Как работает и устроен генератор тока

Основы электротехники
комментария 23
29378 просмотров

Генератор тока— это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Они могут генерировать как постоянный, так и переменный ток.

До второй половины XX века на автотранспорте применялись генераторы постоянного тока. Затем широкое распространение получили полупроводниковые диоды, которые позволяли выпрямить переменный ток или сделать его постоянным. Поэтому и в этой сферы генераторы постоянного тока заменили более надежные и компактные трехфазные генераторы переменного тока.

В прошлой статье Я подробно рассмотрел вопросы работы электродвигателя, сейчас будут изложены общие принципы работы  и устройства генератора тока. Я не буду подробно останавливаться на машинах постоянного тока, потому что в быту, гаражах и на автотранспорте они сегодня не применяются. Они лишь широко используются в городском электротранспорте: троллейбусах и трамваях .

Принцип действия генератора тока

Генератор работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея— электродвижущая сила (ЭДС) индуцируется в прямоугольном контуре (проволочной рамке), вращающимся в однородном вращающемся магнитном поле.

ЭДС также возникает в неподвижной прямоугольной рамке, если в ней вращать магнит.

Простейший генератор представляет собой прямоугольную рамку, размешенную между 2 магнитами с разными полюсами. Для того что бы снять с вращающейся рамки напряжение используются токосъемные кольца.принцип работы генератора токаНа практике же используются электромагниты, которые представляют собой катушки индуктивности или обмотки из медного провода в электроизоляционном лаке. При прохождении  электрического тока по обмоткам, они начинают обладать электромагнитными свойствами. Для их возбуждения необходим дополнительный источник тока- в автомобилях это аккумуляторная батарея. В бытовых электростанциях возбуждение при заводке происходит в результате самовозбуждения или от дополнительного маломощного генератора постоянного тока, который приводится в движение валом генератора.

По принципу работы генераторы могут быть синхронными или асинхронными.

  1. Асинхронные генераторы конструктивно просто устроены и недороги в изготовлении, более устойчивы к токам короткого замыкания и перегрузок. Асинхронный электрогенератор идеально подходит для питания активной нагрузки: ламп накаливания, электронагревателей, электроники, электрических конфорок и т. д. Но даже кратковременная перегрузка для них недопустима, поэтому при подключении электродвигателей, не электронного типа сварочного аппарата, электроинструмента и других индуктивных нагрузок- запас по мощности должен быть минимум трехкратным, а лучше четырехкратным.
  2. Синхронный генератор прекрасно подойдет для индуктивных потребителей с высокими значениями пусковых токов. Они способны в течении одной секунды выдерживать пятикратную токовую перегрузку.

Устройство генератора переменного тока

Для примера рассмотрения устройства возьмем автомобильный трехфазный генератор.устройство автомобильного генератора тока

Автомобильный генератор состоит из корпуса и двух крышек с отверстиями для вентиляции. Ротор вращается в 2 подшипниках и приводится в движение при помощи шкива. По своей сути ротор является электромагнитом, состоящий из одной обмотки. Ток на нее подается при помощи двух медных колец и графитовых щеток, которые соединены с электронным реле-регулятором. Оно отвечает за то, что бы выдаваемое напряжение генератором всегда было в допустимыми пределах 12 Вольт с допустимыми отклонениями и не зависело от частоты вращения шкива. Реле-регулятор может быть как встроено в корпус генератора, так и находится за его пределами.

Статор состоит из трех медных обмоток, соединенных между собой в треугольник. К точкам их соединения подключен выпрямительный мост из 6 полупроводниковых диодов, которые преобразуют напряжение из переменного в постоянное.

Бензиновый электрогенератор состоит из  двигателя и приводящего им в движение на прямую- генератора тока, который может быть как синхронного, так и асинхронного типа.

Двигатель оснащен системами: запуска, впрыска топлива, охлаждения, смазки, стабилизации оборотов. Вибрацию и шум поглощают глушитель, виброгасители и амортизаторы.устройство бензиновой электростанции

Блок автоматики и управления следит за работой электростанции и  при необходимости корректирует и защищает в аварийных ситуациях.

В более дешевых электростанциях происходит ручной запуск, а в более дорогих- автозапуск при помощи стартера и аккумуляторной батареи.

