Ponieważ silnik potrzebuje energii elektrycznej do działania, a rezerwa akumulatora wystarcza tylko na jego uruchomienie, generator samochodu stale wytwarza ją na biegu jałowym i przy dużych prędkościach. Oprócz dostarczania napięcia do wszystkich odbiorców sieci pokładowej, energia elektryczna jest zużywana na ładowanie akumulatora i samowzbudzenie twornika generatora.
Powołanie generatora samochodowego
Oprócz zasilania sieci pokładowej, generator samochodu zapewnia uzupełnienie zapasów energii elektrycznej, którą akumulator zużył podczas uruchamiania silnika spalinowego. Początkowe wzbudzenie uzwojenia odbywa się również z powodu prądu stałego akumulatora. Następnie generator zaczyna samodzielnie generować energię elektryczną, gdy obrót jest przenoszony przez pasek na koło pasowe z wału korbowego silnika.
Innymi słowy - bez generatora samochód uruchomi się rozrusznikiem z akumulatora, ale daleko nie pojedzie i nie uruchomi się następnym razem, ponieważ akumulator nie zostanie naładowany. Czynniki wpływające na żywotność generatora:
- pojemność i natężenie baterii;
- styl i tryb jazdy;
- liczba konsumentów sieci pokładowej;
- sezonowość eksploatacji pojazdu;
- jakość wykonania i montażu agregatów prądotwórczych.
Prosta konstrukcja pozwala samodzielnie zdiagnozować i naprawić większość awarii.
Cechy konstrukcyjne
Zasada działania generatora samochodowego opiera się na efekcie indukcji elektromagnetycznej, która umożliwia uzyskanie prądu elektrycznego podczas zawisu, a następnie zmiany pola magnetycznego wokół przewodnika. Aby to zrobić, generator ma niezbędne szczegóły:
- wirnik - cewka wewnątrz dwóch par różnie skierowanych magnesów, która otrzymuje obrót przez koło pasowe i kieruje prąd do uzwojeń wzbudzenia przez szczotki i pierścienie kolektora
- stojan - uzwojenia wewnątrz obwodu magnetycznego, w których indukowany jest zmienny prąd elektryczny
- mostek diodowy - prostuje prąd przemienny na prąd stały
- przekaźnik napięciowy - reguluje tę charakterystykę w zakresie 13,8 - 14,8 V
Gdy silnik nie pracuje w momencie jego uruchomienia, prąd wzbudzenia jest dostarczany do twornika z akumulatora. Następnie generator zaczyna samodzielnie generować prąd, przełącza się na samowzbudzenie iw pełni przywraca ładowanie akumulatora podczas jazdy samochodu.
Na biegu jałowym ładowanie nie występuje, ale sieć pokładowa i wszyscy jej odbiorcy (reflektory, muzyka, klimatyzacja) są w pełni zapewnieni.
stojan
W generatorze najtrudniejsze jest urządzenie stojana:
- płyty z żelazka transformatorowego o grubości 0,8 - 1 mm są wycinane stemplem;
- paczki są z nich zbierane (spawanie lub nitowanie), 36 rowków na obwodzie jest izolowanych folią epoksydową lub polimerową;
- następnie w pakietach umieszcza się 3 zwoje, mocowane w rowkach za pomocą specjalnych klinów.
To właśnie w stojanie generowane jest napięcie przemienne, które następnie generator samochodowy prostuje na prąd stały dla sieci pokładowej i akumulatora.
Wirnik
W przypadku łożysk tocznych czop jest utwardzany, a sam wał jest wykonany ze stali stopowej. Na wałek nawinięta jest cewka, wypełniona specjalnym lakierem dielektrycznym. Z góry nakłada się na niego połówki biegunów magnetycznych i mocuje na wale:
- mieć kształt korony;
- zawierać 6 płatków;
- wykonane przez tłoczenie lub odlewanie.
Koło pasowe jest mocowane na wale za pomocą klucza lub nakrętki z łbem sześciokątnym. Moc generatora zależy od grubości drutu cewki wzbudzenia i jakości izolacji uzwojeń lakierem.
Kiedy napięcie jest przyłożone do uzwojeń wzbudzenia, wokół nich powstaje pole magnetyczne, oddziałujące z podobnym polem stałych połówek biegunów magnesów. To obrót wirnika zapewnia wytwarzanie prądu elektrycznego w uzwojeniach stojana.
Montaż kolektora
W generatorze szczotek urządzenie zespołu kolektora prądu jest następujące:
- szczotki ślizgają się po pierścieniach kolektora;
- przez nie prąd stały jest przekazywany do uzwojenia wzbudzenia.
Szczotki elektrografitowe zużywają się mniej niż modyfikacje miedziano-grafitowe, ale obserwuje się spadek napięcia na półpierścieniach kolektora. Aby zmniejszyć utlenianie elektrochemiczne pierścieni, mogą być one wykonane ze stali nierdzewnej i mosiądzu.
Ponieważ pracy zespołu kolektora prądu towarzyszy intensywne tarcie, szczotki i pierścienie kolektora zużywają się częściej niż inne części, są one uważane za materiały eksploatacyjne. Dzięki temu są szybko dostępne do okresowej wymiany.
Prostownik
Ponieważ w stojanie urządzenia elektrycznego generowane jest napięcie przemienne, a do sieci pokładowej potrzebny jest prąd stały, do projektu dodano prostownik, do którego podłączone są uzwojenia stojana. W zależności od charakterystyki generatora, zespół prostownika ma inną konstrukcję:
- mostek diodowy jest lutowany lub wciskany w płytki radiatora w kształcie podkowy;
- prostownik jest montowany na płytce, do diod przylutowane są radiatory z mocnymi żeberkami.
Główny prostownik można powielić dodatkowym mostkiem diodowym:
- szczelna kompaktowa jednostka;
- groszek lub cylindryczny kształt;
- włączenie do całego obwodu z małymi oponami.
Prostownik jest „słabym ogniwem” generatora, ponieważ każde ciało obce, które przewodzi prąd, przypadkowo złapane między radiatory diod, automatycznie prowadzi do zwarcia.
Regulator napięcia
Po przekształceniu zmiennej amplitudy na prąd stały przez prostownik, moc generatora jest dostarczana do przekaźnika regulatora napięcia z następujących powodów:
- wał korbowy silnika spalinowego obraca się z różnymi prędkościami w zależności od rodzaju jazdy, przebytej odległości i cyklu jazdy samochodu;
- dlatego domyślnie generator samochodowy nie jest fizycznie w stanie wytworzyć tego samego napięcia w różnych odstępach czasu;
- urządzenie przekaźnika regulatora odpowiada za kompensację termiczną - monitoruje wartość temperatury powietrza, gdy spada, zwiększa napięcie ładowania i odwrotnie.
Standardowa wartość kompensacji temperatury wynosi 0,01 V/1 stopień. Niektóre generatory mają ręczne przełączniki lato/zima, które można umieścić w kabinie pasażerskiej lub pod maską samochodu.
Istnieją przekaźniki regulatora napięcia, w których sieć pokładowa jest podłączona do uzwojenia wzbudzenia generatora za pomocą przewodu „-” lub kabla „+”. Konstrukcje te nie są wymienne, nie można ich pomylić, najczęściej w samochodach osobowych instaluje się „ujemne” regulatory napięcia.
Namiar
Łożysko przednie jest uważane za łożysko od strony koła pasowego, jego obudowa jest wciśnięta w pokrywę, a na wale zastosowano pasowanie ślizgowe. Łożysko tylne znajduje się w pobliżu pierścieni kolektora, przeciwnie, jest osadzone na wale z pasowaniem ciasnym, w obudowie zastosowano pasowanie ślizgowe.
W tym drugim przypadku można zastosować łożyska wałeczkowe, łożysko przednie to zawsze łożysko kulkowe zwykłe z jednorazowym smarem naniesionym fabrycznie, który wystarcza na cały okres eksploatacji.
Im wyższa moc generatora, tym większe obciążenie bieżni łożyska, tym częściej konieczna jest wymiana obu materiałów eksploatacyjnych.
Wirnik
Części cierne wewnątrz generatora są chłodzone wymuszonym powietrzem. W tym celu na wale umieszcza się jeden lub dwa wirniki, zasysając powietrze przez specjalne szczeliny / otwory w korpusie produktu.
