Ротор генератора содержит: Устройство генератора автомобиля

Устройство генератора автомобиля

Категория:

   Электрооборудование автомобилей

Публикация:

   Устройство генератора автомобиля

Читать далее:

Устройство генератора автомобиля

Основными узлами генератора являются ротор, статор, выпрямительное устройство и щеточный узел.

Ротор генератора содержит обмотку возбуждения. Она выполнена в виде круглой катушки, намотанной на стальную втулку. Катушка установлена на валу ротора и зажата между двумя клювообразными половинами сердечника ротора. Половины напрессованы на вал ротора. Такой сердечник называют сердечником с явно выраженными полюсами. Клювы одной половины образуют северный полюс магнита, а клювы другой половины — южный. Концы обмотки возбуждения выведены на контактные кольца, по которым при вращении ротора скользят щетки щеткодержателя. Обычно одна из щеток соединяется с выводом, через который подается питание обмотки возбуждения, а другая щетка соединена с корпусом генератора.

Есть генераторы, у которых обе щетки соединены с изолированными выводами.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 1. Основные узлы генератора

Статор генератора состоит из сердечника, набираемого из изолированных листов магнитомягкой электротехнической стали, и обмотки. Внутренняя поверхность сердечника статора имеет равномерно расположенные по окружности зубцы. Количество пазов кратно трем. В пазах между зубцами укладываются витки катушек обмотки статора. Изоляция катушек от сердечника осуществляется электротехническим картоном и пропиткой статора в сборе изоляционным лаком. Каждая из трех фаз обмотки статора содержит одинаковое число последовательно соединенных катушек. Этим объясняется кратность числа пазов и катушек трем. Три вывода обмотки статора присоединяются к выпрямительному устройству.

Магнитная цепь генератора образуется стальной втулкой, на которой расположена обмотка возбуждения, двумя половинами сердечника ротора, клювы которых образуют полюсные наконечники, и зубцами сердечника статора.

Обмотка возбуждения генератора получает питание от генератора или аккумуляторной батареи. Небольшой постоянный ток, поступающий в обмотку возбуждения через щетки и контактные кольца, вызывает появление магнитного потока (линии 18). Магнитный поток в осевом направлении проходит через втулку, затем в радиальном направлении по левой половине сердечника ротора и его полюсному наконечнику (клюву) и через воздушный зазор в сердечник статора. Выйдя из сердечника статора, магнитный поток через воздушный зазор и полюсный наконечник правой половины сердечника ротора замыкается через втулку. Так как полюсные наконечники левой и правой половин сердечника ротора смещены в пространстве, происходит соответствующее смещение магнитного потока. Поэтому, входя в статор через один зубец, из статора магнитный поток выходит через другой зубец. При этом он пересекает катушки статора. При вращении ротора под каждым зубцом происходит постоянное чередование северного и южного полюсов ротора, приводящее к изменению пересекающего катушки статора магнитного потока по величине и направлению.

В результате в фазных обмотках наводится переменная э. д. е., имеющая форму синусоиды, которая выпрямительным устройством преобразуется в постоянную э. д. с.

Выпрямительное устройство современных генераторов типа ВПВ состоит из шины, в которую запрессованы диоды обратной проводимости, и шины, в которую запрессованы диоды прямой проводимости. У диодов прямой проводимости отрицательный вывод, а у диодов обратной проводимости положительный вывод припаиваются непосредственно к корпусу диода. Поэтому шина служит положительным, а шина — отрицательным выводом выпрямительного устройства и, следовательно, генератора. Положительный вывод каждого отрицательного диода соединяется с отрицательным выводом одного из положительных диодов и выводом одной фазы статора.

Рис. 2. Генератор 32.3701

Конструктивные особенности автомобильных генераторов рассмотрим на примере некоторых типичных конструкций.

Генератор 32.3701 имеет наиболее широко применяемое конструктивное исполнение. Он представляет собой модификацию часто встречающихся в эксплуатации генераторов типа Г250, аналогично с которыми устроены также генераторы Г266 и Г271.

Генератор 32.3701 является синхронной электрической машиной со встроенным выпрямительным блоком. На генераторе имеются следующие выводы: « + » (поз. 22) —для соединения с аккумуляторной батареей и потребителями, 111 —для соединения с регулятором напряжения, «—» (поз. 20) — для соединения с корпусом регулятора напряжения.

Ротор генератора состоит из катушки возбуждения, намотанной на картонный каркас, надетый на стальную втулку. С торцов катушка зажата двумя клювообразными полюсными наконечниками, которые и образуют 12-полюсную магнитную систему. Концы катушки возбуждения припаяны к двум изолированным от вала контактным кольцам. Втулка, полюсные наконечники и контактные кольца напрессованы на вал. Вал вращается в двух шариковых подшипниках закрытого типа, установленных в крышке со стороны контактных колец и крышке со стороны привода. Подшипник имеет большие размеры по сравнению с подшипником, так как он воспринимает большие радиальные нагрузки от шкива, на который давит натянутый ремень передачи. При сборке подшипников их заполняют смазкой, и в процессе эксплуатации они в смазке не нуждаются.

Крышки отливаются из алюминиевого сплава. Они имеют вентиляционные окна. Крышка со стороны контактных колец имеет лапу для крепления генератора на двигателе. В ней установлены пластмассовый щеткодержатель 8 и выпрямительный блок (БПВ 4-60-02). Для предотвращения от проворачивания наружной обоймы шарикоподшипника в выточке крышки установлено резиновое уплотнительное кольцо.

Щеткодержатель крепится к крышке двумя болтами. Две графитовые щетки, установленные в направляющих отверстиях щеткодержателя, пружинами прижимаются к контактным кольцам. Одна щетка соединена с изолированным штекерным выводом Ш, другая — с корпусом генератора.

Крышка имеет две лапы. Одна, нижняя, как и лапа крышки, предназначена для крепления генератора на двигателе. Другая, верхняя, имеет резьбовое отверстие и предназначена для крепления натяжной планки.

Статор генератора состоит из сердечника, набранного из отдельных изолированных друг от друга пластин электрической стали и соединенных в пакет сваркой. Сердечник статора установлен между крышками и стянут вместе с ними четырьмя винтами. На внутренней поверхности сердечника имеется 36 зубцов, в пазах между которыми уложена трехфазная обмотка статора, соединенная по схеме «двойная звезда». Каждая фаза представляет собой две параллельно включенные цепи с тремя последовательно соединенными катушками. Свободные концы фаз обмотки статора соединены с тремя выводами выпрямительного блока. Шина диодов прямой проводимости соединена с выводом « + » (поз. 22) генератора, а шина диодов обратной проводимости — с корпусом генератора.

Шкив и вентилятор установлены на валу генератора на шпонке и закреплены гайкой с пружинной шайбой.

Генератор Г286А (Г286В) представляет собой трехфазную синхронную машину со встроенными выпрямительным блоком и интегральным регулятором напряжения (ИРН) Я112А.

По сути дела это генераторная установка.

Сердечник статора, закрепленный между крышками тремя болтами, имеет равномерно расположенных пазов. Обмотка статора соединена по схеме «двойная звезда». Обмотка возбуждения расположена внутри двух клювообразных половин сердечника ротора. Выводы фазных обмоток соединены с выпрямительным блоком (БПВ 8-100-02). Выпрямительный блок имеет такую же конструкцию, как и у генератора 32.3701.

Рис. 3. Генератор Г286А

Отличительной особенностью генератора Г286А является также взаимное расположение контактных колец и подшипника в крышке.

Так как регулятор напряжения включается в цепь обмотки возбуждения, его встраивают в щеткодержатель. Вместе они образуют единый съемный блок 6. Крепится блок винтами к основанию щеткодержателя, который установлен на крышке. Болт служит выводом обмотки возбуждения и регулятора напряжения.

Блок щеткодержателя и регулятора напряжения состоит из щеткодержателя, интегрального регулятора и металлического теплоотвода — крышки.

Регулятор состоит из медного основания, на котором размещены элементы схемы, пластмассовой крышки для защиты элементов схемы от механических повреждений и жестких шинных выводов. Медное основание является отрицательным выводом регулятора. Оба вывода В регулятора соединены накоротко внутри. Один из них является основным, другой — дублирующим. При установке на щеткодержатель выводы регулятора напряжения ложатся на шины. К шинам приварены токопроводящие канатики, соединяющие их с щетками. Сверху на регулятор напряжения устанавливается крышка, и весь блок скрепляется винтами. Таким образом, электрическое соединение шин регулятора и щеткодержателя осуществляется прижимным контактом.

Генератор 37.3701 (рис. 4) — генераторная установка, представляет собой синхронную машину переменного тока с встроенным выпрямительным блоком БПВ 11-60-02 и регулятором напряжения 17.3702.

Статор генератора имеет 36 равномерно расположенных пазов, в которых размещена трехфазная обмотка, соединенная по схеме «двойная звезда». Каждая фаза состоит из двух параллельно соединенных ветвей, в каждой из которых шесть непрерывно намотанных катушек.

Ротор не имеет особых конструктивных отличительных особенностей.

Выпрямительный блок, вмонтированный в крышку, отличается от традиционных тем, что в него вмонтированы три дополнительных диода прямой проводимости, через которые осуществляется питание обмотки возбуждения от генератора. Выпрямленное напряжение с дополнительных диодов подается на штекерный вывод, обозначаемый на схемах вывод «61», и проводником на штекерный вывод регулятора напряжения, который имеет маркировку В. Вывод В регулятора через контакт связан также с одной из щеток. Не показанный на рисунке вывод Ш регулятора контактирует с другой щеткой. Регулятор напряжения имеет еще вывод Б, который проводником соединен с положительным выводом генератора, обозначаемым на схемах «30».

