «петлей» или «волной». Что касается соединения между собой, концы обмоток могут соединяться в одном месте, в то время как другие играют роль выводов. Вторым вариантом является кольцевое соединение обмоток последовательно, что позволяет получить выводы в точках соединения.
  3. Давайте взглянем на щеточный узел (щетки). Данный элемент позволяет передать на контактные кольца ток возбуждения. Элемент состоит из пары графитовых щеток, прижимных пружин щеток и устройства для фиксации щеток (щеткодержателя). Отметим, что сегодня на «свежих» машинах ставят щеткодержатель, который образует единую конструкцию с еще одним элементом. Речь идет о конструкции, которая предполагает совмещение регулятора напряжения и щеткодержателя.
  4. Выпрямительный блок является преобразователем напряжения. Указанный блок преобразует синусоидальное напряжение, которое производит генератор, в напряжение постоянного тока. Выпрямитель состоит из пластин, задачей которых является отвод тепла. На пластинах выпрямителя также установлены специальные диоды, которые являются полупроводниковыми. Диоды устанавливаются по паре на фазы, а также по одному на «пюсовой» и «минусовой» выводы генератора. Всего получается 6 силовых диодов.
  5. Регулятор напряжения обеспечивает подачу тока со стабильным напряжением. Напряжение ограничено заданными рамками. Отметим, что генераторы на современных моделях авто имеют электронный регулятор напряжения. Такие регуляторы дополнительно делятся на гибридные и интегральные. Постоянно меняющаяся частота вращения коленвала и нагрузка в процессе эксплуатации двигателя требует постоянной стабилизации напряжения. Напряжение стабилизируется в автоматическом режиме посредством того, что оказывается влияние на ток, протекающий в обмотках возбуждения. Задачей регулятора является то, что устройство управляет импульсами электротока, точнее, частотой указанных электрических импульсов. Также регулятор определяет время (продолжительность) импульсов.

Еще одной функцией регулятора напряжения является изменение напряжения, которое необходимо для эффективной подзарядки АКБ с учетом наружной температуры. С понижением температуры за бортом устройство подает больше напряжения на аккумулятор.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как проверить реле регулятор генератора. Из этой статьи вы узнаете о доступных способах проверки устройства в том случае, если аккумулятор не заряжается от генератора или наблюдаются различные сбои в процессе зарядки АКБ.

Что касается привода генератора, данное решение представляет собой ременную передачу (с использованием клиновых или поликлиновых ремней), посредством которой вращается ротор. Ротор генератора по частоте вращения крутится до 3 раз быстрее самого коленвала. Добавим, что на современных авто используется поликлиновый ремень.

Также следует отметить, что на некоторых моделях автомобилей может быть установлен генератор индукторного типа. Индукторный генератор означает то, что в его устройстве отсутствуют щетки, местом установки обмотки является статор. Ротор такого генератора без щеток изготовлен из железных пластин небольшой толщины. Материалом для изготовления пластин выступает трансформаторное железо. Работает индукторный генератор по принципу того, что происходить изменение магнитной проводимости в воздушном зазоре, который присутствует между статором и ротором.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Facebook

Twitter

Google+

Telegram

Vkontakte

Что такое генератор автомобиля. Принцип работы, как устроен и для чего нужен

ЧТО ТАКОЕ ГЕНЕРАТОР АВТОМОБИЛЯ. ПРИНЦИП РАБОТЫ, КАК УСТРОЕН И ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН


Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется автомобильным генератором, каков принцип работы узла, из каких основных компонентов состоит устройство и как устроена эта деталь системы электроснабжения транспортного средства. Кроме того, расскажем про особенности, основные технические характеристики автомобильного генератора и чем различаются устройства друг от друга. В заключении мы поговорим о том,

как правильно нужно эксплуатировать автомобильный генератор, для чего нужен регулятор напряжения в системе электроснабжения той или иной машины и что называется системой охлаждения устройства.