Более подробно об электростанциях Вы сможете узнать из нашей следующей статьи «Как выбрать электростанцию для дома или гаража».

комментария 23 Добавить свой
  1. Как Я прочел из устройства электродвигателей и генераторов, что они одинаково устроены. Значит могут работать как генератор, так и двигатель?

    1. Да, совершенно верно. На электротранспорте при торможении электродвигатель переключается в режим генератора для того, что бы использовать энергию торможения для вырабатывания электроэнергии.

  2. Токи КЗ не допустимы для обоих видов генераторов.
    О перегрузах вам надо сделать разграничение на незначительное превышение номинальных величин при работе и кратковременных переходных процессах, возникающих при запуске двигателей и других потребителей.
    Статья ведь для обычных людей, а не профессиональных электриков с инженерным образованием.

  3. Спасибо за подробную статью. А подскажите, пожалуйста: как можно рассчитать необходимую мощность генератора? онлайн калькулятор типа такого — http://www.tdarsenal.ru/catalog/calc/ имеет смысл? на него можно опираться при расчете?

    1. Пожалуйста. Посмотрел калькулятор, и немного удивился 500 ваттам на ЖК телевизор или 5 кВт на погружной насос (должно быть вода на глубине метров 200 и качает кубометр за минуту :)))). Рассчитать довольно просто. Сейчас на всех приборах пишут потребляемую мощность. Так вот, складываете мощность всех потребителей, которые вы сможете использовать одновременно (берите в расчет самые сложные случаи). Например вы одновременно можете работать на станке (2 кВт) и качать воду (0,5 кВт) или же готовить на плите используя все четыре конфорки (7 кВт), но при этом вы однозначно не сможете работать на станке. Так вот, написав все одновременно включенные потребители, выбираете наиболее «мощный» вариант, на каждое оборудование проставляете указанную на них мощность, суммируете и получаете результат вашей мощности. Ну а далее подбираете генератор с мощностью чуть выше или равной полученной. Нужно еще учесть вариант индуктивной нагрузки (двигатели в момент запуска потребляют большой пусковой ток, а значит и генератор надо брать уже минимум с 20% запаса по мощности, а лучше все 50)

      1. У меня такой вопрос:мощность механического привода генератора должна быть эквивалентна мощности приводимого им генератора. Как рассчитать мощность на валу мех.привода, который должен вращать вал ротора, ну например 30-ти киловатного генератора? ( причём неважно посредством какой энергии вращается вал привода)?

        1. Александр, здравствуйте. Все зависит не столько от мощности генератора, а от мощности, которую вы планируете с него взять. Например, вы планируете взять 30 кВт с генератора, который может эту мощность выдать, следовательно, вам надо подать мощность минимум 30 кВт плюс потери на КПД генератора и привода.

          1. означает ли это, что на один и тот-же генератор я могу подать мощность от привода и 30квт и, во втором случае, 300квт и получить соответственно эти мощности от одного и того же генератора?

          2. Александр, если ваш генератор может выдать 300 кВт, значит да. Объясню. Допустим, ваш генератор 300 кВт (то есть он может выдать такую мощность). Вы подключаете к нему привод на 30 кВт. Генератор выдает спокойно 30 кВт (минус потери на КПД), как только вы пытаетесь взять больше 30 кВт, ваш привод остановится или точнее сначала начнет греться, а потом либо сгорит, либо сработает защита (смотря как подключен привод). Теперь берем привод на 500 кВт. Генератор остается 300. Вы пытаетесь получить к примеру 400 кВт с генератора. Тут уже генератор начинает дымиться, а приводу хоть бы хны.

  4. Т.е. получается что в автомобильном генераторе постоянных магнитов не имеется, а для того чтобы создать эл.магнитное поле он берёт ток от аккумулятора параллельно заряжая его?

    1. Александр, здравствуйте. Абсолютно любой двигатель является генератором. Следовательно, конструкция может быть любой. Если вы раскрутите до номинальных оборотов асинхронный трехфазный двигатель, а точнее чуть больше номинальных, вы получите напряжение, на которое он рассчитан. Так что не стоит говорить об абсурдных идеях о том, что генератор потребляет ток и тут же заряжает. Чтобы это понять, достаточно отключить аккумулятор после того, как машина заведена. Но это, так же, не означает, что подав постоянное напряжение на ЛЮБОЙ генератор можно заставить его работать в качестве двигателя. И даже если есть магниты, это не гарантирует, что генератор вырабатывает постоянный ток, даже если есть щетки и якорь является возбуждаемым, а не просто имеет магниты.