Рис. 4. Генератор 37.3701: 1 — крышка со стороны контактных колец; 2 — выпрямительный блок; 3— вентиль выпрямительного блока; 4 — винт крепления выпрямительного блока; 5 — контактное кольцо; 6 — задний шарикоподшипник; 7 — конденсатор; 8 — вал ротора; 9 — вывод «30» генератора; 10 — вывод «61» генератора; 11 — вывод «В» регулятора напряжения; 12 — регулятор напряжения; 13 — щетка; 14 — шпилька крепления генератора к натяжной планке; 15 — шкив с вентилятором; 16 и 23 — полюсные наконечники ротора; 17 — дистанционная втулка; 18 — передний шарикоподшипник; 19 — крышка со стороны привода; 20 — обмотка ротора; 21 — статор; 22 — обмотка статора; 24 — буферная втулка; 25 — втулка; 26 — поджимная втулка

На генераторе установлен конденсатор емкостью 2,2 мкФ. Он подключен между корпусом и положительным выводом генератора. Конденсатор служит для защиты электронного оборудования автомобиля от импульсов напряжения в системе зажигания и снижения уровня помех радиоприему.

Характеристики генераторов. На автомобилях генераторы работают в условиях постоянно изменяющейся частоты вращения и тока нагрузки. При этом должно обеспечиваться в определенных пределах постоянство напряжения генератора.

Генераторы характеризуются прежде всего номинальными данными: напряжением, током, мощностью.

Номинальное напряжение генераторов, работающих в схемах электрооборудования с номинальным напряжением 12В, принято 14В, а для 24-вольтовых схем — 28В. Номинальный ток генератора — это максимальный ток нагрузки, который может отдать генератор при частоте вращения ротора 5000 об/мин и номинальном напряжении. Значения номинального напряжения и тока наносятся на крышке генератора. Номинальная мощность определяется как произведение номинального напряжения на номинальный ток.

Энергетические возможности генераторов характеризуются токоскоростной характеристикой. Это зависимость тока, отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора (рис. 5). Характеристика снимается при номинальном напряжении генератора и постоянном, обычно номинальном, напряжении на обмотке возбуждения.

Эта характеристика чрезвычайно важна, так как она показывает возможности генератора при различной частоте вращения ротора.

Из рис. 5 видно, что без нагрузки напряжение генератора достигает номинальной величины при частоте вращения «о, которая у различных генераторов колеблется от 900 до 1200 об/мин.

Рис. 5. Токоскоростная характеристика генераторов

Якорем в синхронной машине является статор. При протекании по обмотке статора тока возникает магнитное поле статора, которое направлено против основного магнитного поля ротора и размагничивает его. При увеличении тока нагрузки возрастает ток обмотки статора, усиливается его магнитное поле, что приводит к увеличению размагничивания магнитного поля ротора. В результате в катушках статора наводится меньшая по величине э. д. с. и ограничивается максимальная сила тока, отдаваемого генератором.

Полное сопротивление Z обмотки статора, по которой протекает переменный ток, складывается из активного R и индуктивного сопротивлений:

Активное сопротивление обмотки статора зависит только от ее температуры. С увеличением температуры оно повышается. Поэтому с увеличением температуры ток отдачи генератора несколько понижается.

Начальная частота вращения нормируется техническими условиями на конкретные типы генераторов. Задается она для двух состояний генератора: холодного и горячего. Температура генератора в холодном состоянии должна быть в пределах 15—35 °С. Горячее состояние соответствует установившейся температуре генератора, работающего в режиме номинальной мощности.

Указанные характеристики могут задаваться для двух вариантов питания обмотки возбуждения: при питании обмотки возбуждения собственно от генератора (самовозбуждение) и при питании от постороннего источника питания (независимое возбуждение). Ток, отдаваемый генератором при самовозбуждении, будет меньше тока, отдаваемого генератором при независимом возбуждении, так как в первом случае часть его идет на питание обмотки возбуждения.

Характеристики начала отдачи тока генераторами без встроенных регуляторов напряжения задаются при напряжении питания обмотки возбуждения, равном номинальному, как при независимом возбуждении, так и при самовозбуждении. Наличие встроенного регулятора напряжения обусловливает необходимость подачи такого напряжения, при котором регулятор еще не вступает в работу. Поэтому питание обмотки возбуждения генераторов с встроенными регуляторами напряжения осуществляется при 13В и характеристики генераторов с самовозбуждением задаются также при напряжении на их выводах 13В.

Рекламные предложения:

Читать далее: Регулирование напряжения генератора

Категория: — Электрооборудование автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Устройство,принцип действия автомобильных генераторов

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор – основной источник электроэнергии. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.
Основные требования к автомобильным генераторам
1. Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:
– одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АКБ;
– при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах двигателя не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;
– напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.
2. Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радиопомех.

Принцип действия генератора
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И, наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует, собственно, статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) – ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генераторной установки, там, где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы – обычно 2…3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора генератора N и числа его пар полюсов р:
f=p*N/60
За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения я ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т. к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора. С учетом передаточного числа i ременной передачи от двигателя к генератору частота сигнала на входе тахометра fт связана с частотой вращения коленчатого вала двигателя Nдв соотношением:
f=p*Nдв(i)/60
Конечно, в случае проскальзывания приводного ремня это соотношение немного нарушается и поэтому следует следить, чтобы ремень всегда был достаточно натянут. При р=6 , (в большинстве случаев) приведенное выше соотношение упрощается fт = Nдв (i)/10. Бортовая сеть требует подведения к ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор.

Обмотка статора генераторов зарубежных фирм, как и отечественных – трехфазная. Она состоит из трех частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т. е. на 120 электрических градусов, как это показано на рис. I. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения Uф действуют между концами обмоток фаз. я токи Iф протекают в этих обмотках, линейные же напряжения Uл действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи Jл. Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные.

При соединении в «треугольник» фазные токи в корень из 3 раза меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более толстым проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» в корень из 3 больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда».

Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых: VD1, VD3 и VD5 соединены с выводом «+» генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом «-» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис.1, пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».

У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9-VD 11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. По графику фазных напряжений (рис. 1) можно определить, какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения Uф1 действует в обмотке первой фазы, Uф2 – второй, Uф3 – третьей. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t1, когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы – положительно, а третьей – отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам, показанным на рис. 1. Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени, легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление – от вывода «+» генераторной установки к ее выводу «-» («массе»), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени t1 открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9-VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25…35 А).

Рис. 1. Принципиальная схема генераторной установки. Uф1 — Uф3 — напряжение в обмотках фаз: Ud — выпрямленное напряжение; 1, 2, 3 — обмотки трех фаз статора: 4 — диоды силового выпрямителя; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — нагрузка; 7 — диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 8 — обмотка возбуждения; 9 — регулятор напряжения.

Остается рассмотреть принцип работы плеча выпрямителя, содержащего диоды VD7 и VD8. Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками – первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, главным образом, третьей, частота которой в три раза выше, чем первой. Представление реальной формы фазного напряжения в виде суммы двух гармоник (первой и третьей) показано на рис. 2.

Рис. 2. Представление фазного напряжения Uф в виде суммы синусоид первой, U1, и третьей U3, гармоник

Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т. е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е. одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном – нет. Следовательно, мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения, не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность добавлены диоды VD7 и VD8, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5…15% при частоте вращения более 3000 мин-1.

Выпрямленное напряжение, как это показано на рис. 1, носит пульсирующий характер. Эти пульсации можно использовать для диагностики выпрямителя. Если пульсации идентичны – выпрямитель работает нормально, если же картинка на экране осциллографа имеет нарушение симметрии – возможен отказ диода. Проверку эту следует производить при отключенной аккумуляторной батарее. Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т. е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генераторную установку элементов защиты ее от всплесков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+ « генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя «используется и в регуляторах напряжения.

Устройство автомобильного генератора
По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками – передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку, существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное – только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Статор генератора (рис. 3) набирается из стальных листов толщиной 0. 8…1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Рис.3. Статор генератора: 1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовый клин, 4 — паз, 5 — вывод для соединения с выпрямителем

В пазах располагается обмотка статора, выполняемая по схемам (рис. 4) в виде петлевой распределенной (рис.4-а) или волновой сосредоточенной (рис.4-б), волновой распределенной (рис.4-б) обмоток. Петлевая обмотка отличается тем, что ее секции (или полусекции) выполнены в виде катушек с лобовыми соединениями по обоим сторонам пакета статора напротив друг друга. Волновая обмотка действительно напоминает волну, т. к. ее лобовые соединения между сторонами секции (или полусекции) расположены поочередно то с одной, то с другой стороны пакета статора. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция исходит влево, другая направо. Расстояние между сторонами секции (или полусекции) каждой обмотки фазы составляет 3 пазовых деления, т.е. если одна сторона секции лежит в пазу, условно принятом за первый, то вторая сторона укладывается в четвертый паз. Обмотка закрепляется в пазу пазовым клином из изоляционного материала. Обязательной является пропитка статора лаком после укладки обмотки.

Рис.4 Схема обмотки статора генератора: А — петлевая распределенная, Б — волновая сосредоточенная, В — волновая распределенная
——- 1 фаза, — — — — — — 2 фаза, -. .-..-..- 3 фаза

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис.5). Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы – полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Рис. 5. Ротор автомобильного генератора: а — в сборе; б — полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 — обмотка возбуждения; 4 — контактные кольца; 5 — вал.

Если полюсные половины имеют полувтулки, то обмотка возбуждения предварительно наматывается на каркас и устанавливается при напрессовке полюсных половин так, что полувтулки входят внутрь каркаса. Торцевые щечки каркаса имеют выступы-фиксаторы, входящие в межполюсные промежутки на торцах полюсных половин и препятствующие провороту каркаса на втулке. Напрессовка полюсных половин на вал сопровождается их зачеканкой, что уменьшает воздушные зазоры между втулкой и полюсными половинами или полувтулками, и положительно сказывается на выходных характеристиках генератора. При зачеканке металл затекает в проточки вала, что затрудняет перемотку обмотки возбуждения при ее перегорании или обрыве, т. к. полюсная система ротора становится трудноразборной. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно – контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т. к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластинтеплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т. к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец – обычно плотная, со стороны привода – скользящая, в посадочное место крышки наоборот – со стороны контактных колец – скользящая, со стороны привода – плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства – резиновые кольца, пластмассовые стаканчики, гофрированные стальные пружины и т. п.

Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле. Гибридные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения на монокристалле ни разборке, ни ремонту не подлежат.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (рис. 6-а) воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места – к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом (рис. 6-б), закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Рис .6. Система охлаждения генераторов: а — генераторы обычной конструкции; б — генераторы для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в — генераторы компактной конструкции. Стрелками показано направление воздушных потоков.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Устройство и работа генераторов переменного тока.

Устройство и работа генератора переменного тока



Генератор автомобилей ВАЗ

Конструкция генератора 37.3701 переменного тока, устанавливаемого на многих автомобилях марки ВАЗ (-2105, -2106, -2108, -2109 и др.), представлена на рис. 1.

Подвижное магнитное поле создается вращающимся двенадцатиполюсным магнитом – ротором (рис. 2, а), который представляет собой стержень с надетыми на него стальными звездочками, каждая из которых имеет по шесть клювообразных полюсов.
В полости между звездочками ротора на стальном кольце размещена обмотка возбуждения, напряжение к которой подводится через медно-графитовые щетки и два изолированных контактных кольца, напрессованных на вал ротора.
Концы обмотки возбуждения выведены через отверстия и подсоединены к контактным кольцам.

На контактные кольца опираются медно-графитовые щетки, размещенные в щеткодержателях, расположенных в задней крышке генератора со стороны, противоположной приводу. Одна из щеток присоединена к корпусу генератора, а вторая – к изолированной клемме, к которой через регулятор напряжения подводится ток возбуждения от аккумуляторной батареи.
Регулятор напряжения встроен в шеткодержатель, образуя вместе с ним единый съемный блок.

Магнитное поле намагничивает клювообразные полюсы ротора, имеющие разную полярность. Ротор, вращаясь внутри цилиндрического статора, индуцирует ЭДС в фазных обмотках, навитых на набранном сердечнике статора.

Статор генератора (рис. 2, б) состоит из сердечника, представляющего собой набор изолированных друг от друга листов магнитопроводящей мягкой электротехнической стали. Внутренняя поверхность сердечника статора имеет равномерно расположенные по окружности зубцы с пазами между ними. Число пазов кратно трем.
В пазах между зубцами укладываются витки катушек обмотки статора. Для изоляции катушек от сердечника используется электротехнический картон. Статор в сборе пропитывается изоляционным лаком.
Каждая из трех фаз обмотки статора содержит одинаковое число последовательно соединенных катушек, число которых в статоре кратно трем. Обычно статоры современных генераторов содержат 18 катушек, последовательно соединенных в три группы (по шесть катушек на каждую фазу).

Обмотка возбуждения генератора получает питание или от генератора, или от аккумуляторной батареи. Небольшой силы ток, поступающий в обмотку возбуждения через щетки и контактные кольца, вызывает магнитный поток, который замкнуто циркулирует по металлическим деталям ротора, в том числе по полюсным наконечникам.
Так как полюсные наконечники левой и правой половин сердечника ротора смещены, происходит и смещение магнитно потока. Поэтому входя в один зубец статора, магнитный поток выходит через другой зубец, пересекая катушки статора.

При вращении ротора происходит постоянное чередование северного и южного полюсов ротора, что приводит к изменению пересекающего катушки статора магнитного потока по величине и направлению. В результате в фазных обмотках наводится переменная ЭДС.

Для обеспечения первоначального возбуждения генератора, после включения зажигания, к клемме «В» регулятора напряжения, подводится ток по двум цепям:

1. Плюсовая клемма аккумуляторной батареи — контакт «30» генератора — контакты «30/1» и «15» замка зажигания — контакт «86» и «85» обмотки реле зажигания – клемма «минус» аккумуляторной батареи.
После замыкания реле ток в обмотку возбуждения поступает по второй цепи.

2. Плюсовая клемма аккумуляторной батареи — контакт «30» генератора — контакты «30» и «87» реле зажигания — предохранитель №2 в блоке предохранителей — контакт «4» белого разъема в комбинации приборов — резистор 36 Ом в комбинации приборов — контрольная лампа зарядки аккумуляторной батареи — контакт «12» белого разъема в комбинации приборов — контакт «61» — вывод «В» регулятора напряжения — обмотка возбуждения — вывод «Ш» регулятора напряжения — выходной транзистор регулятора напряжения – минусовая клемма аккумуляторной батареи.

После пуска двигателя обмотка возбуждения питается с общего вывода трёх дополнительных диодов, установленных на выпрямительном блоке, а напряжение в системе электрооборудования автомобиля контролируется светодиодом или лампой в комбинации приборов.
При исправно работающем генераторе после включения зажигания светодиод или лампа должны светиться, а после пуска двигателя — гаснуть, поскольку напряжение на контакте «30» и общем выводе «61» дополнительных диодов становится одинаковым, и ток через контрольную лампу не протекает.

Если светодиодная лампа продолжает гореть после пуска двигателя, то это означает, что генераторная установка неисправна, т. е. либо вообще не выдаёт напряжение, либо оно ниже напряжения аккумуляторной батареи. В этом случае напряжение на разъёме «61» будет ниже напряжения на контакте «30», поэтому в цепи между ними протекает ток, заставляя светиться светодиодную лампу, что свидетельствует о неисправности генератора.

***



Каждая фаза трехфазной обмотки генератора состоит из шести последовательно соединенных катушек. Фазные обмотки соединены между собой по схеме «звезда» или «двойная звезда».
Свободные концы каждой из трех фаз подключены к встроенному в корпус генератора выпрямителю, который состоит из трех моноблоков, соединенных в схему двухполупериодного выпрямителя. Моноблок состоит из оребренного корпуса (для эффективного охлаждения), контактной шайбы, полупроводниковой кремниевой шайбы, герметизирующей заливки и двух выводов.
В каждом моноблоке, являющемся одновременно радиатором и токопроводящим зажимом средней точки, установлено по две полупроводниковые кремниевые шайбы.

Три моноблока выпрямителя размещены на задней крышке генератора, со стороны противоположной приводу, и соединены между собой параллельно.
Обмотка каждой из фаз генератора соединена с соответствующим моноблоком выпрямителя так, чтобы переменный ток подводился между двумя полупроводниковыми шайбами.

Выводы всех моноблоков выпрямителя с одной стороны соединены с корпусом генератора («масса), а с другой – изолированной положительной клеммой генератора.

Схема подключения фазных обмоток генератора к двухполупериодному выпрямителю показана на рис. 4.

Вал ротора вращается на двух шариковых подшипниках, размещенных в крышках генератора. Между крышками зажимается статор с обмотками. На переднем конце вала ротора посредством шпоночного соединения устанавливается шкив ременной передачи для привода генератора.
Между передней крышкой и приводным шкивом на валу ротора размещен охлаждающий вентилятор.
В торцовых крышках генератора выполнены окна для прохода воздуха, который охлаждает детали генератора и выпрямительный блок.

***

Снятие и установка генератора

Для снятия генератора с автомобиля понадобятся ключи гаечные рожковые (или накидные) 8 мм, 10 мм, 17 мм и 19 мм, головка 13 мм, плоская отвертка (для снятия хомутов) и монтажная лопатка.

• Отсоедините минусовый провод от клеммы аккумуляторной батареи (ключ 10 мм).
• Аккуратно снимите пластмассовые ленточные хомуты с патрубка воздухозаборника и жгута проводов стартёра и генератора.
• Разъедините штекерный разъём обмотки возбуждения генератора.
• Отверните гайку с вывода «30» генератора (ключ 10 мм).
• Отверните гайку крепления генератора к натяжной планке (ключ 17 мм).
• С помощью монтажной лопатки подведите генератор к двигателю и снимите приводной ремень.
• Отверните три болта защиты картера (головка 13 мм) и снимите её.
• Снимите правый брызговик двигателя, отвернув пять самонарезных винтов (ключ 8 мм).
• Отверните гайку с нижнего болта крепления генератора к кронштейну (ключ 19 мм).
• Снимите генератор вместе с патрубком воздухозаборника, немного наклонив его так, чтобы он прошёл вниз между лонжероном и нижним кронштейном крепления генератора.

Установка генератора производится в обратной последовательности.

***

Регулятор напряжения



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Техническая информация о стартере и генераторе. О ремонте стартера и ремонте генератора.

Генератор предназначен для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумулятора при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи, и ее ускоренному выходу из строя. Не менее чувствительны к величине напряжения лампы освещения и сигнализация, акустическое оборудование.

Генератор – достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов. Принцип работы электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы у всех автомобильных генераторов, независимо от того, где они выпускаются.

Принцип действия генератора

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т.е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение (обычно через контрольную лампу  состояния генераторной установки). Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т.к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2…3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.

За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения  ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т.к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора.

Обмотка статора генераторов зарубежных и отечественных фирм – трехфазная. Она состоит из трех 3 частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения  действуют между концами обмоток фаз, а токи  протекают в этих обмотках, линейные же напряжения  действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи . Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные. При соединении в «треугольник» фазные токи меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда». Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «—» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».

У многих  генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении.  Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т.д. Иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, герметизированный на теплоотводе

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т.е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генератор элементов ее защиты от скачков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении, он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения (напряжением стабилизации).

Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т.е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.

Принцип действия регулятора напряжения (реле регулятора)

В настоящее время все генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки – тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения.

Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить – увеличивается.

Конструктивное исполнение генераторов

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой «компактной» конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому, по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой (Mitsubishi, Hitachi), и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости (Bosch, Valeo). В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками –передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части –  над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку (Denso). Существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными, и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное — только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы — полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума. После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т.к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты.

В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя, и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы, либо в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин-теплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора, случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи, что может привести к возгоранию. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами (Delco Remy, Motorcraft). Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец обычно плотная, со стороны привода — скользящая, в посадочное место крышки наоборот — со стороны контактных колеи — скользящая, со стороны привода — плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства — резиновые кольца, пластмассовые проставки, гофрированные стальные пружины и т.п. Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец.
У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Привод генераторов и крепление их на двигателе

Привод генераторов всех типов автомобилей осуществляется от коленчатого вала ременной или зубчатой передачей. При этом возможны два варианта — клиновым или поликлиновым ремнем. Приводной шкив генератора выполняется с одним или двумя ручьями для клинового ремня и с профилированной рабочей дорожкой для поликлинового. Вентилятор, выполненный, как правило, штамповкой из листовой стали, в традиционной конструкции генератора крепится на валу рядом со шкивом. Шкив может выполняться сборным из двух штампованных дисков, литым из чугуна или стали, а также полученным методом штамповки или точеным из стали.

