Меню

Цепи подачи тока генератора



forum.injectorservice.com.ua

Диагностика автомобилей с помощью USB Autoscope

  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск

АВТОЛИКБЕЗ. Ещё раз о возбуждении генератора

АВТОЛИКБЕЗ. Ещё раз о возбуждении генератора

Сообщение Саша-Ирпень » 02 фев 2014, 10:15

После запуска мотора исправный генератор должен начать выдавать напряжение, другими словами — возбудиться.
Попробую, в меру своих слабых знаний рассказать, как было реализовано возбуждение начиная от «Копейки», (ВАЗ 2101) и до
сегодняшней «Калины». (Прошу не судить строго за возможные неточности. Конструктивная критика приветствуется). Материал буду
выкладывать частями, т. к. не располагаю большим количеством
свободного времени.

ВАЗ 2101:
На приведенной электросхеме можно проследить путь движения тока. (показано красными стрелками).
Ток идет по пути: «+» АКБ», болт «30» генератора, Клеммы «30/1 » и «15» замка зажигания, предохранитель 10, выводы «15» и «67» реле
регулятора, вывод «67» геенратора, обмотка возбуждения, (ротора) генератора, масса блока и «-» АКБ.

ДОСТОИНСТВА:
К достоинствам этой схемы можно отнести её простоту и понятность. Также, её удобно диагностировать, измеряя напряжения и ток в
разных точках.

НЕДОСТАТКИ:
(Вот недостатков довольно таки много).
При включенном зажигании весь ток возбуждения, (ок. 2,2 а), протекает через ротор.
Поэтому:
при холодном пуске, возникает дополнительное торможение проворачиванию двигателя, поскольку обмотка возбуждения
«забирает» дополнительный ток от АКБ, которого и так » в обрез» при зимнем пуске.
При включенном «по забывчивости» зажигании происходит разряд АКБ, которая за сутки разрядится «в ноль».
Даже после запуска мотора, ток продолжает течь через замок, (хотя внутри генератора, совсем рядом, также, имеется напряжение).
Этот ток дает дополнительную нагрузку на контактную группу замка зажигания, которой и так не очень легко.
Из-за длинной цепи возбуждения, на ней происходит заметное падение напряжения, что снижает точность регулирования напряжения
бортсети регулятором напряжения. (Хотя совсем рядом, внутри генератора имеется напряжение, которое можно было бы. ).
Частые окисления предохранителя №10 вызывают сбои в работе
генератора.
.
Часть этих недостатков была устранена на ВАЗ 2105 с генератором Г222 и регулятором напряжения Я112В.

Re: Ещё раз о возбуждении генератора.

Сообщение Саша-Ирпень » 03 фев 2014, 05:11

Часть этих недостатков была устранена на ВАЗ 2105 с генератором Г222 и регулятором напряжения Я112В.
В этом генераторе ток возбуждения разделен на силовой и управляющий. Силовой ток идет от силового болта «30»
установленного на задней крышке генератора. Для этого на регуляторе напряжения имеется специальный провод, подключаемый к
этому болту. По этому проводу и течет силовой ток. А вот, управление этим током, (т. е. его включение), производится замком
зажигания. Тогда ток течет по цепи, которая подобна протеканию тока на Г221.

Впервые столкнувшись с этим генератором я провел несколько измерений. Оказалось, что его ток управления, (шина «15», от
предохранителя №9) составляет ок. 15 ма, (0,015а) и появляется только при включенном зажигании. А вот силовой ток = 3 а и,
также, появляется только после появления питания на управляющем выводе. Управляющий ток открывает выходные транзисторы включенные
по схеме Дарлингтона и через ротор начинает протекать ток.

(Генератор Г222 уже мощнее, чем его предшественник. Поэтому и ток ротора на нем = 3 а, а ток отдачи этого генератора будет 50а. В
отличие от Г221 ток ротора которого будет 2,2 а, а ток отдачи 42 ампера).

Примерно в это же время появился генератор 29.37.01. Это был самый мощный генератор легкового автомобиля того времени. Он
выдавал ток 60а. Устанавливался он на М2140, Иж-комби и Иж-2715. Даже на «Мечту многих» того времени — Газ 24, тогда устанавливался 40-а
амперный генератор. Правда, уже на Газ 24-10 установили генератор 16.37.01, который выдавал 65 ампер.