Istnieją trzy rodzaje chłodzonych powietrzem generatorów samochodowych:
- jeżeli jest zespół szczotek / pierścienie kolektora i prostownik i regulator napięcia są wyjęte z obudowy to węzły te są chronione obudową, więc powstają w niej otwory wlotu powietrza (pozycja a) dolnego obwodu;
- jeśli układ mechanizmów pod maską jest gęsty, a otaczające je powietrze jest zbyt gorące, aby normalnie schłodzić wnętrze generatora, stosuje się osłonę ochronną o specjalnej konstrukcji (poz. b) dolnej figury;
- w agregatach małogabarytowych szczeliny wlotu powietrza są utworzone w obu pokrywach obudowy (poz. c) na dolnym rysunku).
Przegrzanie uzwojeń i łożysk drastycznie obniża wydajność generatora i może prowadzić do zacinania się, zwarć, a nawet pożaru.
Rama
Tradycyjnie w przypadku większości urządzeń elektrycznych obudowa generatora pełni funkcję ochronną dla wszystkich znajdujących się w niej węzłów. W przeciwieństwie do rozrusznika maszyny, generator nie posiada napinacza, luz paska transmisyjnego reguluje się poprzez przesunięcie korpusu samego generatora. W tym celu oprócz zaczepów montażowych na korpusie znajduje się ucho regulacyjne.
Obudowa wykonana jest ze stopu aluminium i składa się z dwóch osłon:
- stojan i twornik są ukryte pod przednią pokrywą;
- wewnątrz tylnej pokrywy znajduje się prostownik i przekaźnik regulatora napięcia.
Od tej części zależy poprawna praca generatora, ponieważ łożysko wirnika jest wciśnięte w jedną pokrywę, a pasek jest wciągnięty w ucho obudowy.
Tryby pracy
Podczas obsługi agregatu maszynowego dostępne są 2 tryby:
- uruchomienie silnika spalinowego - w tym momencie jedynymi odbiorcami są rozrusznik samochodu i cewka wirnika generatora, energia z akumulatora jest zużywana, prądy rozruchowe są znacznie większe niż robocze, dlatego zależy to od jakości akumulatora ładowanie, czy samochód się uruchomi, czy nie;
- tryb pracy - rozrusznik jest w tym momencie wyłączony, uzwojenie wirnika generatora przełącza się w tryb samowzbudzenia, ale pojawiają się inni odbiorcy (klimatyzator, grzejniki szyb i lusterek, reflektory, car audio), konieczne jest przywrócenie ładowania akumulatora.
Uwaga: Przy gwałtownym wzroście całkowitego obciążenia (system audio ze wzmacniaczem, subwooferem) prąd generatora staje się niewystarczający do zaspokojenia potrzeb systemu pokładowego, ładunek akumulatora zaczyna się zużywać.
Dlatego, aby zmniejszyć spadki napięcia, właściciele car audio często instalują drugi akumulator, zwiększają moc generatora lub powielają go z innym urządzeniem.
Napęd generatora
Alternator otrzymuje obroty w celu wytworzenia energii elektrycznej przez napęd paska klinowego z wału korbowego silnika. Dlatego napięcie paska należy regularnie sprawdzać, najlepiej przed każdą jazdą. Główne niuanse napędu generatora to:
- napięcie sprawdza się siłą 3 - 4 kg, ugięcie w tym przypadku nie może przekraczać 12 mm;
- diagnostykę przeprowadza się za pomocą linijki, której siłę do jednej krawędzi zapewnia stalownia domowa;
- pasek może się ślizgać, jeśli dostanie się na niego olej z powodu wycieku uszczelek i uszczelnień w sąsiednich węzłach pod maską;
- zbyt twardy pas powoduje zwiększone zużycie łożyska;
- brak współosiowości wału korbowego i kół pasowych generatora prowadzi do gwizdu i nierównomiernego zużycia paska w przekroju.
Średni zasób kół pasowych wynosi 150 - 200 tysięcy kilometrów samochodu. W przypadku paska ta cecha jest zbyt różna dla różnych producentów, modeli samochodów i stylu jazdy właściciela.
Schemat połączeń
Producenci biorą pod uwagę określoną liczbę odbiorców w modelu samochodu, dlatego w każdym przypadku stosowany jest indywidualny obwód elektryczny generatora. Najbardziej poszukiwane jest 8 schematów „mobilnych instalacji elektrycznych” pod maską samochodu o tym samym oznaczeniu elementów:
- blok generatora;
- uzwojenie wirnika;
- obwód magnetyczny stojana;
- mostek diodowy;
- przełącznik;
- przekaźnik lampy;
- przekaźnik regulatora;
- lampa;
- kondensator;
- zespół transformatora i prostownika;
- Dioda Zenera;
- opór.
Na schematach 1 i 2 uzwojenie wzbudnicy otrzymuje napięcie przez wyłącznik zapłonu, dzięki czemu akumulator nie rozładowuje się podczas postoju. Wadą jest przełączanie prądu 5 A, co skraca żywotność.
Dlatego na schemacie 3 styki są rozładowywane przez przekaźnik pośredni, a pobór prądu zmniejsza się do dziesiątych części ampera. Minusem tej opcji jest złożona instalacja generatora, spadek niezawodności projektu i wzrost częstotliwości przełączania tranzystora. Reflektory mogą migać, a strzałki instrumentów mogą drżeć.
W obwodzie 5 dodatkowy prostownik składa się z trzech diod na drodze do uzwojenia wzbudzenia. Jednak w przypadku dłuższego postoju zaleca się usunięcie „+” z zacisku akumulatora, gdyż może dojść do rozładowania akumulatora. Ale przy pierwotnym wzbudzeniu uzwojenia w momencie uruchamiania silnika spalinowego pobór prądu przez akumulator jest minimalny. Niebezpieczne dla elektroniki maszyny, zwiększ napięcie, wyłącz diodę Zenera.
W przypadku silników Diesla stosuje się generatory wykorzystujące schemat 6. Są zaprojektowane na napięcie 28 V, uzwojenie wzbudzające otrzymuje połowę ładunku poprzez podłączenie do punktu „zero” stojana.
Na schemacie 7 rozładowanie akumulatora podczas długotrwałego postoju jest eliminowane poprzez zmniejszenie różnicy potencjałów na zaciskach „D” i „+”. Dodatkowe skrzydło mostka diodowego prostownika zostało utworzone z diod Zenera w celu wyeliminowania skoków napięcia.
Schemat 8 jest zwykle stosowany w generatorach Bosch. Tutaj regulator napięcia jest skomplikowany, ale obwód samego generatora jest uproszczony.
Oznaczenia zacisków na obudowie
W przypadku autodiagnostyki za pomocą multimetru dla właściciela ważna jest informacja o tym, jak oznaczone są zaciski wyświetlane na obudowie generatora. Nie ma jednego oznaczenia, ale wszyscy producenci przestrzegają ogólnych zasad:
- z prostownika wychodzi „plus” oznaczony „+”, 30, V, B + i BAT, „minus”, oznaczony „-”, 31, D-, B-, E, M lub GRD;
- zacisk 67, W, F, DF, E, EXC, FLD odbiega od ekscytującego uzwojenia;
- przewód „dodatni” z dodatkowego prostownika do lampki kontrolnej jest oznaczony D +, D, WL, L, 61, IND;
- fazę można rozpoznać po falistej linii, literach R, W lub STA;
- punkt zerowy uzwojenia stojana jest oznaczony jako „0” lub MP;
- zacisk przekaźnika regulatora do podłączenia do „plusa” sieci pokładowej (zwykle akumulatora) jest oznaczony jako 15, B lub S;
- przewód od stacyjki należy podłączyć do zacisku regulatora napięcia oznaczonego IG;
- komputer pokładowy jest podłączony do wyjścia przekaźnika regulatora o oznaczeniu F lub FR.
Nie ma innych oznaczeń, a powyższe nie są w całości obecne na obudowie generatora, ponieważ znajdują się we wszystkich istniejących modyfikacjach urządzeń elektrycznych.