Качество обеспечения питанием потребителей электроэнергии, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев приводного шкива генератора к шкиву коленчатого вала. Для повышения качества питания электропотребителей это число должно быть как можно больше, т.к. при этом частота вращения генератора повышается, и он способен отдать потребителям больший ток. Однако при слишком больших передаточных числах происходит ускоренный износ приводного ремня, поэтому передаточные числа передачи двигатель-генератор для клиновых ремней лежат в пределах 1,8…2,5, для поликлиновых до 3. Более высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем. Наилучшей конструкцией для генератора является индивидуальный привод. При таком приводе подшипники генератора оказываются менее нагруженными, чем в «коллективном» приводе, при котором обычно генератор приводится во вращение одним ремнем с другими агрегатами, чаще всего водяным насосом, и где шкив генератора служит натяжным роликом. Поликлиновым ремнем обычно приводится во вращение сразу несколько агрегатов. Например, на автомобилях Mercedes один поликлиновой ремень приводит во вращение одновременно генератор, водяной насос, насос гидроусилителя руля, гидромуфту вентилятора и компрессор кондиционера. В этом случае натяжение ремня осуществляется и регулируется одним или несколькими натяжными роликами при фиксированном положении генератора. Крепление генераторов на двигателе выполнено на одной или двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя. Натяжение ремня производится поворотом генератора на кронштейне, при этом натяжная планка, соединяющая двигатель с натяжным ухом, может быть выполнена в виде винта, по которому перемещается резьбовая муфта, сочленяемая с ухом.

Встречаются конструкции, у которых прорезь в натяжной планке имеет зубчатую нарезку, по которой перемещается натяжное устройство, соединенное с натяжным ухом. Такие конструкции позволяют обеспечивать натяжение ремня очень точно и надежно.

К сожалению, на данный момент не существует международных нормативных документов, определяющих габаритные и присоединительные размеры генераторов легковых автомобилей, поэтому генераторы различных фирм существенно отличаются друг от друга, разумеется, кроме изделий, специально предназначенных в качестве запчастей для замены генераторов других фирм.

Бесщеточные генераторы

Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т.п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.

Статор генератора и генератор

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области генераторов, в частности к статору генератора и генератору, содержащему этот статор.

Уровень техники

В обычном генераторе обычно применяется единственный провод, который намотан с образованием катушки каждой фазы генератора (однофазного генератора и/или трехфазного генератора), и поэтому имеется только один выход электрической мощности на каждую фазу, т.е. единственный выход напряжения/тока. Выход мощности/напряжения/тока обрабатывается с помощью дополнительного управляющего устройства, такого как печатная палата (ПП).

Каждая фаза конфигурации катушек в обычном генераторе имеет только один выход мощности/напряжения/тока, что ограничивает применение такого генератора на железнодорожном транспорте. Для генератора железнодорожного транспортного средства генератор приводится в действие посредством вращающегося компонента (например, вала и оси) в транспортном средстве. Выходная мощность зависит от скорости вращения вращающегося компонента. Чем выше скорость вращения, тем больше выходная мощность.

Применительно к железнодорожному транспорту скорость транспортного средства может принимать значения от десятков километров в час до сотен километров в час, и генератор будет выдавать широкий диапазон выходной мощности. Поэтому в широком диапазоне непосредственно меняется выход мощности/напряжения.

Это делает более сложной постоянную обработку выхода с помощью управляющего устройства. Обычно управляющее устройство может обрабатывать только сравнительно небольшие изменения во входном напряжении.

В частности, для генератора в подшипниковой коробке железнодорожного транспортного средства выходная мощность может превышать предел нагрузки. В этом случае требуется особенно сложная схема управления мощностью, чтобы подавить генерацию мощности для защиты генератора и управляющего устройства.

Раскрытие сущности изобретения

Ввиду вышеуказанных недостатков известного уровня техники в настоящем изобретении предложен статор генератора, который может быть применен в тех приложениях, где скорость вращения вращающегося тела изменяется в широких пределах, и генератор, содержащий такой статор.

Настоящее изобретение может использовать следующие решения, но не ограничиваясь ими.

В настоящем изобретении предложен статор генератора, содержащий по меньшей мере два набора катушек, образованных обмоточными проводами, причем по меньшей мере два набора катушек независимы друг от друга, чтобы формировать выходные мощности независимо друг от друга.

Как вариант, каждый из наборов катушек содержит катушку, которая дает однофазную выходную мощность однофазного генератора.

Предпочтительно статор генератора дополнительно содержит сердечник статора, при этом по меньшей мере два набора катушек намотаны вокруг одного и того же сердечника статора.

Как вариант, каждый из наборов катушек содержит три катушки, которые дают трехфазную выходную мощность трехфазного генератора.

Предпочтительно, статор генератора дополнительно содержит сердечник статора, причем различные наборы катушек расположены в разных положениях по окружности одного и того же сердечника статора.

Как вариант, статор генератора дополнительно содержит сердечник статора, причем различные наборы катушек расположены в одном и том же положении по окружности, но в различных радиальных положениях одного и того же сердечника статора.

Как вариант, статор генератора содержит сердечник статора, причем различные наборы катушек соответственно расположены в разных осевых положениях одного и того же сердечника статора; или

статор генератора содержит несколько сердечников статора, причем различные наборы катушек расположены соответственно на разных смещенных по оси сердечках статора.

Как вариант, статор генератора содержит несколько сердечников статора, причем различные наборы катушек расположены соответственно на сердечниках статора, которые перекрываются, если смотреть в радиальном направлении, но имеют разные радиальные размеры.

В настоящем изобретении также предложен генератор, содержащий статор генератора в соответствии с настоящим изобретением, как описано выше.

Как вариант, генератор содержит ротор и несколько статоров, совместно использующих ротор.

Предпочтительно, генератор также содержит блоки управления и управляющее устройство, причем электрические выводы различных наборов катушек соединены с одним и тем же управляющим устройством через различные блоки управления, при этом блоки управления выполнены с возможностью независимо друг от друга управлять состоянием включения/выключения электрических выводов различных наборов катушек, которые подключены к управляющему устройству.

Предпочтительно, блоки управления представляют собой переключатели, а управляющее устройство представляет собой устройство для выпрямления тока и стабилизации напряжения.

Статор генератора в соответствии с настоящим изобретением, который может генерировать безопасную выходную мощность, не превышающую пределы электрической нагрузки и генератора, и может эффективно предотвращать перегрузку генератора и устройства управления, можно применять в таких приложениях, как железнодорожное транспортное средство, где скорость вращения вращающегося компонента изменяется в широком диапазоне. Более конкретно, управление может выполняться в соответствии со скоростью вращения ротора, а в случае, когда скорость вращения ротора изменяется в широком диапазоне, посредством управления, выполняемого управляющим устройством, все еще может быть получена сравнительно стабильная выходная мощность.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показан известный статор генератора;

на фиг. 2 – статор генератора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 – другой известный статор генератора;

на фиг. 4 – статор генератора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5 – статор генератора в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 – генератор в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 7 – генератор в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 8 – другой генератор в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 9 – еще один генератор в соответствии с настоящим изобретением.

Список ссылочных позиций

200 – сердечник статора;

100 – катушка;

201 – сердечник статора;

10 – первая катушка;

20 – вторая катушка;

30 – третья катушка

300, 301, 302 – сердечник статора;

900, 901 – ротор;

401, 402, 403, 404 – статор;

K1-K9 – переключатель;

50, 500 – управляющее устройство.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг. 1, в известном статоре генератора в сердечнике 200 статора единственный провод намотан с образованием катушки 100 одной фазы генератора. На фиг. 1 показана катушка в семи положениях, то есть на участках X1, X2, X3, X4, X5, X6 и X7 на сердечнике 200 статора.

В настоящем изобретении, как показано на фиг. 2, на сердечнике 201 статора два или несколько несоединенных проводов намотаны вместе, образуя катушки одной фазы (два или несколько наборов катушек), и два или несколько проводов (катушек) подвергнуты воздействию одинакового изменения магнитного потока, генерируя взаимно независимые электрические мощности одной и той же фазы.

В частности, на фиг. 2 показано три несоединенных (взаимно независимых/изолированных) провода, образующих катушки одной фазы генератора, то есть первая катушка 10, вторая катушка 20 и третья катушка 30 могут быть соответственно расположены на участках X1, X2, X3, X4, X5, X6 и X7, показанных на фиг. 1 (для ясности на фиг. 2 показаны только катушки на участках X1, X3, X5 и X7). Таким образом, можно создать три взаимно независимые электрические мощности.

Катушки 10, 20, 30 могут иметь одинаковую длину (одинаковое число витков) и/или диаметр провода, чтобы генерировать одинаковую выходную мощность/напряжение/ток. В качестве альтернативы катушки 10, 20, 30 могут иметь разную длину и/или диаметр провода, чтобы генерировать различную выходную мощность/напряжение/ток.

Статор генератора в соответствии с настоящим изобретением может быть применен в генераторах различных типов, то есть не только в однофазных генераторах, но также в трехфазных генераторах.

На фиг. 3 показан схематический вид известного статора трехфазного генератора. Как показано на фиг. 3, в сердечнике 300 статора катушка фазы A, катушка фазы В и катушка фазы C отстоят друг от друга на 120 градусов в направлении по окружности сердечника 300 статора. Катушки статора могут быть соединены по схеме звезда, то есть катушки фазы A, фазы B и фазы C соответственно генерируют выходную мощность фазы A, выходную мощность фазы B и выходную мощность фазы C на одном своем конце, и три катушки соединены друг с другом на другом конце, то есть в точках A0, B0 и C0, причем их общая точка ведет к нейтральной линии. Разумеется, катушки статора также могут быть соединены треугольником.