Итак, что же такое автомобильный генератор? Генератором или устройством электроснабжения автомобиля называется основной источник или поставщик электроэнергии любого современного транспортного средства. Чтобы понимать принцип работы генератора, необходимо знать, из каких главных компонентов состоит этот узел. Справочно заметим, что при запуске силовой установки, основным потребителем тока

является стартер, сила тока в этот момент может достигать сотни ампер, что зачастую вызывает значительное падение заряда аккумуляторной батареи. Когда пуск двигателя осуществлен, генератор сразу же становится основным источником электроснабжения оборудования автомобиля.


 

ПРИЗНАКИ ИЗНОСА РЕМНЯ ГЕНЕРАТОРА И ЕГО ЗАМЕНА


 

 

Таким образом, генератор

является источником постоянной подзарядки аккумулятора во время функционирования мотора. В том случае, если генератор перестанет работать, то аккумуляторная батарея довольно быстро разрядиться и сядет. Задача генератора заключается в подаче требуемого тока для заряда батареи и следовательно обеспечения оптимальной работы электрооборудования автомобиля. Отметим, что когда происходит подзарядка аккумулятора, то разность напряжения батареи и генератора становится незначительной, что в свою очередь приводит в понижению зарядного тока в цепи.


Для понимания того, как функционирует генератор, необходимо представлять его конструкцию и элементы, которые обеспечивают его оптимальную, а также бесперебойную работу. Первое с чего нужно начинать — это привод и

крепление генератора. Как правило, привод генератора осуществляется от такой детали, как шкив коленчатого вала ременной передачи. Считается, что чем больше диаметр шкива на коленчатом валу, тем будет меньший диаметр шкива самого генератора, следовательно это ведет к более высоким рабочим оборотам электроснабжающего устройства, то есть генератора. Данный нюанс, говорит о том, что генератор в этом случае способен отдать больше тока своим потребителям, то есть электрооборудованию автомобиля.


На большинстве современных транспортных средствах привод в системе генератора выполняет расходных элемент под названием поликлиновый ремень, известный в народе, как

ручейковый. Благодаря высочайшей гибкости этого расходного элемента, можно без труда устанавливать на генераторе шкив почти любого размера. Это в свою очередь позволяет получать на выходе высокие передаточные отношения, что дает возможность применять высокооборотистые устройства для снабжения автомобиля током


Важным моментом в оптимальной работе ремня генератора играет его натяжение, которое фиксируется между натяжными роликами при неподвижном узле, то есть на неработающем двигателе машины.


УСТРОЙСТВО И СТРОЕНИЕ ГЕНЕРАТОРА АВТОМОБИЛЯ


Итак, какие компоненты включает в себя один из самых главных элементов системы электроснабжения автомобиля — генератор? Типовой генератор в свой состав включает статор с обмоткой, который зажат между 2-мя специальными крышками. Первая крышка называется передней, она идет со стороны самого привода и задней, которая располагается со стороны контактных колец. В большинстве случаев генераторы крепятся в области передней части силовой установки автомобиля при помощи специальных болтов расположенных на кронштейнах. Кроме вышеописанных элементов имеются еще крепежные лапы и проушина натяжного типа устройства. Эти детали располагаются на крышках. Ниже на изображении наглядно представлена типовая схема и основные компоненты автомобильного генератора.



КРЫШКИ КОРПУСА, ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СОПЛА И ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ ГЕНЕРАТОРА

Как правило, крышки корпуса генератора изготавливаются из легких сплавов алюминия и имеют специальные вентиляционные сопла, через которые проникает воздух и создает вентиляцию устройства. Типовые генераторы снабжаются вентиляционными соплами только в торцевой части, а устройства компактного типа в дополнение к торцевым вентиляционным окнам, компонуются еще отверстиями на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора.



Следующий элемент генератора, который стоит учитывать — это щеточный узел. Он располагается на крышке, со стороны контактных колец. Щеточный узел объединяется с регулятором напряжения и специальным выпрямительным элементом. 

СТАТОР ГЕНЕРАТОРА

Алюминиевые крышки генератора стянуты между собой 3-мя или 4-мя винтами таким образом, что статор располагается между 2-мя крышками. Что касается посадочных поверхностей, то они, как бы обхватывают статор по наружной поверхности. Что касается статора, то он состоит из сердечника, обмотки, пазового клина, специального паза и вывода для соединения с выпрямителем



Сам по себе статор генератора изготавливается из стальных листов с толщиной от 0,8 до 1 миллиметра, однако иногда делается в виде навивки на пластину, что напоминает смотанную проволоку в клубок. Когда производят пакет статора навивкой, то ярмо элемента над пазами зачастую имеет определенные выступы. По таким выступам фиксируется положение слоев друг относительно друга. Кроме того, данные выступы улучшают охлаждение статора, благодаря развитой внешней поверхности.