Так вот, 29.37.01 хотя и имел регулятор напряжения Я112А, установленный на корпусе генератора, но был запитан по более
«древней» схеме, чем его ВАЗовский родственник. Обмотка возбуждения на нем питается только от замка зажигания, от шины «15».

ДОСТОИНСТВА: К достоинствам этого генератора относится подключение силового питания от силовой магистрали. Но, остальные
недостатки его «младшего брата» Г221, у него остались.

НОВЫЕ НЕДОСТАТКИ: Конструкция Г222, (с «Р.Н.» установленном на генераторе), создала неудобства с доступом к регулятору
напряжения и измерениям, (проверкам) в контрольных точках. Из-за этого данная конструкция не получила любви в «широких массах».
Поэтому, в большинстве случаев ремонтники просто выбрасывают Я112В, устанавливая вместо неё, (чаще всего на правом
брызговике), привычное РН127.
.
Следующий, (и очень большой), шаг в совершенствовании генератора был сделан в генераторе с плечом дополнительных диодов —
37.37.01, который устанавливался на ВАЗ 2108.

Re: Ещё раз о возбуждении генератора.

Сообщение Саша-Ирпень » 04 фев 2014, 05:22

Следующий, (и очень большой), шаг в совершенствовании генератора был сделан в генераторе с плечом дополнительных диодов — 37.37.01, который устанавливался на ВАЗ 2108. (Хотя, с начала 90-х годов этот генератор начали ставить и на ВАЗ 2107).
В конструкции этого генератора устранено большинство недостатков его «старших братьев».
Так, при включении зажигания через ротор течет мизерный ток, (в несколько сот миллиампер), протекающий через контрольную лампочку щитка приборов. (Иногда, применяются ещё и два мощных резистора по 50 ом, подстраховывающие возбуждение в случае перегорания лампочки). Благодаря этому, сведены к минимуму как разряд АКБ при оставленном включенном зажигании, так и притормаживание двигателя при пуске.
После возбуждения генератора он переходит на самопитание, т. е. ток ротора берется от плеча дополнительных диодов и не нагружает контактную группу замка зажигания. Аналогично, стали ненужными провода от шины «15» замка зажигания и к генератору подходит только один провод от щитка приборов.

Казалось бы — вот она идеальная конструкция, лишенная всех недостатков. Но, совершенству нет предела, да и как оказалось недостатки у этой конструкции тоже имеются:
Генераторы в «возрасте», частенько перестают возбуждаться на оборотах холостого хода. После прогазовки все нормализуется, а при проверке, обычно, придраться не к чему. Если же, любыми способами, увеличить ток возбуждения, то дефект пропадает.

Для понимания сути этой проблемки давайте, чуть подробнее рассмотрим сам процесс возбуждения генератора с плечом дополнительных диодов:
После включения генератора, загорается лампочка на щитке приборов, через которую протекает ток ок. 200ма. Ток течет через лампочку, провод коричневый с белым, штекер «61», «+» щетку, обмотку ротора, «-» щетку, открытые выходные транзисторы «Р.Н.» и на массу блока цилиндров. Этот ток создает вокруг ротора магнитное поле, которое при вращении генератора, суммируясь с остаточным магнитным полем ротора, создает в обмотке статора Э.Д.С. После выпрямления плечом дополнительных диодов, Э.Д.С., также, подается на ротор. Этот ток, ещё больше усиливает магнитное поле ротора и т. д. Происходит лавинообразное нарастание выходного напряжения генератора и он возбуждается, т. е. выходит на рабочий режим.
С первого взгляда, может показаться, что даже самый малый ток, поданный на «61» вывод, будет «усилен» и генератор должен возбудиться. Но, это не так. Существует некая пороговая величина тока возбуждения. Для того, чтобы понять, почему так, давайте вспомним вольт-амперную характеристику полупроводникового диода.
На графике видно, что при напряжении, примерно, до 0,6 вольта, через диод протекает очень-очень маленький ток. А уже выше 0,6 вольта, сила тока пропускаемого диодом резко увеличивается.