В конфигурации катушки статора катушка фазы A, катушка фазы B и катушка фазы C образуют набор катушек.

Как показано на фиг. 4, в статор генератора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения включено два набора катушек. Первый набор катушек содержит катушку фазы A, катушку фазы B и катушку фазы C, которые составляют трехфазную выходную мощность трехфазного генератора. Второй набор катушек содержит катушку фазы A1, катушку фазы B1 и катушку фазы C1, которые составляют другую трехфазную выходную мощность трехфазного генератора. Две трехфазные выходные мощности не зависят друг от друга. Первый набор катушек и второй набор катушек располагаются друг над другом и намотаны вокруг одного и того же сердечника 301 статора.

Более конкретно, в дополнение к расположению катушек фазы A, фазы B и фазы C в положениях, показанных на фиг. 3, катушка фазы A1 расположена в положении катушки фазы A над ней, катушка фазы В1 расположена в положении катушки фазы B над ней, а катушка фазы С1 расположена в положении катушки фазы C над ней. Катушка фазы A и катушка фазы A1, катушка фазы B и катушка фазы B1, а также катушка фазы C и катушка фазы C1 соответственно не связаны (взаимно независимы/изолированы). Рассматривая в качестве примера метод соединения звездой, A0, B0 и C0 соединены друг с другом и ведут к нейтральной линии, а A10, B10 и C10 соединены друг с другом и ведут к другой нейтральной линии. То есть в статоре в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения выведено два набора трехфазных выводов (шесть выводов).

Как описано выше, катушка фазы A и катушка фазы A1 могут быть расположены в разных положениях в радиальном направлении, но в одном и том же положении по окружности сердечника 301 статора. То же самое верно для катушки фазы B и катушки фазы B1, а также для катушки фазы C и катушки фазы C1. Катушка фазы A1, катушка фазы B1 и катушка фазы C1 также отстоят друг от друга на 120 градусов в направлении по окружности сердечника 301 статора.

Как показано на фиг. 5, в статор генератора в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения включено два набора катушек. Первый набор катушек содержит катушку фазы A, катушку фазы B и катушку фазы C, которые составляют трехфазную выходную мощность трехфазного генератора. Второй набор катушек содержит катушку фазы A1, катушку фазы B1 и катушку фазы C1, которые составляют другую трехфазную выходную мощность трехфазного генератора. Две трехфазные выходные мощности не зависят друг от друга. Два набора катушек расположены в различных положениях по окружности одного и того же сердечника 302 статора.

Более конкретно, в дополнение к расположению катушек фазы A, фазы B и фазы C в положениях, как показано на фиг. 3, катушка фазы A1 расположена в положении, смещенном по отношению к положению катушки фазы A в направлении по окружности сердечника 302 статора, катушка фазы B1 расположена в положении, смещенном по отношению к положению катушки фазы B в направлении по окружности сердечника 302 статора, а катушка фазы C1 расположена в положении, смещенном по отношению к положению катушки фазы C в направлении по окружности сердечника 302 статора. Катушка фазы A и катушка фазы A1, катушка фазы B и катушка фазы B1, а также катушка фазы C и катушка фазы C1 соответственно не связаны (взаимно независимы/изолированы). Рассматривая в качестве примера метод соединения звездой, A0, B0 и C0 соединены друг с другом и ведут к нейтральной линии, а A10, B10 и C10 соединены друг с другом и ведут к другой нейтральной линии. То есть в конфигурации катушек в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения выведено два набора трехфазных выводов (шесть выводов).

Катушка фазы A1, катушка фазы B1 и катушка фазы C1 также отстоят друг от друга на 120 градусов в направлении по окружности сердечника 302 статора.

Разумеется, в зависимости от количества магнитных полюсов в роторе генератора катушки могут быть расположены в большем количестве положений сердечника статора. В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 4 и 5, путем изменения числа наборов катушек можно вывести три, четыре или больше наборов трехфазных выводов (то есть девять, двенадцать или более выводов). Кроме того, конфигурации катушек, как показано на фиг. 4 и 5, могут использоваться в комбинации.

Конкретнее, настоящее изобретение можно понимать как конфигурирование нескольких независимых друг от друга наборов катушек известного уровня техники в одном статоре, или его можно понимать как то, что один генератор в соответствии с настоящим изобретением эквивалентен нескольким генераторам известного уровня техники, причем несколько генераторов совместно используют один ротор, и, кроме того, катушки нескольких генераторов совместно используют один сердечник статора.

Как показано на фиг. 6, в генераторе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения два статора 401, 402 расположены вокруг одного и того же ротора 900, при этом статоры 401 и 402 расположены в разных осевых положениях ротора 900. Статоры 401 и 402 могут представлять собой известные статоры или могут представлять собой статоры в соответствии с вышеприведенными вариантами осуществления настоящего изобретения от первого до третьего. Выходные мощности статоров 401 и 402 не зависят друг от друга. В этом генераторе различные наборы катушек расположены соответственно на разных смещенных вдоль оси сердечниках статора.

Понятно, что различные наборы катушек также могут быть расположены со смещением вдоль оси на одном и том же сердечнике статора.

Как показано на фиг. 7, в генераторе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения два статора 403, 404 расположены концентрически вокруг одного и того же ротора 900, при этом статор 404 установлен поверх статора 403. Статоры 403 и 404 расположены в одном и том же положении вдоль оси ротора 900. Статоры 403 и 404 могут представлять собой известные статоры или могут представлять собой статоры в соответствии с вышеприведенными вариантами осуществления настоящего изобретения от первого до третьего. Выходные мощности статоров 403 и 404 не зависят друг от друга. В генераторе различные наборы катушек расположены соответственно на сердечниках статора, которые перекрываются, если смотреть в радиальном направлении, но имеют разные радиальные размеры.

На фиг. 8 показан схематический вид генератора в соответствии с настоящим изобретением, в котором может использоваться статор, показанный на фиг. 2. Вывод первой катушки 10 соединен с управляющим устройством 50 через переключатель K1, вывод второй катушки 20 соединен с управляющим устройством 50 через переключатель K2, а вывод третьей катушки 30 соединен с управляющим устройством 50 через переключатель К3. Если скорость вращения ротора генератора сравнительно велика, то ток, генерируемый в каждой из катушек от первой катушки 10 до третьей катушки 30, также сравнительно большой, и когда ток превышает заданный порог, один или два переключателя из K1, K2, K3 могут быть отключены, чтобы предотвратить перегрузку управляющего устройства. В частности, управляющее устройство 50 может представлять собой устройство выпрямления тока и стабилизации напряжения.

На фиг. 9 показан схематический вид генератора в соответствии с настоящим изобретением, в котором может использоваться статор, показанный на фиг. 4-7. Вывод фазы A катушки фазы A соединен с управляющим устройством 500 с помощью переключателя K4, вывод фазы B катушки фазы B соединен с управляющим устройством 500 с помощью переключателя K5, а вывод фазы C катушки фазы C соединен с управляющим устройством 500 с помощью переключателя K6. Аналогично, вывод фазы A1, вывод фазы B1 и вывод фазы C1 катушки фазы A1, катушки фазы B1 и катушки фазы C1 соответственно соединены с управляющим устройством 500 через переключатели K7, K8, K9. Если скорость вращения ротора генератора сравнительно велика, то ток, генерируемый в каждой фазовой катушке, также сравнительно большой, и когда ток превышает заданный порог, то переключатели K4, K5, K6 или переключатели К7, К8, К9 могут быть отключены, чтобы предотвратить перегрузку управляющего устройства 500. Предпочтительно, переключатели K4, K5, K6 могут представлять собой набор синхронных переключателей, а переключатели K7, K8, K9 могут представлять собой другой набор синхронных переключателей. Таким образом, операции включения/выключения переключателей могут быть упрощены. В частности, управляющее устройство 500 также может представлять собой устройство выпрямления тока и стабилизации напряжения.

Конечно, статор генератора и генератор в соответствии с настоящим изобретением не ограничены применением в железнодорожном транспортном средстве, а могут также применяться в других транспортных средствах и в любых других приложениях, где скорость вращения вращающегося компонента изменяется в широких пределах.

Статор генератора в соответствии с настоящим изобретением, который может генерировать безопасную выходную мощность, которая не превышает пределы электрической нагрузки и генератора, и может эффективно предотвращать перегрузку генератора и управляющего устройства, можно применять в таких приложениях, как железнодорожное транспортное средство, где скорость вращения вращающегося компонента изменяется в широком диапазоне.

Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, описанными выше, и в соответствии с идеями настоящего изобретения специалист в данной области техники может внести различные изменения и модификации в настоящее изобретение, не отклоняясь от объема настоящего изобретения.