В связи с тем, что ежегодно автопроизводители все больше стараются экономить металл при изготовлении комплектующих для транспортных средств, то почти 90 процентов современных статоров делаются в виде пакетов с намоткой, которые набираются из отдельных подковообразных сегментов. Подковообразные сегменты, которые изготавливаются в виде отдельных листов металла, скрепляются между собой в единую монолитную конструкцию при помощи сварки или заклепок. Большинство генераторов машин обладают 36-ю пазами, в которых размещается обмотка статора. Сами по себе пазы изолированы специальной пленочной изоляцией, иногда напылением эпоксидного компаунда.

РОТОР ГЕНЕРАТОРА

Следующим немаловажным элементом генератора идет ротор, который обладает полюсной системой, включающей в себя полюсные половины, обмотку возбуждения, контактные кольца и вал. Полюсные половины обладают 6-ю выступами в виде клюва на каждой из половин. Половины полюсного типа изготавливаются методом штамповки и зачастую имеют выступы. В случае отсутствия выступов, при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается специальная втулка с обмоткой возбуждения, которая намотана на основной каркас. Намотка делается только после установки втулки внутрь каркаса



Такие детали ротора, как валы зачастую изготавливаются из автоматной стали мягких сплавов. Что касается подшипникового ролика, который работает на конце вала со стороны контактных колец, то он изготавливается из легированной стали, плюс наконечник, известный, как цапфа еще и закаляется. Кроме того, на конце вала, который оборудован резьбой, прорезается специальный паз под шпонку для того, чтобы смог закрепиться шкив.  


Однако на импортных автомобилях шпонка, как правило, отсутствует. В таком случае, торцевая часть вала обладает определенным углублением или выступом под ключ, зачастую под шестигранник. Эти конструкторские особенности позволяют удерживать вал от поворота при затяжке гайки крепления шкива. Кроме того, это обеспечивает простоту работ при разборке генератора, в том случае, если нужно демонтировать шкив и вентилятор.



ЩЕТОЧНЫЙ УЗЕЛ ГЕНЕРАТОРА

В любом современном генераторе идет щеточный узел, конструкция которого располагает в себе специальные щетки, то есть скользящие контакты. Как правило, в генераторах автомобилей используются 2 основных типа узла: меднографитные и электрографитные. Электрографитные щетки обладают повышенной способностью к падению напряжения в цепи с кольцом, в сравнении с меднографитными. Этот нюанс негативно сказывается на выходных параметрах генератора, но они способны обеспечивать при этом меньший износ контактных колец, так как щетки прижимаются к контактным кольцам с усилием пружин.



ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ ГЕНЕРАТОРА

Также немаловажную роль в процессе функционирования генератора играют выпрямительные узлы, которые бывают опять же 2-ух типов: в виде пластин-теплоотводов, в которые методом прессовки запрессованы диоды силового выпрямителя и в виде наоборот, распаенного, а затем загерметизированных кремниевых диодов. Справочно заметим, что в конструкциях с повышенной ребристостью, диоды в большинстве случаев идут таблеточного вида. Такие элементы, как диоды специально припаиваются к теплоотводам. Диоды же дополнительного выпрямителя зачастую имею корпус из пластмассы цилиндрической формы. Включение в электрическую цепь диодов осуществляется при помощи шин.  


ПОДШИПНИКОВЫЕ УЗЛЫ ГЕНЕРАТОРА


Являются радиальными шариковыми подшипниками с одноразовой закладкой специальной пластичной смазки, которая рассчитана на весь срок службы детали. Кроме того подшипники снабжаются уплотнениями с 1-им или 2-мя кольцами, которые встроены в узел. Что касается роликовых подшипников, то они используются со стороны контактных колец. Посадка шариковых подшипников осуществляется на вал со стороны контактных колец и является очень плотной, а со стороны привода, наоборот — скользящей. Вставка в посадочное место крышки, посадка подшипников со стороны колец скользящая, а со стороны привода плотная, как бы запрессованная.  