Główne awarie
Awarie „elektrowni pokładowej” są spowodowane niewłaściwą eksploatacją pojazdu, wyczerpaniem się zasobu części ciernych lub awarią elektryków. Najpierw przeprowadzana jest diagnostyka wizualna i identyfikacja obcych dźwięków, następnie część elektryczna jest sprawdzana za pomocą multimetru (testera). Główne usterki podsumowano w tabeli:
| Łamanie | Przyczyna | Naprawa |
| gwizdy, utrata mocy przy dużych prędkościach | niewystarczające napięcie paska, pęknięte łożysko / tuleja | regulacja napięcia, wymiana tulei/łożysk |
| za mało policzyć za coś | uszkodzony przekaźnik regulatora | wymiana przekaźnika |
| naładować | uszkodzony przekaźnik regulatora | wymiana przekaźnika |
| luz wału | uszkodzenie łożyska lub zużycie tulei | wymiana materiałów eksploatacyjnych |
| upływ prądu, spadek napięcia | awaria diody | wymiana diod prostowniczych |
| awaria generatora | spalenie lub zużycie kolektora, zerwanie uzwojenia wzbudzenia, przymarznięcie szczotek, zakleszczenie wirnika w stojanie, zerwanie przewodu wyprowadzającego z akumulatora | naprawić szkody |
Podczas diagnostyki tester mierzy napięcie generatora przy różnych prędkościach obrotowych silnika - na biegu jałowym, pod obciążeniem. Sprawdzana jest integralność uzwojeń i przewodów łączących, mostka diodowego i regulatora napięcia.
Dobór agregatu do samochodu osobowego
Ze względu na różne średnice kół pasowych napędu paska klinowego generator uzyskuje dużą prędkość kątową w porównaniu z obrotami wału korbowego. Prędkość wirnika osiąga 12 - 14 tysięcy obrotów na minutę. Dlatego zasoby generatora stanowią co najmniej połowę zasobów silnika spalinowego samochodu.
Maszyna jest fabrycznie wyposażona w generator, dlatego przy wymianie wybiera się modyfikację o podobnych właściwościach i otworach montażowych. Jednak podczas strojenia samochodu moc generatora może nie odpowiadać właścicielowi. Na przykład po zwiększeniu liczby odbiorników (podgrzewane siedzenia, lusterka, szyby), zainstalowaniu subwoofera, systemu audio ze wzmacniaczem, konieczne jest wybranie nowego, mocniejszego generatora lub zainstalowanie drugiego urządzenia elektrycznego wraz z dodatkowym bateria.
W pierwszym przypadku należy wybrać moc wystarczającą do naładowania baterii z 15% marginesem. Podczas instalowania drugiego generatora budżet początkowy i operacyjny dramatycznie wzrasta:
- w przypadku dodatkowego generatora będziesz musiał zainstalować dodatkowe koło pasowe na wale korbowym;
- znaleźć miejsce do zamocowania korpusu urządzenia elektrycznego, tak aby jego koło pasowe znajdowało się w tej samej płaszczyźnie co koło pasowe wału korbowego;
- konserwować i wymieniać materiały eksploatacyjne dwóch „mobilnych elektrowni” jednocześnie.
Wraz z pojawieniem się modeli generatorów bezszczotkowych niektórzy właściciele zastępują standardowe urządzenie tym urządzeniem.
Bezszczotkowe modyfikacje
Główną zaletą bezszczotkowego generatora jest bardzo długa żywotność. Pomimo złożonej konstrukcji i ceny, w zasadzie nie ma tu nic do zepsucia, a zwrot z inwestycji jest jeszcze wyższy ze względu na brak materiałów eksploatacyjnych do szczotek / pierścieni kolektora.
Kompaktowe wymiary oraz brak zwarć w przypadku przedostania się wody na uzwojenia wypełnione lakierem lub kompozytem pozwala na zamontowanie go w niemal każdym pojeździe.
Maszyna elektryczna, która przekształca energię mechaniczną w prąd elektryczny, nazywana jest generatorem samochodowym. Zadaniem alternatora w samochodzie jest ładowanie akumulatora i zasilanie urządzeń elektrycznych podczas pracy silnika. Alternator jest używany jako generator samochodowy.
Generator znajduje się w silniku, najczęściej w jego przedniej części, napędzanej z wału korbowego. W pojazdach hybrydowych generator wykonuje pracę rozrusznika-generatora, podobny schemat jest stosowany w niektórych innych konstrukcjach systemu stop-start. Denso, Delphe i Bosch to obecnie wiodący światowi producenci alternatorów.
Istnieją dwa rodzaje projektów generatorów samochodowych: kompaktowe i tradycyjne. Różnice charakteryzujące te typy polegają na różnicy w układzie wentylatora, różnią się konstrukcją obudowy, zespołu prostownika i koła pasowego napędowego oraz wymiarami geometrycznymi. Ogólne parametry dostępne w obu typach generatorów samochodowych to:
- Wirnik;
- stojan;
- Rama;
- Regulator napięcia;
- Blok prostownika;
- Węzeł pędzla.
| 1 - tuleja zaciskowa | 14 - wyjście „67” |
| 2 - tuleja | 15 - wtyczka przewodu neutralnego |
| 3 - tuleja buforowa | 16 – szpilka mocowania generatora |
| 4 - tylna okładka | 17 - wirnik wentylatora |
| 5 - śruba do mocowania zespołu prostownika | 18 - koło pasowe |
| 6 - blok prostownika | 19 - talerze |
| 7 - zawór (dioda) | 20 - pierścień |
| 8 - tylne łożysko | 21 - przednie łożysko |
| 9 - pierścienie kontaktowe | 22 - uzwojenie wirnika |
| 10 - wał wirnika | 23 - wirnik |
| 11 - pędzle | 24 - uzwojenie stojana |
| 12 - wyjście „30” | 25 - stojan |
| 13 - uchwyt szczotki | 26 - okładka przednia |
| 1 - obudowa | 17 - koło pasowe |
| 2 - wyjście „B +” do podłączenia konsumentów | 18 - nakrętka |
| 3 - kondensator tłumiący szumy 2,2 uF | 19 - wał wirnika |
| 4 - wspólne wyjście dodatkowych diod (podłączonych do wyjścia „D+” regulatora napięcia) | 20 - przednie łożysko wału wirnika |
| 5 - uchwyt diod dodatnich zespołu prostownika | 21 - nabiegunniki wirnika w kształcie dzioba |
| 6 - uchwyt diod ujemnych zespołu prostownika | 22 - uzwojenie wirnika |
| 7 - przewody uzwojenia stojana | 23 - rękaw |
| 8 - regulator napięcia | 24 - śruba sprzęgająca |
| 9 - uchwyt szczotki | 25 - łożysko tylnego wirnika |
| 10 - tylna okładka | 26 - tuleja łożyska |
| 11 - okładka przednia | 27 - pierścienie ślizgowe |
| 12 - rdzeń stojana | 28 - dioda ujemna |
| 13 - uzwojenie stojana | 29 - dioda dodatnia |
| 14 - zdalny pierścień | 30 - dodatkowa dioda |
| 15 - podkładka | 31 - wyjście "D" (wspólne wyjście dodatkowych diod) |
| 16 - podkładka stożkowa |
1 - generator; 2 - dioda ujemna; 3 - dodatkowa dioda; 4 - dioda dodatnia; 5 - lampka kontrolna rozładowania akumulatora; 6 - zestaw wskaźników; 7 - woltomierz; 8 - blok montażowy; 9 - dodatkowe rezystory 100 Ohm, 2 W; 10 - przekaźnik zapłonu; 11 - wyłącznik zapłonu; 12 - bateria; 13 - kondensator; 14 - uzwojenie wirnika; 15 - regulator napięcia
Główne zadanie wirnika- wytworzyć wirujące pole magnetyczne, w tym celu uzwojenie wzbudzenia znajduje się na wale wirnika. Umieszczony jest w dwóch połówkach tyczki, każda połówka ma po sześć występów - nazywane są dziobami. Na wale są również pierścienie stykowe, są dwa z nich i to przez nie zasilane jest uzwojenie wzbudzenia. Pierścionki najczęściej wykonane są z miedzi, pierścienie stalowe lub mosiężne są dość rzadkie. Wyprowadzenia uzwojenia wzbudzenia są przylutowane bezpośrednio do pierścieni.
Na wale wirnika osadza się jeden lub dwa wirniki wentylatora (ich liczba zależy od konstrukcji) i zamocowane jest napędzane koło pasowe. Dwa bezobsługowe łożyska kulkowe tworzą zespół łożyska wirnika. Łożysko wałeczkowe może być również umieszczone z boku pierścieni ślizgowych na wale.