Обмотки вентильных генераторов — Энциклопедия по машиностроению XXL

из «Справочник по электрооборудованию автомобилей »

Принцип действия автомобильных генераторов основан на явлении электромагнитной индукции, открытом М. Фарадеем. [c.46]
НИЯ размещена на стальном магнитопроводе, образующем многополюсную систему. В автомобильных генераторах, как правило, двенадцать полюсов. [c.47]
Полюса с обмоткой возбуждения вращаются, образуя вместе с кольцами, валом и другими конструктивными элементами узел ротора. Обмотка статора располагается в пазах неподвижного магнито-провода. [c.47]
Автомобильные генераторы выполняются многофазными, как правило, трехфазными. При этом обмотка статора состоит из трех независимых друг от друга обмоток фаз. На рис. 3.1 условно показаны только три катушки, образующие обмотки фаз статора. Наиболее распространенные конструкции автомобильных генераторов имеют восемнадцать или тридцать шесть пазов статора, в которых размещаются обмотки фаз. Каждая обмотка фазы содержит по шесть катушек, включенных последовательно. Если обмотка фазы образована из двух параллельных ветвей, то по шесть катушек содержит каждая ветвь. Соединения обмоток фаз представляют собой звезду или треугольник. [c.47]
При вращении ротора напротив катушек фаз проходят попеременно северный и южный полюса ротора, а следовательно, пронизывающий их магнитный поток изменяется по величине и направлению, что и вызывает появление на выводах обмоток фаз переменного электрического напряжения. Частота такого напряжения [ связана с частотой вращения ротора Ярт и числом пар полюсов р соотношением = рп/60 (как правило, р = 6). [c.47]
К потребителю постоянный (выпрямленный) ток поступает через силовой полупроводниковый мостовой выпрямитель. [c.47]
Коэффициенты k,,, для генератора, работающего на идеальный выпрямитель, приведены в табл. 3.1. [c.48]
Зависимости выпрямленных и переменных параметров генераторов с выпрямительными блоками типа БПВ (блок полупроводниковый выпрямительный) и соединением обмоток статора звездой от относительной силы выпрямленного тока (отношение /,/ к максимальной силе выпрямленного тока ) показаны на рис. 3.2. При соединении обмоток статора треугольником U /Ud и соответственно умножают и делят на уЗ. [c.48]
Обмотка статора трехфазная. Фазы соединены в звезду с выводом нулевой точки. Обмотка каждой фазы состоит из двух групп по шесть включенных последовательно катушек. Группы соединены параллельно. Катушки выполнены из теплостойкого обмоточного провода (ПЭТ-200) и расположены в пазах статора с расстоянием между сторонами одной катушки (шаг по пазам) в три паза. [c.50]
Выпрямительный блок БПВ 6-50-02 прикреплен к крышке тремя изолированными от нее болтами. К этим же болтам подключаются выводы трех фаз генератора. [c.50]
Ротор генератора состоит из двух полюсных половин, каждая из которых содержит по шесть клювообразных полюсов и полувтулку. Цилиндрическая обмотка возбуждения, намотанная теплостойким проводом на каркас, располагается между полюсными половинами так, что после их напрессовки на вал торцовые части подувтулок соединяются встык. Основные детали шкива и вентилятора выполнены штамповкой из стального листа. Генератор имеет три вывода силовой + , обмотки возбуждения, средней точки обмотки статора. Для подавления радио-помех и снижения уровня импульсных напряжений генератора на крышке со стороны контактных колец закреплен конденсатор. [c.50]
Генератор 37.3701 имеет в схеме дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения, смонтированный в выпрямительном блоке БПВ 11-60 и встроенный регулятор напряжения 7.3702. В остальном его конструктивное испапиение такое же, как и генератора Г-222. [c.50]
Применение генератора Г221А-006 на автомобиле Нива имеет ту особенность, что на его крышку со стороны контактных колец надевается воздухозаборник, обеспечивающий попадание в генератор незагрязненного воздуха. При этом удлиняют силовой вывод -)- генератора, перенося его на воздухозаборник. Такое удлинение выполнено специальным контактным болтом, который с одной стороны навертывается на вывод генератора. [c.50]
Техническим развитием конструкции чрезвычайно распространенной модели генератора Г250, длительное время применяемого в модификациях на различных грузовых и легковых автомобилях, но в настоящее время на их комплектацию практически не поступающего, является генератор 17.3701 (рис. 3.4), который отличается от генератора Г250 наличием встроенного регулятора напряжения. [c.50]
Ротор генератора содержит две полюсные половины и зажатую между ними втулку с расположенной на ней обмоткой возбуждения. Интегральный регулятор напряжения ЯЧ2А вместе с щеткодержателем закреплен на алюминиевом кожухе. В отличие от генератора Г222 кожух закреплен не на торцовой, а на боковой поверхности крышки генератора 17.3701. Натяжная проушина (ухо) генератора 17,3701 имеет отверстие с резьбой под натяжную планку. [c.51]
Генератор крепится в вентиляционном устройстве за заднюю крышку. Поскольку генератор находится в потоке воздуха, охлаждающего двигатель, он не имеет собственного вентилятора. Кольца и щеточный узел генератора Г502А, а также выпрямитель ВБГ-2А расположены вне его внутренней полости. Это единственный тип генератора, на котором применяется выпрямительный блок типа ВБГ. [c.52]
Габаритные и присоединительные размеры автомобильных генераторов регламентируются ОСТ 37.003.079—87, который не распространяется на генераторы автомобилей особо малого класса и генераторы, встраиваемые внутрь двигателя. Генераторы габаритов I.. . 4 (табл. 3.2) крепятся к двигателю на лапах (рис. 3.9, а), габарита 5 — на подушке (рис. 3.9, б). При изменении размера /зо допускается уменьшение размера т, однако в соответствии с табл. 3.2. [c.55]

Вернуться к основной статье

универсальный магнитожидкостный генератор электрического тока — патент РФ 2183377

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электротехническим машинам, преобразующим механические вращательные движения в электрический ток, и может быть использовано в энергетике, на транспорте или как автономный источник электрического тока. Генератор состоит из корпуса, включающего полый цилиндр из магнитопроводящего материала, внутри которого установлены обмотки статора генератора, и две торцевые стенки из немагнитопроводящего материала. В торцевых стенках имеются отверстия, в которых установлена подвижная ось с жестко закрепленным на ней ротором с полюсными наконечниками. Статорные обмотки состоят из изолированных проводников и имеют форму полых цилиндров. Концы изолированных проводников замкнуты электропроводящими кольцами, расположенными на торцах статорных обмоток. Силовые линии магнитного поля ротора пересекают изолированные проводники статорных обмоток генератора, в результате чего на их концах возникает ЭДС индукции. Пространство между ротором и обмотками статора генератора заполнено средой, обладающей намагниченностью и текучестью. Технический результат от использования изобретения состоит в увеличении КПД электрической машины. 4 з.п. ф-лы, 6 ил. Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