Желающие могут проделать несколько экспериментов:
1). Если, аналоговым омметром, измерить сопротивление полупроводникового диода в прямом направлении на пределе *1, то мы получим сопротивление ок. 7-8 ом. Но, если ещё несколько раз измерить его сопротивление, но уже на пределах *10, *100, *1000, то стрелка прибора, все равно, дойдет до того же места, что и на пределе *1. Получается, что сопротивление диода не одинаковое. Нет, просто на электронно дырочном переходе, (т. е. на полупроводниковом диоде), происходит падение напряжения ок 0,6 вольта, что и искажает показания омметра. Поэтому, в цифровых китайских тестерах имеется, специальный режим — проверка диодов.

2). (Этот эксперимент я лично проводил совсем недавно). Если подать напряжение на лампочку 3 вт, , через диод, (как в генераторе), то лампочка засветится. Но, если измерять протекающий ток миллиамперметром, а напряжение подавать через реостат, плавно увеличивая его величину от «нуля» вольт, то можно увидеть, что примерно до 0,6 вольта, в цепи протекает мизерный ток. (Я намерял ок. 200 микроампер). И, только выше 0,6 вольта, величина тока заметно возрастает.

3). Если включить 2 диода последовательно, (а ведь при выпрямлении переменного тока в генераторе он ВСЕГДА течет через ДВА диода), то возрастание тока получим, только, при напряжении выше 1,2 вольта.

ВЫВОДЫ:
При возбуждении генератора, он начнет возбуждаться только при превышении некоего порогового напряжения. При включенном зажигании, лампочка щитка приборов/обмотка ротора с «Р.Н». образуют делитель напряжения. Величину напряжения на меньшем плече можно измерить вольтметром. (На выводе «61»). Обычно, оно = 2-3 вольтам. Если эта величина ниже определенного порога, то ток возбуждения на ХХ не потечет. Если внутри генератора имеются окисленные контакты, то к минимальной величине порогового напряжения, (скажем 1,2 в на диодах + 0,5 в падение на выходном транзисторе «Р.Н».) понадобится ещё дополнительное напряжение.
(Получается, что схемотехника возбуждения Г222 многократно надежней, чем генератора с плечом доп. диодов).

Читайте также:  Настя сила тока бока 1

Какая же величина тока возбуждения, приходящему к генератору от щитка приборов, будет оптимальной? Может быть, не мелочиться и сделать ток по максимуму? Или, наоборот, по минимуму? Как у каждой медали, у обеих вариантов будет две стороны.
При минимальном токе возбуждения, при ухудшении контактов, подсевшей АКБ, старении генератора и т. п. ухудшится возбуждение генератора.
При максимальном же токе, генератор возбудится преждевременно, еще при пуске мотора, что притормозит вращение коленвала.
Еще один момент. Генератор заряжает АКБ по величине напряжения. (Напомню, что существует ешё и второй способ зарядки — по величине тока). Поэтому, после затяжного зимнего пуска, когда АКБ сильно подсела, номинальное напряжение возбудившегося генератора, даст, соответственно, очень большой ток зарядки.
Поэтому, оптимальным решением было бы использование надежного возбуждения, как на Г222, самопитания генератора, как на 37.37.01. и регуливания тока зарядки АКБ в зависимости от ситуации. Вот примерный путь дальнейшего совершенствования конструкции генератора.

ПОЖЕЛАНИЕ:
Напомню, что если на ВАЗ 2105-07 и на карбюраторных ВАЗ 2108-09 на щитке приборов был вольтметр, который позволял увидеть как перезаряд, так и пониженное напряжение в бортсети, то на инжекторных авто вольтметра мы уже не увидим. Поэтому, лампочка контроля работы генератора погаснет при равенстве напряжений силового и дополнительного плеча диодов. А вот величина этого напряжения, при неисправности генератора, может быть далека от нормы. Поэтому, если бы по лампочке увидеть ещё и величину выходного напряжения генератора.
.

Генераторы «десятого» семейства не претерпели принципиальных изменений в сравнении с «девяточными».