Stojan jest niezbędny do wytworzenia przemiennego prądu elektrycznego, łączy metalowy rdzeń i uzwojenia, rdzeń jest wykonany z płyt, są one wykonane ze stali. Ma 36 rowków do uzwojenia uzwojenia, uzwojenia są ułożone w tych rowkach, jest ich trzy, tworzą połączenie trójfazowe. Istnieją dwa sposoby układania uzwojeń w rowkach - metoda fali i metoda pętli. Uzwojenia są połączone ze sobą zgodnie ze schematami „gwiazdy” i „trójkąta”.
Czym są te schematy?
- „Gwiazda” - jeden koniec uzwojenia jest połączony w jednym punkcie, a drugi koniec to konkluzja;
- „Trójkąt” - pierścieniowe połączenie końców uzwojeń w sekwencji, wnioski pochodzą z punktów połączeń.
Zespół szczotki służy do zapewnienia przeniesienia prądu wzbudzenia na pierścienie stykowe. Składa się z dwóch grafitowych szczotek, sprężynek dociskających je oraz uchwytu na szczotki. W generatorach nowoczesnych maszyn uchwyt szczotki jest umieszczony wraz z regulatorem napięcia w jednym nierozłącznym zespole.
Zespół prostownika realizuje funkcję przetwarzania napięcia sinusoidalnego generowanego przez generator na napięcie stałe sieci pokładowej samochodu. To płytki pełniące funkcję radiatorów, z zamontowanymi diodami. W bloku znajduje się sześć półprzewodnikowych diod mocy, po dwie na każdą fazę, jedna dla wyjścia „dodatniego”, a druga dla „ujemnego” wyjścia generatora.
W wielu generatorach uzwojenie wzbudzenia jest połączone przez oddzielną grupę, która składa się z dwóch diod. Te prostowniki zapobiegają przepływowi prądu rozładowania akumulatora przez cewkę, gdy silnik nie pracuje. Gdy uzwojenia są połączone zgodnie z zasadą „gwiazdy”, na zacisku zerowym zainstalowane są dwie dodatkowe diody mocy, co pozwala zwiększyć moc generatora nawet o 15 procent. Jednostka prostownika jest podłączana do obwodu generatora w specjalnych miejscach montażu przez lutowanie, spawanie lub skręcanie.
Regulator napięcia- jego celem jest utrzymanie napięcia generatora w określonych granicach. Obecnie generatory wyposażone są w półprzewodnikowe elektroniczne (lub zintegrowane) regulatory napięcia.
Konstrukcje regulatorów napięcia:
- projektowanie hybrydowe - wykorzystanie razem elementów radiowych i urządzeń elektronicznych w układzie elektronicznym;
- zintegrowana konstrukcja - wszystkie elementy regulatora (nie licząc stopnia wyjściowego) wykonane są w cienkowarstwowej technologii mikroelektronicznej.
Regulator napięcia powoduje zmianę napięcia dostarczanego do ładowania akumulatora poprzez kompensację temperaturową napięcia (w zależności od t powietrza). Im wyższa temperatura powietrza, tym mniejsze napięcie trafia do akumulatora.
Generator jest napędzany przez napęd pasowy, zapewnia obrót wirnika z prędkością dwu- lub trzykrotnie przekraczającą prędkość wału korbowego. W różnych konstrukcjach generatora można zastosować pasek wielorowkowy lub pasek klinowy:
- Pasek klinowy ma warunki do szybkiego zużycia (w zależności od określonej średnicy koła pasowego), ponieważ zakres paska klinowego jest ograniczony rozmiarem napędzanego koła pasowego.
- Pasek w kształcie litery V jest uważany za bardziej uniwersalny, mający zastosowanie do małych średnic napędzanego koła pasowego, za jego pomocą uzyskuje się większe przełożenie. Nowoczesne modele generatorów mają w swoich konstrukcjach pasek klinowy.
Po przekręceniu kluczyka w stacyjce prąd jest doprowadzany do uzwojenia wzbudzenia przez zespół szczotek i pierścienie ślizgowe. W uzwojeniu indukowane jest pole magnetyczne. Wirnik generatora zaczyna się poruszać wraz z obrotem wału korbowego. Uzwojenia stojana są przebijane przez pole magnetyczne wirnika. Napięcie przemienne pojawia się na zaciskach uzwojeń stojana. Po osiągnięciu określonej prędkości uzwojenie wzbudzenia jest zasilane bezpośrednio z generatora, to znaczy generator przechodzi w tryb samowzbudzenia.
Napięcie przemienne jest przetwarzane przez prostownik na napięcie stałe. W tym stanie generator jest zaangażowany w dostarczanie prądu wymaganego do ładowania zasilacza do odbiorników i akumulatora.
Regulator napięcia jest aktywowany, gdy zmienia się obciążenie i prędkość wału korbowego. Zajmuje się regulacją czasu włączenia uzwojenia wzbudzenia. Czas załączenia uzwojenia wzbudzenia maleje wraz ze spadkiem obciążenia zewnętrznego i wzrostem prędkości generatora. Czas wydłuża się wraz ze wzrostem obciążenia i malejącą prędkością. Gdy pobierany prąd przekracza możliwości generatora, akumulator zostaje włączony. Na desce rozdzielczej znajduje się lampka kontrolna, która kontroluje stan roboczy generatora.
Główne parametry generatora:
- Napięcie znamionowe;
- znamionowa częstotliwość wzbudzenia;
- prąd znamionowy;
- częstotliwość samowzbudzenia;
- Wydajność (współczynnik wydajności).
Charakterystyka prądowo-prędkościowa- jest to zależność natężenia prądu od częstotliwości obrotów generatora.
Oprócz wartości nominalnych charakterystyka prądowo-prędkościowa ma inne punkty:
- minimalny prąd i minimalna prędkość robocza (40-50% prądu znamionowego to prąd minimalny);
- maksymalny prąd i maksymalna prędkość (nie więcej niż 10% maksymalnego prądu przekracza prąd znamionowy).
Wideo
Generator samochodowy to bardzo ważny element samochodu, a bez niego uruchomienie będzie po prostu niemożliwe. Rozważmy więc jego charakterystykę, schemat połączeń i zasadę działania, a także awarie i sposoby ich eliminacji.
Urządzenie i zasada działania
Głównym zadaniem tej jednostki jest zamiana energii mechanicznej na energię elektryczną, a to ładowanie akumulatora i zasilanie wszystkich urządzeń. Generator samochodu znajduje się z przodu silnika i jest uruchamiany przez wał korbowy. Zastanów się, jaki jest schemat tej instalacji. Wirnik wytwarzający pole magnetyczne to wał z uzwojeniem wzbudzenia, którego każda połówka jest umieszczona w przeciwległych połówkach biegunów. Pierścienie kontaktowe (kolektor prądu) zasilają uzwojenie generatora. Wirnik napędzany jest za pomocą przekładni pasowych. Konstrukcja stojana zakłada obecność rdzenia i uzwojenia, generuje on prąd przemienny, który poprzez pierścienie popłynie dalej wzdłuż obwodu. Ale najpierw musisz usunąć ładunek z ramy. Aby prąd wzbudzenia spadł na pierścienie, stosuje się zespół szczotki.
Idziemy dalej. Jednostka prostownika jest zaangażowana w konwersję napięcia przemiennego (sinusoidalnego), które jest generowane przez generator samochodu i otrzymuje stałą charakterystykę. Jest to płytka, w której znajdują się diody (6 sztuk). W niektórych przypadkach obwód połączenia uzwojenia wzbudzenia zawiera inną oddzielną parę. W takim przypadku prąd nie może przepływać przez akumulator, gdy silnik nie pracuje. A łącząc uzwojenie gwiazdowe i dodatkowe diody mocy (2 szt.), Możesz zwiększyć moc urządzenia o 15%.
Utrzymanie napięcia generatora samochodowego w określonych granicach odbywa się za pomocą regulatora. Wpływa na częstotliwość i czas trwania impulsów prądu. Obwód sterownika składa się z czujników i elementów wykonawczych. Określają, ile uzwojenia wzbudzenia powinno być zawarte w sieci. W przypadku nieprawidłowego działania regulatora zanika stabilizacja napięcia dostarczanego do akumulatora. Główna część elementów konstrukcyjnych generatora znajduje się w obudowie, która wykonana jest ze stopu aluminium. Jest lekki, szybko rozprasza ciepło, dzięki czemu temperatury nie osiągają poziomów krytycznych i nie ma właściwości magnetycznych.