Формула изобретения

1. Генератор электрического тока, содержащий корпус, включающий полый цилиндр, изготовленный из магнитопроводящего материала, внутри которого установлены обмотки статора и две торцевые стенки с отверстиями, изготовленные из немагнитопроводящего материала, в отверстиях установлена подвижная ось с жестко закрепленным на ней ротором для создания магнитных силовых линий, который выполнен с полюсными наконечниками, и установлен с возможностью вращения относительно обмоток статора, отличающийся тем, что пространство между ротором и обмотками статора заполнено средой, обладающей намагниченностью и текучестью, два полюсных наконечника ротора закреплены на подвижной оси и имеют полюсные окончания, при этом обмотки статора состоят из изолированных проводников, концы которых замкнуты электропроводящими кольцами, расположенными на торцах обмоток статора. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что проводники обмоток статора соединены в отдельные группы в пределах отдельных изолированных секторов электропроводящих колец. 3. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что края полюсных окончаний полюсных наконечников ротора заострены. 4. Генератор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что для создания магнитных силовых линий ротор содержит постоянный кольцевой магнит. 5. Генератор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что для создания магнитных силовых линий ротор содержит электромагнит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, преобразующим механические вращательные движения в электрический ток, и может быть использовано в энергетике, в машиностроении или в качестве автономного источника электрического тока. Аналогами предлагаемого устройства являются генераторы электрического тока, в которых с целью уменьшения магнитного сопротивления пространства между ротором и статором применяется магнитная жидкость. В качестве прототипа выбрана конструкция генератора переменного тока (заявка о выдаче патента Российской Федерации на изобретение 99127589, входящий 028759 от 23.12.1999 г.). Недостатком данного устройства является то, что указанный генератор преобразовывает в электрический ток только возвратно-поступательные механические движения. В случае, если его якорь будет совершать вращательные механические движения, электрический ток вырабатываться не будет. Целью предлагаемого изобретения является возможность применения специальной среды, обладающей текучестью, намагниченностью и магнитопроводностью, в генераторах, преобразовывающих вращательные механические движения в электрический ток, с целью уменьшения магнитного сопротивления электрической машины и, таким образом, увеличения ее КПД в целом. Как частный случай, в качестве такой среды может быть применена магнитная жидкость. Конструкции таких генераторов могут быть самыми различными. На фиг.1 схематически в разрезе представлен общий вид заявляемого устройства. Несущий корпус генератора состоит из полого цилиндра 1, изготовленного из магнитопроводящего материала и двух торцевых стенок 2, изготовленных из немагнитопроводящего материала. Внутри корпуса закреплены катушки обмоток 3 статора генератора в количестве двух штук, каждая из которых с торцевых сторон ограничивается электропроводящими кольцами 4. Электропроводящие кольца 4 не имеют электрического контакта с корпусом генератора. Ротор генератора состоит из постоянного магнита 5 и присоединенных к нему двух полюсных наконечников 6, жестко закрепленных на подвижной оси 7. В торцевых стенках 2 имеются отверстия, в которых и располагается подвижная ось 7 ротора генератора. С целью увеличения магнитного потока, протекающего через обмотки 3 статора генератора, и, таким образом, увеличения ЭДС индукции генератора расстояние между полюсными наконечниками 6 ротора и катушками обмоток 3 статора генератора заполняется магнитной жидкостью 8. Под магнитной жидкостью понимается искусственно созданная жидкая среда, обладающая одновременно намагниченностью и текучестью. При этом обмотки 3 статора могут быть залиты веществом (на основе связующего), обладающим высокой магнитной проводимостью. Поперечный разрез генератора в общем виде представлен на фиг.2. Внутри магнитопроводящего полого цилиндра 1 корпуса генератора закреплена катушка обмотки 3 статора, внутри которой вращается полюсной наконечник 6 ротора генератора. Полюсной наконечник 6 жестко закреплен на подвижной оси 7 ротора и имеет некоторое количество полюсных окончаний 9. Полюсные окончания 9 полюсного наконечника 6 расходятся в виде выступов по направлению от оси 7 ротора по радиусу в сторону обмотки 3 статора. Полюсных окончаний 9 полюсного наконечника 6 в генераторах, работающих по заявляемому принципу, может быть столько, сколько их необходимо по конструкционным соображениям. В данном генераторе их шесть. Внешняя сторона полюсного окончания 9 полюсного наконечника 6 имеет заострение. Оно необходимо для того, чтобы на полюсных окончаниях 9 полюсного наконечника 6 концентрировались магнитные силовые линии 10, создаваемые ротором генератора. Расстояние между полюсными окончаниями 9 полюсного наконечника 6 ротора и катушкой обмотки 3 статора заполнено магнитной жидкостью 8. Для увеличения окружной скорости движения полюсных наконечников 6 ротора его можно закрепить на подвижной оси 7 не непосредственно, а, например, с помощью маховика. Обмотка 3 статора схематически в общем виде показана на фиг.3. Отдельные электрически изолированные проводники 11 замкнуты на концах электропроводящими кольцами 4. Таким образом, обмотка имеет внешний вид «беличьего колеса» или полого цилиндра, внутри которого вращается полюсной наконечник ротора генератора. Электропроводящие кольца 4 имеют электрические выводы 12. Универсальный магнитожидкостной генератор электрического тока работает следующим образом. При совершении осью 7 (см. фиг.1) ротора генератора и жестко закрепленных на ней постоянным магнитом 5 с полюсными наконечниками 6 вращательных движений относительно и внутри обмоток 3 статора генератора силовые линии 10 магнитного поля якоря (линии магнитной индукции) пересекают отдельные изолированные проводники 11 обмоток 3 статора, в результате чего на их концах возникает ЭДС индукции. Поскольку отдельные проводники 11 обмоток 3 статора генератора электрически замкнуты с обоих концов на электропроводящие кольца 4, на этих кольцах будет осуществляться суммирование ЭДС индукции, наводящейся в каждом отдельном изолированном проводнике 11 обмоток 3 статора генератора. В случае организации внешней электрической цепи, в которую входят эти проводники, по ней будет протекать электрический ток. Таким образом, заявляемое устройство работает как генератор электрического тока. Универсальность заявляемого генератора заключается в следующем. Если изолированные проводники обмоток статора генератора все соединены между собой параллельно так, как это показано на фиг.3, то на электрических выводах 12 мы будем иметь постоянное напряжение. Для получения суммарной величины ЭДС индукции обмотки статорных катушек должны быть включены последовательно. Однако проводники обмоток статорных катушек можно соединять между собой различными способами. Например, если электропроводность колец не сплошная, а ограничена отдельными изолированными секторами, то в пределах этих изолированных секторов электрические проводники обмоток статора соединятся между собой в отдельные группы. На фиг.4 схематически в общем виде показано, что проводники 11 обмотки статора генератора разбиты на три группы. Каждая группа условно обозначена А, В и С. Между собой эти группы смещены на 1/3 окружности. Электропроводность колец 4 ограничена в пределах секторов а1, b1, с1, и а2, b2, с2, к которым подсоединены соответствующие электрические выводы. При вращении ротора генератора мы получим в каждой из групп проводников переменные по величине, но постоянные по направлению ЭДС, между которыми будет разность фаз 120^o и 240^o. Так как в данном генераторе две обмотки статора, то в каждой из них будут наводиться переменные ЭДС со сдвигом фаз на 120^o и 240^o. Если замкнуть на нагрузочные сопротивления электрические выводы групп проводников обмоток статора, то каждая из них будет способна вырабатывать пульсирующий ток с тем же сдвигом фаз. Однако направление токов в каждой из обмоток статора будет различным, поскольку полюсные наконечники ротора генератора, вращающиеся внутри обмоток статора имеют различную полярность. На фиг. 5 показано, как будут изменяться во времени ЭДС в трех обмотках 3 статора генератора (условно обозначенных I, II, III), закрепленных внутри полого цилиндра 1 корпуса генератора. Полюсной наконечник 6 для простоты восприятия имеет только два полюсных окончания 9. На графике а) показано изменения ЭДС, предположим, в левой обмотке статора генератора; на графике b) соответственно в правой обмотке. При согласованном соединении групп проводников обмоток генератора мы получим три согласованных переменных тока, т. е. заявляемый генератор будет вырабатывать переменный трехфазный ток. Меняя количество, расположение и схему соединения групп проводников обмоток 3 статора, а также количество и конфигурацию полюсных окончаний 9 полюсных наконечников 6 ротора, мы сможем в широком диапазоне менять характеристики самого генератора. При необходимости постоянный магнит 5 ротора может быть заменен на электромагнит (см. фиг.6). Обмотка 13 электромагнита ротора генератора укладывается в этом случае на электрически изолированный от нее магнитопровод ротора, состоящий из сердечника магнитопровода 14 и двух полюсных наконечников 6. Для питания обмотки электромагнита электротоком можно воспользоваться вспомогательным источником (генератор с внешним возбуждением) или можно использовать напряжение, вырабатываемое самим генератором (генератор с самовозбуждением). В последнем случае свойства генератора в значительной мере будут зависеть от способа соединения (параллельно, последовательно или смешанно) обмотки возбуждения ротора с обмотками статора генератора.

Электрогенератор | инструмент | Британника

Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, преобразующая механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередач бытовым, коммерческим и промышленным потребителям. Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.

Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость.Механическая энергия может поступать из ряда источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, получаемый при сжигании ископаемого топлива или в результате ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели. Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.

Практически все генераторы, используемые для электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное изменение полярности в секунду).Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной и той же частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.

Генераторы синхронные

Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую энергию при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд).Конкретная используемая форма переменного тока представляет собой синусоидальную волну, которая имеет форму, показанную на рисунке 1. Это было выбрано, потому что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены и имеют такая же форма возникает в результате. В идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор предназначен для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидным, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Ротор

Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в пазы, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения. Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора.На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что соответствует синусоидальному распределению.

Элементарный синхронный генератор.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Статор простейшего генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, две стороны которой размещены в пазах в утюге, а концы соединены вместе изогнутыми проводниками по периферии статора.Катушка обычно состоит из нескольких витков.

Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки. Таким образом, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° от положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже.Форма волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.

Роторная конструкция генератора на рисунке 2 имеет два полюса: один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора. Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту.Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной из-за механического напряжения. В этом случае ротор генератора спроектирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн на оборот. Таким образом, требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов.Возможные значения частоты вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — количество полюсов.

Электрогенератор | инструмент | Британника

Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, преобразующая механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередач бытовым, коммерческим и промышленным потребителям.Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.

Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость. Механическая энергия может поступать из ряда источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, получаемый при сжигании ископаемого топлива или в результате ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели.Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.

Практически все генераторы, используемые для электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное изменение полярности в секунду). Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной и той же частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.

Генераторы синхронные

Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую энергию при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд). Особой формой переменного тока является синусоида, которая имеет форму, показанную на рисунке 1.Это было выбрано, потому что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены, и в результате они имеют одинаковую форму. В идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор предназначен для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидным, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Ротор

Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в пазы, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения. Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора.На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что соответствует синусоидальному распределению.

Элементарный синхронный генератор.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Статор простейшего генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, две стороны которой размещены в пазах в утюге, а концы соединены вместе изогнутыми проводниками по периферии статора.Катушка обычно состоит из нескольких витков.

Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки. Таким образом, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° от положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже.Форма волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.

Роторная конструкция генератора на рисунке 2 имеет два полюса: один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора. Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту.Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной из-за механического напряжения. В этом случае ротор генератора спроектирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн на оборот. Таким образом, требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов.Возможные значения частоты вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — количество полюсов.

Детали генератора постоянного тока: работа, типы и преимущества

Как и любая машина, генератор постоянного тока состоит из разных частей. Это электрический инструмент, преобразующий механическую энергию в электричество. Принцип работы, различные типы, а также плюсы и минусы будут подробно обсуждаться на Linquip помимо частей генераторов постоянного тока.

Детали генератора постоянного тока

Генератор постоянного тока часто используется в качестве двигателя генератора постоянного тока без изменения его конструкции. Итак, двигатель-генератор постоянного тока обычно можно назвать машиной постоянного тока. Ключевыми частями генераторов постоянного тока являются ярмо, полюса, полюсные наконечники, сердечник якоря, обмотка якоря, коммутатор, щетки, система магнитного поля, коммутатор, концевые корпуса, подшипники и валы.

Эти части генераторов постоянного тока будут рассмотрены ниже более подробно.

Статор

Генератор постоянного тока состоит из двух основных частей: вращающейся и неподвижной.Статор — это стационарная часть этой системы, которая включает в себя сердечник, обмотку статора и внешнюю раму, а также вмещает ротор (вращающуюся часть) в своем сердечнике.

Среди частей генераторов постоянного тока статор является ключевым компонентом, и его основная функция заключается в создании магнитных полей, вокруг которых вращаются катушки. Он содержит устойчивые магниты с противоположными полюсами, обращенными к двум из них. Эти магниты установлены в поле ротора.

Сердечник ротора или якоря

Вторым важным компонентом генератора постоянного тока является сердечник ротора или якоря, который состоит из вентилятора, якоря, коллектора и вала.В отличие от статора, эта часть подвижна и вращается в магнитном поле, создаваемом статором. В генераторе постоянного тока вращение якоря — это процесс, который генерирует напряжение в катушках ротора. Сердечник якоря включает в себя листы железных пазов с пазами, которые уложены друг на друга, образуя цилиндрический сердечник якоря. Обычно потери снижаются из-за вихревых токов в этих слоях.

В течение всего процесса вентилятор отвечает за подачу необходимого воздуха для сердечника якоря или ротора во время его вращения.

Концевые кожухи

Концевые кожухи — это компоненты, прикрепленные к концевым частям основной рамы с функцией защиты подшипников. Подшипники являются важными частями системы, которые уменьшают трение между подвижными и неподвижными частями генератора, которое со временем может постепенно их изнашивать.

В то время как передние кожухи защищают подшипник и сборщик щеток, функция концевых кожухов ограничивается только опорой для подшипников.

Подшипники

Подшипники используются в системе для обеспечения плавного перемещения между различными компонентами.Основная функция подшипников — минимизировать трение между вращающимися и неподвижными частями машины. Благодаря этим деталям отпадает необходимость в постоянной смазке компонентов системы, и они также прослужат дольше из-за снижения трения.

Подшипники в основном изготавливаются из высокоуглеродистой стали, так как это очень твердый материал, конструкция которого обеспечивает постоянную смазку и защиту от проникновения пыли.