      1. Просто возникло непонимание такого момента: если на авто отсутствует аккумулятор, мы поидее не сможем её завести даже с толкача, т.к. нет напряжения на обмотках ротора и соответственно никакого магнитного поля не создасться и генерироваться ничего не будет, просто будут крутиться куски метала и всё — я верно понимаю?

        1. А в чем именно возникло непонимание? Как я уже говорил, любой двигатель (даже асинхронный трехфазный, в котором есть только короткозамкнутый ротор без всяких разных магнитов и три обмотки) является генератором. Другой вопрос, насколько эффективным. Опять же, если бы ваша идея была верна, значит двигатель с толкача не заводили бы. Следовательно, поскольку ротор это металл, а металл всегда имеет магнитную структуру, значит при вращении он изменяет магнитное поле, ну а дальше все по накатанной, небольшое напряжение начинает возбуждать обмотку ротора, появляется более сильный магнитный поток, появляется больше напряжения, которое снова идет на ротор и начинается цепной процесс. Ну а если бы была возможность использовать автомобильный генератор в качестве двигателя, стали бы тогда делать стартер? Непосредственно обмотка возбуждения необходима для того, чтобы напряжение не превышало определенное установленное значение, которое регулируется посредством реле напряжения. Получение строго постоянного тока гораздо сложнее изготовления двигателя постоянного тока. В ином случае это похоже на загадку: что было раньше курица или яйцо. Получается, как тогда запустили первую электрическую станцию? Ну и еще такой момент, если бы все куски металла не имели магнитной структуры, мало что из электричества сейчас бы работало, или были бы другие методы получения и переработки электричества, но как электрик, я даже не могу представить, как это выглядело бы, потому что весь ток основан на магнитных свойствах металла и магнитном поле.

  5. Можете мне подсказать неисправности генератора постоянного тока, на большегрузном карьерном самосвале.

    1. Владимир, здравствуйте. Почитайте, право, в интеренете. От моего ответа ничего не изменится, и якорь так же будет находиться в статоре. Вкратце, потому что удобнее, когда вращается либо магнит, либо обмотка возбуждения, ибо в противном случае, надо снимать большие токи, а они тогда будут проходить через щетки, а щетки не самое сильное место и не слишком хорошо подходит для больших токов.

    2. Владимир, потому что это конструктивно проще. 3 выхода, дальше объяснять я думаю не надо. И здесь автор немного напутал с обмотками статора. Обмотки соединяются звёздочкой.

      1. Константин, обмотки могут соединяться и треугольником, все зависит от того, для какой цели это нужно. При звезде вы можете подключать несимметричную нагрузку (и симметричную тоже), а при треугольнике ТОЛЬКО симметричную, но при этом возрастает мощность при тех же габаритах. Ну а про три выхода это не совсем верно. Я уже объяснил почему. Большие токи снимать через щеточные контакты (графит-медное кольцо) не слишком удобно. Либо надо их делать очень много, либо проще — запитать обмотку возбуждения, в которой ток не слишком большой и требуется лишь для стабилизации выходного напряжения.

  6. Здравствуйте! Прошу меня простить за слабые знания в електрикеЖиву в Финляндии в своем доме, у нас ведуться какието
    работы и постоянно отключают електричество на несколько часов.У меня огромный аквариум и я беспокоюсь за своих рыбок(постоянное включение и выключение света,аэрация, температура воды и т.д)Есть ли генераторы для домашнего использования? и где его можно приобрести.
    Спасибо!
    Лора

    1. Лора, здравствуйте. Наверное лучше в этом случае взять источник бесперебойного питания. Его можно взять в компьютерных магазинах. Вам надо посчитать какая мощность на аквариум используется и сколько часов. Допустим у вас потребляется 0,5 кВт и электричество отключают на 5 часов. Следовательно ищете блок питания способный отдать 2,5 кВт. Если же говорить о генераторах, то домашний вариант только динамо-машина 🙂 Все остальные виды либо бензиновые, либо дизельные, следовательно они тарахтят и довольно громко и нужно делать отвод отработавших газов из квартиры. Проще взять один (или несколько) ИБП.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Наверх