Rodzaje i cechy
Istnieją dwa główne typy alternatorów samochodowych - prąd stały i przemienny. Pierwsze były aktywnie używane do 1960 roku. Obecnie jednostki prądu stałego są również spotykane, ale nie w samochodach osobowych. W nich pole magnetyczne powstaje na uzwojeniu stojana, a prąd jest usuwany przez stałe szczotki z uzwojenia mocy twornika. Obwód generatora prądu stałego zapewnia równoległe połączenie tych elementów.
Alternatory samochodowe zostały wynalezione w 1946 roku. Ich schemat został omówiony powyżej. Zaletą klimatyzatora jest mniejsza waga i wymiary, zwiększona niezawodność i żywotność. Najbardziej zauważalną różnicą konstrukcyjną między dwoma typami generatorów są pierścienie ślizgowe. W urządzeniu prądu stałego półpierścienie stykowe (2 sztuki) usuwają ładunek z ramy. W przypadku prądu przemiennego sytuacja wygląda nieco inaczej. Na obu końcach ramy znajdują się pełnowartościowe pierścienie ślizgowe. Oczywiście te płytki kontaktowe nie określają całej zasady działania, ale wnoszą znaczący wkład.
Moc ma znaczenie dla samochodu. I tylko alternator, przy wszystkich innych rzeczach równych, ma ten wskaźnik wyższy niż jego konkurent.
Po zajęciu się urządzeniem generatorów samochodowych przestudiujemy charakterystykę techniczną. Charakterystyka prądowo-prędkościowa (TLC) odpowiada za zapewnienie wszystkim odbiorcom energii elektrycznej w różnych trybach pracy silnika. Jest to zależność maksymalnej wartości prądu od prędkości wirnika w warunkach stałego napięcia. Ważne jest również, aby wiedzieć, ile amperów generuje instalacja alternatora samochodowego. Wskaźnik ten waha się od 55 do 120 A, w zależności od marki samochodu. Jeśli kontrola wykaże brak amperów, jest to wyraźna oznaka nieprawidłowego działania urządzenia.
Istnieje również zewnętrzna, regulacja, charakterystyka obciążenia i wskaźnik biegu jałowego. Pierwsza to zależność wyprostowanego (stałego) napięcia (U d) od prądu obciążenia (I n), druga to Ja w (wzbudzenie) na I n. Trzeci pokazuje stosunek U d do I in, a ostatnia wartość jest określona przez zależność EMF od I in przy stałej prędkości.
Sprawdzanie uszkodzonego alternatora
Ile awarii, tyle rozwiązań, na przykład w jednym przypadku wymiana diod pomoże w generatorze, aw innych, znacznie bardziej znaczących częściach. Wymieniamy główne awarie. Jeśli obwód jest niesprawny (przerwy, zwarcia i inne naruszenia), sprawdzane jest, ile amperów i jakie napięcie wytwarza generator twojego samochodu, a następnie wybierane jest rozwiązanie. Przyczyną awarii może być również awaria szczotek grafitowych, regulatora lub mostka diodowego. Wszystko to można łatwo zmienić własnymi rękami.
Szczególnie ważna jest użyteczność regulatora, ponieważ to on odpowiada za intensywność ładowania akumulatora w zależności od tego, ile stopni ma temperatura pod maską. Jest to kompensacja termiczna. Określa to, ile woltów będzie optymalne dla akumulatora w danych warunkach. Istnieje rodzaj regulatora z ręcznym przełączaniem sezonowym, wtedy nawet ujemne temperatury nie są straszne.
Zwiększony hałas ujawnia defekty w zespołach łożysk, w tym niedostateczne smarowanie. Może to być również zużycie separatorów, bieżni, obracanie się pierścieni zewnętrznych itp. Ponadto przy dźwiękach „wycia” schemat połączeń problematycznego generatora samochodowego jest analizowany tak szybko, jak to możliwe, ponieważ przyczyną może być przerwa obwodu uzwojeń stojana lub przekaźnika trakcji. Złe kontakty powodują również pojawienie się obcych dźwięków, a ich sprawdzenie zajmuje kilka minut.
Temperatura robocza sprawnego generatora samochodowego może osiągnąć 90 ° C. A jeśli obserwuje się przegrzanie, to albo wystąpiła awaria mostka diodowego, albo sprawdź, ile urządzeń elektrycznych jest w sieci, czy jest ich wiele? Jeśli temperatura przekroczy normę, izolacja uzwojenia fazowego stojana ciemnieje lub nawet „wrze”. Również awarie sygnalizowane są słabym naładowaniem akumulatora lub jego całkowitym brakiem, nieprawidłowym działaniem sygnalizacji i urządzeń elektrycznych, słabą iskrą i zbyt wysokim napięciem. Należy pamiętać, że im wyższa temperatura urządzenia, tym niższe napięcie, jest to niepożądane..
Wymiana pierścieni ślizgowych, diod i inne naprawy
Jak widać, problemów jest wiele i aby uzyskać dokładniejszą diagnozę, musisz wyobrazić sobie, jak zmierzyć napięcie generatora samochodu, ampery i inne jego wskaźniki, a o tym porozmawiamy poniżej. Zacznijmy od tego, że producent wystawia paszport na dane techniczne, w tym prąd, napięcie, moc i rok produkcji urządzenia. Jeśli kontrola wykaże rozbieżność, konieczna jest naprawa. Diagnostyka jest również przydatna przy zakupie obsługiwanego urządzenia.
Jak znaleźć moc, napięcie i prąd (ampery) generatora samochodowego, powiedzą ci na dowolnej stacji paliw. Służy do tego specjalny stojak, niektórzy właściciele samochodów nawet sami go montują. Na przykład sprawdzenie wydajności generatora odbywa się za pomocą woltomierza. Jego wskaźniki powinny mieścić się w granicach 14,8 V. Warunkiem testu regulatora jest pracujący silnik i prędkość 3 tys. Na minutę. Zgadzam się, łatwo to zorganizować.
Pierścienie ślizgowe muszą być często wymieniane. Na szczęście możesz to zrobić sam. Ważne jest tylko prawidłowe zakupienie zestawu pierścieni, pomaga specjalne oznaczenie. Ale nawet jeśli masz oryginalny numer części, zanieś stare pierścienie do sklepu, aby sprawdzić towar na miejscu. Ileż słyszy się o błędach sprzedawców czy wręcz katalogów!
Tak więc, aby wymienić pierścienie ślizgowe generatora, należy zdemontować wirnik, zdjąć plastikową obudowę i poluzować przewody uzwojenia. Uwolni to podejście do trzonka z pierścieniami. Teraz robimy wymianę. Jednocześnie upewnij się, że podczas instalowania pierścieni styki nie pozostają w rowkach, wtedy trzeba będzie je wybrać ostrym przedmiotem, na przykład gwoździem. Następnie ostrożnie wbij trzonek młotkiem. Ostatnim krokiem podczas aktualizacji pierścieni jest wygięcie styków i przywrócenie obudowy na miejsce.
Aby zmienić diody zastosowane w generatorze samochodowym, musisz zdemontować i zdemontować mostek. Aby to zrobić, odkręć połączenie śrubowe i wywierć wszystkie istniejące nity. Uwolni to dostęp do płytki, na której znajdują się diody. Możesz je usunąć kluczem do „14”. Instalacja nowych diod po tym raczej nie będzie trudna.
W samochodach domowych możesz samodzielnie poprawić wskaźniki mocy generatora samochodowego. Wymień uzwojenie wirnika na większy drut, zwiększając prąd polaryzacji. Konieczny jest demontaż starego drutu, oczyszczenie i odtłuszczenie cewek, nawinięcie nowego drutu i oczyszczenie końcówek. Następnie sprawdza się, czy nie ma zwarcia. Ponadto wszystkie wyjścia są izolowane, a uzwojenie robocze jest impregnowane specjalnym roztworem, a następnie lutowane są przewody łączące. W rezultacie otrzymujemy w domu rodzaj generatora samochodowego dużej mocy.
Każdy alternator jest urządzeniem elektrycznym przeznaczonym do przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną o zmiennych wartościach prądu.
Większość nowoczesnych generatorów wykorzystuje tradycyjną zasadę wirującego pola magnetycznego.