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА


Процесс охлаждения генератора происходит при помощи 1-го или 2-ух вентиляторов, которые закрепляются на валу генератора. В классических формах генератора, воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец, а у устройств, которые обладают щеточным узлом, регулятор напряжения с выпрямителем защищенные каркасом при этом располагаются вне внутренней полости, воздух поступает через сопла защиты. Благодаря наличию сопел, воздух четко направляется в наиболее нагретые места, как правило, к регулятору напряжения и выпрямителю


Выше на изображении продемонстрированы 3 вида генераторов: классической конструкции (А), для повышенной температуры в моторном отсеке (Б) и стандартной конструкции (В), а стрелками показывается направление охлаждающих воздушных потоков.

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА


Для чего нужен регулятор, который контролирует напряжение в генераторе? Все очень просто. Дело в том, что регулятор обеспечивает поддержание напряжения генератора в определенных диапазонах, чтобы осуществлялась оптимальная работа устройства и электрооборудования, которое подключено в электрическую цепь автомобиля. Зачастую генераторы компонуются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, которые встроены в устройство. Что касается принципа их функционирования, то он одинаков для всех, однако схемы их исполнения и конструктивные особенности могут разниться.



Справочно заметим, что регуляторы напряжения зачастую обладают определенными свойствами термокомпенсации, то есть возможностью изменения напряжения, которое подводится к аккумулятору. Этот процесс осуществляется в зависимости от температуры, которая образуется в моторном отсеке, чтобы оптимально зарядить батарею. Например, чем ниже будет данная температура в подкапотном пространстве, тем большее напряжение будет подаваться на аккумулятор и наоборот. Показатель термокомпенсации может достигать величины в 0.01 Вольта на 1 градус по Цельсию. 

ОСОБЕННОСТИ И ВОЗМОЖНЫЕ НЕПОЛАДКИ В РАБОТЕ ГЕНЕРАТОРА


Самой опасной неприятностью в работе генератора является его короткое замыкание, а точнее пластин теплоотводов, которые соединены с «массой» и выведены на положительный заряд. В том случае, когда в устройстве случайным образом между пластинами образуется такая ситуация, то сразу же наступает короткое замыкание по всей цепи аккумулятора. Самым неприятным следствием этой проблемы может явиться возгорание, а затем пожар. Чтобы этого не допустить, сегодня многие автопроизводители частично или полностью покрывают изоляционным слоем некоторые части выпрямителя генератора. Кроме того, изготовители объединяют в монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы с основными монтажными платами при помощи изоляционного материала, который армирован специальными соединительными шинами.



Видео обзор: «Что такое генератор автомобиля. Принцип работы, как устроен и для чего нужен»


В заключении отметим, что при включении, а также частом использовании энергоемких потребителей тока, на примере обогревателя заднего или лобового стекла, света фар и наличия у двигателя малых оборотов в этот период времени, суммарный потребляемый ток в этом случае становится больше, чем может предоставить генератор. Как правило, в таком случае почти вся нагрузка ложится на аккумуляторную батарею и она ускоренно начнет разряжаться.

БОЛЬШОЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ОСТАВЛЯЙТЕ СВОИ КОММЕНТАРИИ, ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ. 
ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.

Почему автомобильные генераторы вырабатывают переменный ток?

Вот почему автомобили используют генераторы переменного тока, хотя все устройства на борту работают от постоянного электричества

Задумывались ли вы когда-нибудь, о том, что питает все системы вашего автомобиля? За счет чего заводится мотор, горят лампочки на приборной панели, движутся стрелки и работают бортовые компьютеры? Откуда берется электричество на борту? Конечно их вырабатывает генератор и аккумулирует химический накопитель энергии многоразового действия – электрический аккумулятор. Это знают все! Скорее всего вы также в курсе, что аккумуляторная батарея вырабатывает постоянный ток, который используется в любом автомобиле. Однако во всей этой стройной теории проверенной практикой присутствует одно странное звено, не желающее поддаваться логике – генератор вырабатывает ток переменный. Это не кажется вам странным? Почему так происходит?