Источник

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Принцип действия генератора постоянного тока

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw t; , где B магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

График тока, выработанного примитивным генератором

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Ротор генератора

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Читайте также:  Как проверить работоспособность электродвигателя постоянного тока

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Внешняя характеристика ГПТ

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

Видео по теме

Источник

Схемы генераторов с возбуждением от выхода генератора — Схемы без дополнительных диодов

Схема автомобильного генератора, это схема самого генератора, схема соединенного с ним регулятора напряжения и схема цепи возбуждения генератора. Генератор с регулятором напряжения иногда называют – генераторная установка.

Автомобильный генератор — это трехфазная синхронная машина. Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. Смысл явления состоит в том, что в обмотке индуктируется электродвижущая сила, если вокруг нее действует изменяющееся магнитное поле. Значит, генератор должен состоять из обмотки и вращающегося магнита. Обмотка наматывается на кольцевой сердечник, а внутри обмотки вращается ротор. Процесс намагничивания ротора, называется возбуждением генератора. Для намагничивания ротора в нем есть своя обмотка, в которую ток попадает через щетки. Ток, намагничивающий ротор, называется ток возбуждения, а обмотка ротора называется обмотка возбуждения.

По принципу действия синхронный генератор, создает переменное напряжение, а для зарядки аккумулятора и для работы всего электрооборудования, нужно постоянное напряжение, поэтому в любой автомобильный генератор, входит выпрямитель — трехфазный диодный мост. Переменный ток генератора выпрямляется диодным мостом и во внешних цепях действует постоянное напряжение и протекает постоянный ток.

Регулятор напряжения – обязательный элемент схемы, он поддерживает необходимый уровень выходного напряжения генератора.

Регулятор напряжения включается в цепь возбуждения. Его задача управлять током возбуждения. Он работает в режиме открыто – закрыто, то есть, он все время включает и выключает ток возбуждения. Напряжение генератора повышается, он отключает ток возбуждения — напряжение снижается, он снова включает ток возбуждения и напряжение повышается. Таким образом, он не дает напряжению вырасти выше заданного значения, которое должно быть 13,8 — 14,2 Вольта. Такое напряжение необходимо поддерживать для нормальной зарядки аккумулятора и нормальной работы всех приборов электрооборудования.

Автомобильный генератор первоначально возбуждается от аккумулятора. Как только включается зажигание, выходной транзистор регулятора открывается, через него идет ток возбуждения и ротор намагничивается. Когда завелся двигатель и генератор заработал, возбуждение происходит уже от самого генератора. ЭДС генератора становится выше, поэтому генератор становится источником, а аккумулятор начинает заряжаться.

Применяются два принципа подачи тока возбуждения от генератора на собственную обмотку возбуждения.

  1. Схема возбуждения от выхода генератора

Ток возбуждения идет от выхода генератора, через замок зажигания, выход генератора всегда связан с аккумулятором.

  1. Схема возбуждения через дополнительные диоды

В этом случае, ток возбуждения выпрямляется отдельным выпрямителем, цепь возбуждения отключена от выхода генератора и, значит, от аккумулятора. Ток возбуждения идет только внутри генератора и не использует внешнюю цепь. Аккумулятор используется только для первоначального возбуждения.

Схемы генераторов с возбуждением от выхода генератора

Эти простые схемы применялись для автомобилей 60-х 70-х годов выпуска. «Жигули», «Москвичи», ЗиЛ, Газ, Уаз. Много таких автомобилей до сих пор остается в эксплуатации.

Регулятор напряжения может быть внешним и встроенным. Внешний регулятор это отдельная коробочка, которая соединяется с генератором проводами и стоит в стороне от генератора. Встроенный регулятор, входит в состав генератора, крепится внутри или снаружи корпуса, обычно, встроенный регулятор сделан вместе со щетками.

На выходе регулятора напряжения стоит мощный транзистор, это может быть биполярный, и может быть полевой транзистор. Он работает в ключевом режиме, то есть, открыт — закрыт. Открыт транзистор – ток возбуждения проходит, закрыт транзистор — ток не проходит.

Есть три варианта включения транзистора – с общим Эмиттером, общей Базой и с общим Коллектором. Поэтому ключи на транзисторах бывают с ОЭ, ОБ, ОК. Для каждого варианта транзисторного ключа есть свои особенности применения.