Alternator elektryczny
Przedstawiono kilka głównych typów generatorów elektrycznych, które mają różnice strukturalne:- Urządzenia posiadające stałą część w postaci stojana i obracającego się elementu, który jest reprezentowany przez bieguny magnetyczne. Ten typ jest popularny wśród konsumentów i jest bardzo aktywnie wykorzystywany ze względu na obecność stałej części uzwojenia, która nie wymaga usuwania nadmiernego obciążenia sieci elektrycznej.
- Urządzenia elektryczne posiadające obracającą się zworę i stałe bieguny magnetyczne.
Tak więc konstrukcja generatora dowolnego typu obejmuje dwie najważniejsze części: ruchomą i stałą, a także niektóre elementy łączące, reprezentowane przez szczotki i połączenia drutowe. Generatory prądu przemiennego wytwarzają zarówno energię czynną, jak i energię bierną, która jest przesyłana i dystrybuowana przez sieci elektroenergetyczne.
Generatory elektryczne PT wraz z są zaprojektowane na określone wartości prądu znamionowego i wystarczającą ilość napięcia znamionowego, w zależności od cech konstrukcyjnych takiej maszyny, a także standardowych rozmiarów części roboczych i elementów łączących.
Rodzaje alternatorów
Istnieje kilka rodzajów maszyn lub instalacji przeznaczonych do przetwarzania energii nieelektrycznej na energię elektryczną.
Przedstawiono najpopularniejsze typy:
- kompaktowy konwerter Stirlinga z liniowym generatorem PT;
- generator jednofazowy PT;
- generator dwufazowy PT;
- generator trójfazowy PT;
- generator PT 380 V bez silnika;
- standardowy generator PT na 220 woltów;
- Generator PT na tyrystorze;
- generator synchroniczny PT;
- wprowadzenie;
- przenośny.
Alternator EGV - 32 U1
W zależności od cech konstrukcyjnych wyróżnia się urządzenia, które mają:
- stałe bieguny magnetyczne i obracająca się zwora;
- obracające się bieguny magnetyczne i stały stojan.
W zależności od metody wzbudzenia:
- z uzwojeniami wzbudzenia zasilanymi z zewnętrznych źródeł energii elektrycznej, w tym z baterii;
- z uzwojeniami wzbudzenia zasilanymi przez generatory FET innych firm, które wyróżniają się prądami małej mocy z jednego wału;
- z uzwojeniami samowzbudzenia zasilanymi wyprostowanymi wielkościami prądu;
- ze wzbudzeniem uzyskanym podczas działania elementów magnetycznych typu stałego.
W zależności od rodzaju podłączenia uzwojenia fazowego:
- system Tesli bez praktycznego znaczenia;
- połączenie w gwiazdę;
- typ połączenia „Trójkąt”;
- typ połączenia „Slavyanka”.
Ta ostatnia opcja łączy sześć uzwojeń gwiazdowych i jedno uzwojenie trójkąta na każdym stojanie.
Z konstruktywnego punktu widzenia można wyróżnić urządzenia przetwarzające energię lub maszyny typu elektrycznego, które mają jawnie i niejawnie wyrażone bieguny.
Urządzenie
Konstrukcja i struktura wewnętrzna konwertera jednego rodzaju energii na inny mogą mieć znaczne różnice. Najpopularniejsze są samochodowe generatory PT, reprezentowane przez następujące główne elementy konstrukcyjne:
- dwuwarstwowa obudowa ze specjalnymi otworami wentylacyjnymi;
- obrotowa część elektromagnetyczna z pojedynczym uzwojeniem obracana za pomocą koła pasowego w parze łożysk;
- dwa miedziane pierścienie i szczotki grafitowe doprowadzające prąd do części wirnika;
- część przekaźnika regulacyjnego, która odpowiada za wydawanie napięcia generatora w optymalnych granicach.
Ogólny schemat urządzenia alternatora
Część stojana ma trzy miedziane uzwojenia połączone „trójkątem” z połączeniem półprzewodnikowego mostka diodowego, dzięki któremu następuje konwersja typu napięcia.
Nowoczesne generatory samochodowe są klasyfikowane jako szybkie jednostki, więc prędkość może wynosić dziewięć tysięcy na minutę.
Obwód alternatora
Zasada działania generatorów PT opiera się na właściwościach indukcji elektromagnetycznej, co znajduje odzwierciedlenie w schemacie takich jednostek:
- stała część kotwicy;
- obracająca się część induktora;
- pierścienie kontaktowe;
- szczotka przesuwna.
Charakterystyczną różnicą między generatorami trójfazowymi jest obwód elektryczny, który wykazuje specjalne połączenie na uzwojeniach fazowych.
Synchroniczne i asynchroniczne
W zależności od zasady działania generator może być reprezentowany przez urządzenie typu synchronicznego i asynchronicznego. Wszelkie generatory asynchroniczne charakteryzują się prostotą konstrukcyjną i niskimi kosztami wykonania, a także dość dużą odpornością na zwarcia czy przeciążenia.
Asynchroniczne generatory elektryczne sprawdziły się w aktywnych poziomach obciążenia, w tym w żarówkach, grzejnikach elektrycznych, nowoczesnej elektronice i palnikach elektrycznych.
Różnica między generatorami synchronicznymi a asynchronicznymi
Jednak nawet w warunkach krótkotrwałego przeciążenia urządzenie ulega awarii. Z tego powodu podłączenie urządzeń z obciążeniami indukcyjnymi, w tym silników elektrycznych, spawarek nieelektronicznych i narzędzi lotnych, będzie wymagało zastosowania generatora asynchronicznego o trzy- lub czterokrotnym zapasie.
Generatory synchroniczne są poszukiwane w działaniu dowolnego odbiornika indukcyjnego o wysokich parametrach wartości prądu rozruchowego. Współczesne urządzenia synchroniczne typu elektrycznego z łatwością wytrzymują pięciokrotny poziom drugiego przeciążenia prądowego, co wynika z liniowej zależności liczby obrotów pola magnetycznego od liczby obrotów wirnika lub prędkości kątowej generatora.
Generatory asynchroniczne i synchroniczne różnią się konstrukcją, ale pierwsza opcja jest uważana za bardziej niezawodną konstrukcyjnie, co tłumaczy się brakiem w nich tradycyjnego zespołu szczotek.
jednofazowy
Zgodnie z liczbą faz wszystkie generatory są reprezentowane przez dwie duże grupy:
- Jednofazowy.
- Trójfazowy.
Pierwsza opcja jest przeznaczona wyłącznie do pracy z dowolnymi jednofazowymi odbiornikami energii elektrycznej, a generatory trójfazowe należą do kategorii uniwersalnych, ale drogich maszyn wymagających kosztownej konserwacji.
Typ generatora jednofazowego
Najprostsze konstrukcje są reprezentowane przez pole magnetyczne, obracającą się ramę i konwencjonalny zespół szczotek zbierających, który odprowadza prąd.
Dzięki montażowi kolektorów obrót ramy poprzez szczotki tworzy stały kontakt z połową ramy przy braku cyklicznej zmiany położenia. Wartości prądu, które zmieniają się zgodnie z prawami harmonicznymi, są przekazywane do szczotek i do obwodu odbiorników energii.
Typ generatora trójfazowego
Generatory jednofazowe są obecnie najpopularniejszymi autonomicznymi źródłami prądu i są przeznaczone do zasilania dowolnych jednofazowych odbiorców energii elektrycznej, do których należą prawie wszystkie urządzenia gospodarstwa domowego.
Zasada działania
Głównymi z nich są ruchy obrotowe przewodzącej ramy umieszczonej pomiędzy parą magnesów trwałych o przeciwnych biegunach. W większości przypadków konstrukcja jest standardowa, a funkcjonalność takich urządzeń jest dość prosta.
Schemat działania generatora trójfazowego
Na przykład wirniki zainstalowane w przemysłowych generatorach indukcyjnych obracają się dzięki turbinie, a stojan można uzupełnić dość silnym elektromagnesem. Indukcja pola elektromagnetycznego występuje wewnątrz zwojów uzwojenia wirnika, dzięki czemu powstaje całkowite napięcie wymagane dla odbiorców.
Zasada działania generatorów opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya, zgodnie z którym indukcja pola elektromagnetycznego zachodzi w prostokątnej części konturu drucianej ramy.