На самом деле это интересный вопрос, потому что в этой истории с первого взгляда нет никакого смысла. Если все потребители электричества в вашем автомобиле работают на 12 вольтах постоянного тока, почему автопроизводители больше не используют генераторы, которые производят электричество постоянного тока? Ведь раньше вроде так и делали? Почему необходимо сперва сгенерировать переменный ток, а затем преобразовывать его в постоянное электричество?

Вооружившись такого рода вопросами, мы начали докапываться до истины. Ведь есть же в этом какая-то тайная причина. И вот что мы выяснили.

Во-первых, давайте проясним, что мы подразумеваем под электричеством переменного и постоянного тока. Автомобили используют постоянный ток, прямой ток, как его еще называют. В названии скрыта суть феномена. Это тип электричества, который производится батареями, он течет в одном постоянном направлении. Этот же тип электричества производился генераторами, которые ставились на первые автомобили с начала 1900 — х годов до 60-х годов прошлого века. На старушках ГАЗ М-20 «Победа» и ГАЗ-69 ставились именно генераторы постоянного тока.

Другой вид электричества – переменный ток – назван так из-за того, что он периодически обращает течение по направлению, а также изменяется по величине. Доступ к этому типу электричества можно получить в любой розетке обычной квартиры по всему миру. Мы используем его для питания электроприборов в частных домах, зданиях, огни больших городов также дают свет благодаря переменному току, потому что легче передавать большие расстояния.

Большая часть электроники — в том числе почти вся в вашем автомобиле – использует постоянный ток, преобразуя переменный ток в постоянный для выполнения полезной работы. В бытовых приборах установлены так называемые блоки питания, в которых происходит конвертация одного вида энергии в другой, выделяя на выходе немного тепла. Чем сложнее бытовая утварь, к примеру, компьютер или Smart TV, тем сложнее цепочка преобразований. В некоторых случаях переменный ток частично не изменяется, а лишь корректируется его частота. Поэтому очень важно при замене вышедшего из строя блока питания заменять его на оригинальный, требуемого типа. Иначе технике наступит очень быстрый конец.

Но что-то мы отошли от главных вопросов, поставленных на повестку дня сегодня.

Итак, зачем в автомобилях вырабатывать «неправильный» вид электричества?


Ответ очень прост, таков принцип работы генератора переменного тока. Наиболее высокое КПД при переводе механической энергии вращения двигателя в электрическую энергию происходит именно по такому принципу.

Кратко принцип работы автомобильного генератора таков:

При включении зажигания на обмотку возбуждения подается напряжения через блок щеток и контактные кольца.
Инициируется появление магнитного поля.
Магнитное поле воздействует на обмотки статора, что приводит к появлению электрического переменного тока.
Далее переменный ток отправляется на выпрямительный блок где происходит его преобразование в постоянный ток.
Завершающая стадия «готовки» правильного тока – регулятор напряжения.
 
После всего процесса, часть электричества запитывает электропотребители, часть идет на подзарядку аккумулятора, некоторая часть уходит обратно на щетки альтернатора (так когда-то называли генератор переменного тока) для самовозбуждения генератора.

Выше был описан принцип работы современного генератора переменного тока, но так было не всегда. Ранние автомобили с двигателями внутреннего сгорания использовали магнето – простейшее приспособление для преобразования механической энергии в электрическую (переменного тока). Внешне, да и внутренне, эти машинки были даже схожи с более поздними генераторами, но использовались на очень простых автомобильных электрических системах без батарей. Все было просто и безотказно. Не зря некоторые сохранившиеся до наших времен 90-летние автомобили заводятся до сих пор.

Индукторы (второе название магнето) впервые были разработаны человеком с неподражаемым именем — Ипполит Пикси.

На данный момент мы с вами выяснили, что тип вырабатываемого генераторами тока зависит от продуктивности перевода механической энергии в электрическую, но также немаловажную роль во всей этой истории сыграло снижение массы и габаритов устройства, по сравнению с аналогичными по мощности устройствами на постоянном токе. Разница получилась почти в три раза! Но есть еще один секрет, почему автомобильные генераторы сегодня вырабатывают переменный ток. В кратце — это более передовой эволюционный путь развития генераторов постоянного тока, которых признаться честно, по сути и не существовало в чистом виде.