В регуляторах напряжения используются транзисторные ключи с ОЭ и ОК. Если заземлен транзистор, то это ключ с ОЭ, если заземлена щетка. то это ключ с ОК. Регуляторы выполненные по схеме с ОЭ называют A — Circuit , регуляторы выполненные по схеме с ОЭ называют В — Circuit .

Читайте также:  Реши ребусы напиши как эти материалы проводят электрический ток с дерево

В автомобильных схемах генераторов применяются обе схемы – и A — Circuit , и В- Circuit

Схемы с внешним регулятором напряжения

Схема генератора копейки

Такая схема применялась на автомобилях Жигули ранних выпусков 2101 — 2106

Такая схема применялась для автомобилей Волга, Газ, Зил, УАЗ. Генераторы Серий 16 3701 и 19.3771.

Эта схема применяется для автомобилей Крайслер и Додж. По этой схеме сделан генератор на двигатели Крайслер для автомобилей Волга и Газель.

Генераторы со встроенными регуляторами напряжения

Регулятор напряжения можно установить снаружи и внутри генератора. Такая конструкция получается более компактной и надежной, она позволяет отказаться то проводов для соединения генератора и регулятора напряжения.

При установке регулятора снаружи корпуса генератора, появляется возможность замены регулятора не снимая генератор.

Генераторы такой конструкции, со встроенным регулятором, установленном на корпусе, широко применяется для автомобилей выпускавшихся в недавнее время и находящиеся в эксплуатации — Валдай, КАМАЗ, МАЗ, УАЗ

Все приведенные схемы используют принцип питания обмотки возбуждения от выхода генератора. Генератор часть своего выпрямленного тока отдает на собственное возбуждение.

Путь тока возбуждения: Плюс генератора, плюс аккумулятора, контакты замка зажигания, вход регулятора напряжения, обмотка (или наоборот), обмотка возбуждения, минус — масса.

Недостаток Схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора.

В генераторах с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора, весь ток возбуждения проходит через контакты замка зажигания. Этот ток для получения достаточной мощности генератора должен быть быть 3 — 5 Ампер. Такой ток требует качественного зажима всех контактов и достаточно толстого провода, при размыкании контактов дает сильную искру и изнашивает контакты, снижая надежность системы зарядки и системы зажигания, которая питается через эти же контакты.

Аккумулятор в любой схеме всегда подключен к плюсовому выводу генератора, это необходимо для того, чтобы генератор и аккумулятор могли работать как источники заменяя друг друга — двигатель не работает — источник аккумулятор, двигатель заработал — источник генератор. Когда генератор не работает, аккумулятор, прямо подключенный к нему, не может разрядиться через генератор, потому, что диодный мост не пропускает ток в обратном направлении, но, через обмотку возбуждения, аккумулятор может разрядиться.

Если двигатель не завелся, генератор не заработал, а зажигание осталось включено, то через обмотку ротора идет ток от аккумулятора (а это 3 – 5 Ампер). По разным причинам такие ситуации иногда возникают и тогда, через несколько часов, двигатель не заведется. То есть, в схемах, в которых обмотка возбуждения запитана от выхода генератора и, значит, подключена непосредственно к аккумулятору, может неожиданно разрядиться аккумулятор.

Схема с дополнительными диодами несколько сложнее, но она обеспечивает питание обмотки возбуждения, прямо внутри генератора минуя замок зажигания, обмотка возбуждения не имеет прямой связи с аккумулятором, поэтому такая схема исключает случайную разрядку аккумулятора при невыключенном зажигании.

В схемах с дополнительными диодами, первоначальное возбуждение также происходит от аккумулятора, но очень маленьким током чрез ограничительные сопротивления или через специальную лампочку. После запуска генератора ток возбуждения идет уже по отдельной цепи, не связанной с аккумулятором, через дополнительный выпрямитель. (доп диоды)

Источник

Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия

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

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

Превращение механической энергии в электрическую

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

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

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

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

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

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

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

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

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

Схема генератора переменного тока

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

Классификация и виды агрегатов

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

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Асинхронный

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

Синхронный

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

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

По типу топлива двигателя

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

Газовый генератор

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

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

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

Дизельный генератор

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

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

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

Бензогенератор

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

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

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

Источник