Zamiar
Generatory są głównymi źródłami energii elektrycznej w systemach zasilania, które dostarczają energię do dowolnych odbiorców i ładują akumulator podczas pracy silnika.Nowoczesne generatory z wbudowanymi diodami krzemowymi charakteryzują się małymi gabarytami, prostą konstrukcją, niezawodnością i długą żywotnością, co jest doskonałym uzupełnieniem dużej gęstości mocy takich urządzeń przekształtnikowych przy niskiej częstotliwości obrotowej.
Jakiś czas temu generatory miały dość wąski zakres, ale dzięki wysiłkom programistów, techników i specjalistów konwertery energii zostały znacznie udoskonalone. Do tej pory zakres tych urządzeń jest bardzo szeroki, dlatego generatory PT stały się niezbędne w sektorach przemysłowych i domowych.
Termin „pokolenie” w elektrotechnice pochodzi z języka łacińskiego. Oznacza „narodziny”. W odniesieniu do energii możemy powiedzieć, że generatory nazywane są urządzeniami technicznymi zaangażowanymi w wytwarzanie energii elektrycznej.
Jednocześnie należy zauważyć, że możliwe jest wytwarzanie prądu elektrycznego poprzez przetwarzanie różnych rodzajów energii, na przykład:
chemiczny;
światło;
termiczne i inne.
W przeszłości generatory nazywano strukturami, które przekształcają energię kinetyczną obrotu w energię elektryczną.
W zależności od rodzaju wytwarzanej energii elektrycznej generatory to:
1. DC;
2. zmienna.
Prawa fizyczne, które pozwalają na tworzenie nowoczesnych instalacji elektrycznych do wytwarzania energii elektrycznej poprzez transformację energii mechanicznej, odkryli naukowcy Oersted i Faraday.
W konstrukcji dowolnego generatora jest to realizowane, gdy prąd elektryczny jest generowany w zamkniętej pętli z powodu jego przecięcia z wirującym polem magnetycznym, które powstaje w uproszczonych modelach domowych lub przez uzwojenia wzbudzenia w produktach przemysłowych dużej mocy.
Kiedy rama się obraca, zmienia się wielkość strumienia magnetycznego.
Siła elektromotoryczna indukowana w cewce zależy od szybkości zmian strumienia magnetycznego przechodzącego przez pętlę w obwodzie zamkniętym S i jest wprost proporcjonalna do jej wartości. Im szybciej obraca się wirnik, tym wyższe jest generowane napięcie.
Aby stworzyć obwód zamknięty i odprowadzić z niego prąd elektryczny, konieczne było stworzenie kolektora i zespołu szczotki, który zapewnia stały kontakt między obracającą się ramą a nieruchomą częścią obwodu.
Dzięki konstrukcji sprężynowych szczotek, dociskanych do płyt kolektora, prąd elektryczny jest przekazywany do zacisków wyjściowych, z których następnie trafia do sieci odbiorczej.
Zasada działania najprostszego generatora prądu stałego
Kiedy rama obraca się wokół osi, jej lewa i prawa połowa przechodzą cyklicznie wokół południowego lub północnego bieguna magnesów. W nich za każdym razem następuje zmiana kierunku prądów na przeciwny, tak że na każdym biegunie płyną one w jednym kierunku.
Aby wytworzyć prąd stały w obwodzie wyjściowym, na węźle kolektora tworzy się półpierścień dla każdej połowy uzwojenia. Szczotki przylegające do pierścienia usuwają potencjał tylko ich znaku: dodatniego lub ujemnego.
Ponieważ półkole obracającej się ramy jest otwarte, powstają w nim momenty, gdy prąd osiąga swoją maksymalną wartość lub jest nieobecny. Aby zachować nie tylko kierunek, ale i stałą wartość generowanego napięcia, rama wykonana jest w specjalnie przygotowanej technologii:
używa nie jednego obrotu, ale kilku - w zależności od wielkości planowanego napięcia;
liczba ramek nie jest ograniczona do jednego przypadku: starają się zrobić ich wystarczająco dużo, aby optymalnie utrzymać spadki napięcia na tym samym poziomie.
W generatorze prądu stałego uzwojenia wirnika są umieszczone w rowkach. Pozwala to na zmniejszenie strat indukowanego pola elektromagnetycznego.
Cechy konstrukcyjne generatorów prądu stałego
Główne elementy urządzenia to:
zewnętrzna rama zasilająca;
bieguny magnetyczne;
stojan;
obracający się wirnik;
jednostka przełączająca ze szczotkami.
Korpus jest wykonany ze stopów stali lub żeliwa, aby nadać całej konstrukcji wytrzymałość mechaniczną. Dodatkowym zadaniem obudowy jest przenoszenie strumienia magnetycznego pomiędzy biegunami.
Bieguny magnesów są przymocowane do korpusu za pomocą kołków lub śrub. Na nich zamontowane jest uzwojenie.
Stojan, zwany także jarzmem lub rdzeniem, wykonany jest z materiałów ferromagnetycznych. Na nim umieszczone jest uzwojenie cewki wzbudzenia. Rdzeń stojana wyposażony w bieguny magnetyczne, które tworzą jego pole sił magnetycznych.
Rotor ma synonim: kotwica. Jego obwód magnetyczny składa się z laminowanych płytek, które ograniczają powstawanie prądów wirowych i zwiększają wydajność. Żłobki rdzenia zawierają uzwojenia wirnika i/lub samowzbudzenia.
Węzeł przełączający ze szczotkami może mieć różną liczbę biegunów, ale zawsze jest to wielokrotność dwóch. Materiał pędzla to zazwyczaj grafit. Płytki kolektorów wykonane są z miedzi, jako najbardziej optymalnego metalu, odpowiedniego do właściwości elektrycznych przewodności prądu.
Poprzez zastosowanie komutatora na zaciskach wyjściowych generatora prądu stałego generowany jest sygnał pulsujący.
Główne typy konstrukcji generatorów prądu stałego
W zależności od rodzaju zasilania uzwojenia wzbudzenia wyróżnia się urządzenia:
1. z samowzbudzeniem;
2. praca na zasadzie samodzielnej integracji.
Pierwsze produkty mogą:
używaj magnesów trwałych;
lub działać ze źródeł zewnętrznych, takich jak baterie, turbiny wiatrowe ...
Generatory z niezależnym przełączaniem działają z własnego uzwojenia, które można podłączyć:
sekwencyjnie;
boczniki lub wzbudzenie równoległe.
Jedna z opcji takiego połączenia jest pokazana na schemacie.
Przykładem generatora prądu stałego jest konstrukcja, która w przeszłości była często stosowana w technice samochodowej. Jego urządzenie jest takie samo jak w przypadku silnika asynchronicznego.
Takie konstrukcje kolektorów mogą jednocześnie pracować w trybie silnika lub generatora. Z tego powodu stały się one powszechne w istniejących pojazdach hybrydowych.
Proces powstawania reakcji kotwicy
Występuje na biegu jałowym, gdy siła docisku szczotek jest niewłaściwie ustawiona, co powoduje nieoptymalny tryb ich tarcia. Może to spowodować zmniejszenie pola magnetycznego lub pożar z powodu zwiększonego wytwarzania iskier.
Sposobami na jej zmniejszenie są:
kompensacja pól magnetycznych poprzez podłączenie dodatkowych biegunów;
regulacja przesunięcia położenia szczotek komutatora.
Zalety generatorów prądu stałego
Obejmują one:
brak utraty histerezy i powstawania prądów wirowych;
praca w ekstremalnych warunkach;
zmniejszona waga i małe wymiary.
Zasada działania najprostszego alternatora
Wewnątrz tego projektu zastosowano te same szczegóły, co w poprzednim odpowiedniku:
pole magnetyczne;
obracająca się rama;
kolektor ze szczotkami do odprowadzania prądu.
Główna różnica polega na konstrukcji zespołu kolektora, który jest zaprojektowany w taki sposób, że gdy rama obraca się przez szczotki, kontakt jest stale tworzony z jej połową ramy bez cyklicznej zmiany ich położenia.
Dzięki temu prąd, który zmienia się zgodnie z prawami harmonicznych w każdej połowie, jest przekazywany w niezmienionej postaci do szczotek, a następnie przez nie do obwodu odbiorczego.
Oczywiście rama została utworzona przez uzwojenie nie z jednego obrotu, ale z obliczonej ich liczby w celu uzyskania optymalnego napięcia.
Zatem zasada działania generatorów prądu stałego i przemiennego jest wspólna, a różnice konstrukcyjne dotyczą produkcji:
zespół kolektora obracającego się wirnika;
konfiguracje uzwojeń na wirniku.