Историческая справка:
Скажем более того, генераторы постоянного тока на самом деле также производили переменный ток, когда якорь (подвижная часть) вращался внутри статора (внешний «корпус», которого имеет постоянное магнитное поле). Разве что частота тока была иной и «сгладить» ее в постоянный ток можно было проще – при помощи коммутатора.
Коммутатором тогда было механическое приспособление с вращающимся цилиндром, поделенным на сегменты с щетками для создания электрического контакта.

Система работала, но была неидеальна. В ней было множество механических частей, щетки, создававшие контакт, могли быстро изнашиваться, и общая надежность была так себе. Тем не менее, это был лучший способ получить постоянный ток, который вам нужен для зарядки аккумулятора и запуска систем автомобиля.

Так было до конца 1950-х годов, когда начала появляться твердотельная электроника, ставшая решением преобразования переменного тока в постоянный посредством кремниевых диодных выпрямителей.

Эти выпрямители тока (иногда называемые диодным мостом) показали себя с гораздо лучшей стороны, в качестве преобразователей переменного тока в постоянный, что в свою очередь позволило использовать более простые, а значит более надежные генераторы переменного тока в автомобилях. Первым зарубежным автопроизводителем, который развил эту идею и вывел ее на рынок легковых автомобилей, был Chrysler, который имел опыт работы с выпрямителями и электронными регуляторами напряжения благодаря исследовательской работе, спонсируемой Министерством обороны. Интересно, что в Википедии, отмечается, что американская разработка «…повторяла разработку авторов из СССР», первая конструкция генератора переменного тока была представлена в Советском Союзе за шесть лет до этого. Единственным, но важным, улучшением американцев, стало применение кремниевых выпрямительных диодов, вместо селеновых.

В СССР же, хоть и опоздали на 7 лет с введением в серию генераторов переменного тока на легковые автомобили, опередили весь мир в самой разработке новых типов генераторов. Еще в 1955 году на Горьковском автозаводе было выпущено 2.000 машин с альтернаторами вместо магнето.

«Одними из ведущих разработчиками благодаря которым в СССР и на Европейском континенте появилась первая серийная конструкция генераторов переменного тока были Ю. А. Купеев (НИИ Автоприборов) и В. И. Василевский (КЗАТЭ г. Самара)», говорится на страницах Википедии.

Итог. Почему генераторы на авто вырабатывают переменный ток?


Ну а мы завершаем наш рассказ. Первый легковой автомобиль, в базовой комплектации которого устанавливался генератор новой конструкции, стал Plymouth 1960 года выпуска. Некоторыми из наиболее очевидных преимуществ генератора было то, что на низкой скорости или на холостом ходу он по-прежнему производил достаточно тока, чтобы заряжать аккумулятор, что большинство генераторов того времени были не в состоянии сделать.

Оказалось, что альтернаторы, после того как был налажен массовый выпуск, производить дешевле, чем генераторы старой конструкции, они надежнее, выносливее и они производят больше электричества на разных скоростях вращения коленчатого вала. Они сделали настолько большой шаг вперед, что все их плюсы запросто перекрывали единственный минус – они не могли производить постоянный ток. Тем более после того как был разработан дешевый и надежный твердотельный выпрямитель.

Видите? В конце концов, в этом есть смысл!

Источник

Электрический генератор — это… Что такое Электрический генератор?

Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели

Электрогенераторы в начале XX века


Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833 г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867 гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А. Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

  • Электростатическую индукцию
  • Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

Диск Фарадея

В 1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Основная статья Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Pixii Ипполит Пикси в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД. МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

Классификация

Электромеханические индукционные генераторы

Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

 — устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

  • По типу первичного двигателя:
  • По виду выходного электрического тока
      • Трёхфазный генератор
        • С включением обмоток звездой
        • С включением обмоток треугольником
  • По способу возбуждения
    • С возбуждением постоянными магнитами
    • С внешним возбуждением
    • С самовозбуждением
      • С последовательным возбуждением
      • С параллельным возбуждением
      • Со смешанным возбуждением

См. также

Ссылки

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о