Cechy konstrukcyjne alternatorów przemysłowych
Rozważ główne części przemysłowego generatora indukcyjnego, w którym wirnik otrzymuje ruch obrotowy z pobliskiej turbiny. Konstrukcja stojana obejmuje elektromagnes (chociaż pole magnetyczne może być wytwarzane przez zestaw magnesów trwałych) oraz uzwojenie wirnika o określonej liczbie zwojów.
Wewnątrz każdego zwoju indukowana jest siła elektromotoryczna, która sekwencyjnie sumuje się w każdym z nich i tworzy na zaciskach wyjściowych całkowitą wartość napięcia dostarczanego do obwodu zasilania podłączonych odbiorników.
Aby zwiększyć amplitudę pola elektromagnetycznego na wyjściu generatora, zastosowano specjalną konstrukcję układu magnetycznego, złożoną z dwóch obwodów magnetycznych, dzięki zastosowaniu specjalnych gatunków stali elektrotechnicznej w postaci laminowanych płyt z rowkami. Wewnątrz nich zamontowane są uzwojenia.
W obudowie generatora znajduje się rdzeń stojana ze szczelinami do umieszczenia uzwojenia wytwarzającego pole magnetyczne.
Wirnik obracający się na łożyskach posiada również obwód magnetyczny z rowkami, wewnątrz którego zamontowane jest uzwojenie, które odbiera indukowane pole elektromagnetyczne. Zwykle wybiera się kierunek poziomy, aby dostosować się do osi obrotu, chociaż istnieją konstrukcje generatorów z układem pionowym i odpowiednią konstrukcją łożyska.
Pomiędzy stojanem a wirnikiem zawsze powstaje szczelina, która jest niezbędna do zapewnienia obrotu i uniknięcia zakleszczenia. Ale jednocześnie traci energię indukcji magnetycznej. Dlatego starają się, aby był jak najmniejszy, optymalnie uwzględniając oba te wymagania.
Wzbudnica umieszczona na tym samym wale co wirnik jest prądnicą prądu stałego o stosunkowo małej mocy. Jego zadaniem jest doprowadzenie zasilania do uzwojeń generatora prądu w stanie niezależnego wzbudzenia.
Takie wzbudniki są najczęściej stosowane przy konstrukcjach turbin lub agregatów prądotwórczych hydraulicznych przy tworzeniu głównego lub rezerwowego sposobu wzbudzenia.
Zdjęcie generatora przemysłowego przedstawia położenie pierścieni kolektora i szczotek do pobierania prądów z obracającej się konstrukcji wirnika. Zespół ten podlega stałym obciążeniom mechanicznym i elektrycznym podczas pracy. Aby je przezwyciężyć, powstaje złożona konstrukcja, która podczas eksploatacji wymaga okresowych przeglądów i wdrażania działań zapobiegawczych.
Aby zmniejszyć powstające koszty eksploatacji, stosowana jest inna, alternatywna technologia, która również wykorzystuje oddziaływanie między wirującymi polami elektromagnetycznymi. Na wirniku umieszczane są tylko magnesy trwałe lub elektryczne, a napięcie jest usuwane z uzwojenia umieszczonego na stałe.
Tworząc taki obwód, taki projekt można nazwać terminem „alternator”. Znajduje zastosowanie w generatorach synchronicznych: wielkiej częstotliwości, lokomotywach i statkach samochodowych, spalinowych, instalacjach elektrowni do wytwarzania energii.
Cechy generatorów synchronicznych
Zasada działania
Nazwa i wyróżnik działania polega na stworzeniu sztywnego związku między częstotliwością zmiennej siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu stojana „f” a obrotami wirnika.
W stojanie zamontowane jest uzwojenie trójfazowe, a na wirniku elektromagnes z rdzeniem i uzwojeniem wzbudzenia, zasilany z obwodów prądu stałego poprzez zespół kolektora szczotkowego.
Wirnik jest napędzany ze źródła energii mechanicznej - silnika napędowego o tej samej prędkości obrotowej. Jego pole magnetyczne wykonuje ten sam ruch.
W uzwojeniach stojana indukowane są siły elektromotoryczne o tej samej wielkości, ale przesunięte w kierunku o 120 stopni, tworząc symetryczny układ trójfazowy.
Po podłączeniu do końców uzwojeń obwodów odbiorczych w obwodzie zaczynają działać prądy fazowe, które tworzą pole magnetyczne, które obraca się dokładnie w ten sam sposób: synchronicznie.
Kształt sygnału wyjściowego indukowanego pola elektromagnetycznego zależy tylko od prawa rozkładu wektora indukcji magnetycznej wewnątrz szczeliny między biegunami wirnika a płytkami stojana. Dlatego próbują stworzyć taki projekt, gdy wielkość indukcji zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym.
Gdy szczelina ma stałą charakterystykę, wówczas wektor indukcji magnetycznej wewnątrz szczeliny jest tworzony w postaci trapezu, jak pokazano na wykresie liniowym 1.
Jeśli jednak kształt krawędzi na biegunach zostanie skorygowany na skośny ze zmianą szczeliny do wartości maksymalnej, wówczas można uzyskać rozkład sinusoidalny, jak pokazano linią 2. Technika ta jest stosowana w praktyce.
Obwody wzbudzenia generatorów synchronicznych
Siła magnetomotoryczna powstająca na uzwojeniu wzbudzenia „OB” wirnika wytwarza jego pole magnetyczne. Aby to zrobić, istnieją różne konstrukcje wzbudnic prądu stałego oparte na:
1. metoda kontaktu;
2. sposób zbliżeniowy.
W pierwszym przypadku używany jest osobny generator, zwany wzbudnicą „B”. Jego uzwojenie wzbudzenia zasilane jest z dodatkowego generatora działającego na zasadzie wzbudzenia równoległego, zwanego podwzbudnicą „PV”.
Wszystkie wirniki osadzone są na wspólnym wale. Z tego powodu obracają się dokładnie tak samo. Reostaty r1 i r2 służą do regulacji prądów w obwodach wzbudnicy i podwzbudnicy.
Metodą bezdotykową Brak pierścieni ślizgowych wirnika. Bezpośrednio na nim zamontowane jest trójfazowe uzwojenie wzbudnicy. Obraca się on synchronicznie z wirnikiem i poprzez współbieżny prostownik przekazuje prąd stały bezpośrednio do uzwojenia wzbudnicy „B”.
Odmiany obwodów bezdotykowych to:
1. układ samowzbudzenia z własnego uzwojenia stojana;
2. zautomatyzowany schemat.
Z pierwszą metodą napięcie z uzwojeń stojana podawane jest do transformatora obniżającego napięcie, a następnie do prostownika półprzewodnikowego „PP”, który generuje prąd stały.
W tej metodzie początkowe wzbudzenie jest tworzone przez zjawisko magnetyzmu szczątkowego.
Automatyczny schemat tworzenia samowzbudzenia obejmuje wykorzystanie:
przekładnik napięciowy TN;
automatyczny regulator wzbudzenia ATS;
przekładnik prądowy TT;
transformator prostowniczy VT;
przekształtnik tyrystorowy TP;
Jednostka ochrony BZ.
Cechy generatorów asynchronicznych
Podstawową różnicą między tymi strukturami jest brak sztywnego związku między prędkościami wirnika (nr) a polem elektromagnetycznym indukowanym w uzwojeniu (n). Zawsze istnieje między nimi różnica, która nazywa się „poślizgiem”. Oznacza się ją łacińską literą „S” i wyraża wzorem S=(n-nr)/n.
Gdy obciążenie jest podłączone do generatora, powstaje moment hamujący, który obraca wirnik. Wpływa na częstotliwość generowanego pola elektromagnetycznego, tworzy ujemny poślizg.
Projekt wirnika dla generatorów asynchronicznych jest wykonany:
zwarty;
faza;
dziurawy.
Generatory asynchroniczne mogą mieć:
1. niezależne wzbudzenie;
2. samowzbudzenie.
W pierwszym przypadku stosuje się zewnętrzne źródło napięcia przemiennego, w drugim stosuje się przetwornice półprzewodnikowe lub kondensatory w obwodach pierwotnych, wtórnych lub w obu rodzajach obwodów.
Tak więc generatory prądu przemiennego i prądu stałego mają wiele wspólnych cech w zasadach budowy, ale różnią się konstrukcją niektórych elementów.