Подшипники бывают двух распространенных форм: роликовые и шариковые.Шариковые подшипники включают в себя сферические шарики, которые передают нагрузку изнутри наружу и создают движение по кругу. Шариковые подшипники можно легко найти в предметах вокруг дома; они более распространены, потому что они просты.

Роликовые подшипники, в отличие от шарикоподшипников, состоят из цилиндров разной формы. В то время как площадь контакта шариковых подшипников с грузом ограничена одной точкой, в роликовых подшипниках этот контакт продлен до линии, поэтому они могут использоваться для обработки тяжелых нагрузок и, таким образом, в основном используются в промышленном оборудовании.

Хомут

Если мы разделим части генератора постоянного тока пополам, хомут станет внешней крышкой, которая не только обеспечивает механическую защиту всей внутренней сборки и фиксирует их на основании машины, но также создает путь для магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.

В зависимости от размера машины хомуты бывают двух видов и материалов; в больших аппаратах ярма изготовлены из литой или катаной стали, а в меньших — из чугуна.

Полюса

Полюса используются в основном для удержания обмоток в секторе. Такие обмотки обычно наматываются на полюса и в остальном соединяются с обмотками якоря по порядку. Таким образом, при помощи шурупов опоры соединяют сварочную технику с ярмом.

Сердечник полюса в основном изготавливается из тонкой отожженной стали или кованого железа, соединенных друг с другом за счет гидравлического давления. Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, полюса машины постоянного тока ламинированы.

Эти полюса являются одной из частей машины постоянного тока, работа которой заключается в поддержке катушек возбуждения и обеспечении более интегрированного магнитного потока через якорь.

Полюсный башмак

Полюсный башмак — это железная или стальная пластина, которая используется в основном для рассеивания магнитного потока и предотвращения падения катушки вращающегося поля.

Коммутатор

Коммутатор работает как выпрямитель для преобразования переменного напряжения в постоянное в усилении обмотки якоря.Это проводящее металлическое кольцо имеет медный сегмент, и каждый медный сегмент с помощью листов слюды экранирован друг от друга.

Этот цилиндрический электрический выключатель находится на валу машины и способствует подключению проводов вращающегося кресла к внешней цепи, которая закреплена. При этом исходный индуцированный ток преобразуется в однонаправленный на выходных клеммах.

Щетки

Щетки — одна из основных частей генератора DM.С помощью этих угольных блоков может быть обеспечено электрическое соединение между коммутатором и внешней цепью нагрузки.

Однако из-за дугового разряда и постоянного контакта с коммутатором эти компоненты со временем изнашиваются. Но хорошая новость в том, что их всегда можно заменить новыми щетками. Все, что вам нужно делать, это время от времени проверять их, чтобы убедиться, что они в хорошем состоянии, и при необходимости менять их.

Вал

Вал — это механическая деталь в машине постоянного тока, которая создает вращающую силу, известную как крутящий момент, и вызывает вращение.Он изготовлен из низкоуглеродистой стали и имеет максимальную прочность на разрыв. Из частей генератора постоянного тока вал помогает генератору передавать механическую энергию через вал. Вращающиеся части прикреплены к валу, например, центр якоря, коммутатор, охлаждающий вентилятор и т. Д.

Магнитное поле

Это постоянный магнит, который генерирует магнитное поле, которое используется для вращения катушки.

Обмотки якоря

Для удержания обмоток якоря в основном используются пазы сердечника якоря.Они соединены последовательно в виде замкнутой обмотки для увеличения количества вырабатываемого тока; и они параллельны. Это особое расположение проводников называется обмоткой якоря, которая, как известно, является сердцем генератора постоянного тока. В зависимости от типа соединений обмотки якоря бывают нахлесточными или волновыми.

Все обмотки якоря, нахлестанные или волновые, являются центрами преобразования энергии внутри машины. В случае обмоток якоря генератора постоянного тока это преобразование энергии происходит из механической энергии в электрическую.

E.M.F Уравнение генератора постоянного тока

После объяснения частей генератора постоянного тока пора узнать об уравнении ЭДС. Итак, что это такое? уравнение ЭДС генератора постоянного тока соответствует законам электромагнитной индукции Фарадея, то есть Eg = PØZN / 60 A

В формуле генератора постоянного тока:

• Z означает общее количество проводников якоря
• P означает количество полюсов в генератор
• A означает количество параллельных полос внутри якоря
• N означает вращение якоря в об / мин
• E означает индуцированную ЭДС в любой параллельной полосе внутри якоря
• Eg означает генерируемую ЭДС в любом из параллельная полоса
• N / 60 означает количество оборотов в секунду
• Плюс время для одного поворота dt = 60 / N sec

Но подождите! Это были не просто части генератора постоянного тока и его уравнение.Вы можете найти больше информации о генераторах постоянного тока! Генераторы постоянного тока используются практически повсеместно. Они используются на заводах, производящих алюминий, хлор и связанное с ним сырье в большом количестве тока. Генераторы постоянного тока также используются в тепловозах и транспортных средствах с дизельными двигателями. Их можно найти в автомобилях с дистанционным управлением, окнах электромобилей и телевизорах с плоским экраном.

Каков принцип работы генератора постоянного тока? Как это работает?

Принцип работы генераторов постоянного тока основан на законах электромагнитной индукции Фарадея.В частях генератора постоянного тока, когда проводник находится в динамическом магнитном поле, внутри проводника создается электродвижущая сила. Величину, вызванную ЭДС, можно измерить с помощью уравнения электродвижущей силы генератора.

Когда проводник имеет замкнутый путь, индуцированный ток течет по нему. Катушки возбуждения создают электромагнитное поле, а проводники якоря преобразуются в поле в генераторе. Следовательно, внутри проводников якоря создается электромагнитно-индуцированная электродвижущая сила (ЭДС).Правило Флеминга определяет направление индуцированного тока.

Какие типы генераторов постоянного тока?

Генераторы постоянного тока можно разделить на две основные категории (с независимым возбуждением и с самовозбуждением). Существует также третий тип генераторов постоянного тока, который называется «Генератор постоянного тока с постоянным магнитом». У каждого типа есть свои уникальные особенности, основы и преимущества.

Функции частей генераторов постоянного тока с раздельным возбуждением заключаются в том, что катушки возбуждения приводятся в действие от независимого внешнего источника постоянного тока в генераторе с раздельным возбуждением.С другой стороны, в генераторах постоянного тока с самовозбуждением катушки возбуждения получают питание от генерируемого тока в генераторе в самовозбуждающейся форме. Такие генераторы также можно идентифицировать как последовательные, шунтирующие и сложные.

Генератор постоянного тока имеет преимущества

Во многих областях нам нужен генератор постоянного тока, особенно по следующим причинам:

• Он сконструирован и спроектирован просто.
• Он подходит для работы с большими двигателями и большими электрическими устройствами, требующими прямого управления.
• Он уменьшает флуктуации, описываемые путем сглаживания выходного напряжения за счет регулярного расположения катушек вокруг якоря для некоторых приложений стабильного состояния.

Генератор постоянного тока также может иметь некоторые недостатки.

Как и другие машины, генераторы постоянного тока имеют некоторые недостатки, например:

• Генераторы постоянного тока не могут быть применены к трансформатору.
• Генераторы постоянного тока имеют низкий КПД из-за потерь в меди, потерь на вихревые токи, гистерезисных потерь и механических потерь.
• Может произойти падение напряжения на больших расстояниях.

Это все о генераторах постоянного тока. Из того, что вы прочитали выше, мы можем сказать, что основные преимущества генераторов постоянного тока включают простую конструкцию, простую параллельную работу и меньшее количество проблем со стабильностью системы. Вы также прочитали о различных типах генераторов постоянного тока и принципах их работы. Однако вам может потребоваться больше узнать об их конструкции и некоторую другую информацию. Итак, вы можете оставить свои вопросы в комментарии, зарегистрировавшись на Linquip (в разделах статьи о генераторе постоянного тока) и получить свои ответы.

Интернет-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экология или экономия энергии.

курсов. «

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей компании

имя другим на работе. «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

в моей работе ».

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал. «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент для ознакомления с курсом

материалов до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам. »

Джеймс Шурелл, P.E.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основе какой-то неясной раздел

законов, которые не применяются

— «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

организация «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса содержали хорошее, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн формат был очень

Доступно и просто

использовать. Большое спасибо «.

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев «.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание действительно потребовало исследования в

документ но ответы были

в наличии «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роадс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. До сих пор все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

приходится путешествовать ».

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов.

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать где

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. »

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

на метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы высоко рекомендовал

вам на любой PE нужно

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40% «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

коды и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительно

сертификация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! »

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, материал был кратким, а

хорошо организовано. «

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень четкий, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса по этике в Нью-Джерси были очень хорошими.

хорошо подготовлены. »

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и демонстрировали понимание

материала. Тщательно

и всесторонний ».

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предлагали курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Луан Мане, П.Е.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях. »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Материалы обзора и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродский П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, а затем вернуться.

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

сертификат. Спасибо за создание

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Положительный опыт.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не являющихся электротехниками».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по номеру

.

много разные технические зоны за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Синхронный генератор

— обзор

9.3.1 Синхронные генераторы

Синхронные генераторы особенно используются в прямых приводах (т. Е. Без механического умножителя). Синхронные генераторы очень выгодны, когда они имеют большое количество полюсов, однако в этом случае частота становится несовместимой с частотой сети, поэтому требуется инвертор.Следовательно, все машины с прямым приводом имеют регулируемую скорость. На рис. 9.20 показана базовая структура WECS на основе синхронного генератора с постоянными магнитами (PMSG).

Рисунок 9.20. Синхронный генератор (с фазным ротором) и преобразователь частоты.

Синхронные генераторы с прямым приводом имеют индуктор (ротор) и требуют щеточных колец для подачи постоянного тока. PMSG становятся все более и более популярными для приложений с регулируемой скоростью и, как ожидается, будут приобретать все большее значение в будущем.

Аэродинамическая ось ротора ветряной турбины и генератора могут быть соединены напрямую (т. Е. Без редуктора). В этом случае генератор представляет собой многополюсный синхронный генератор, рассчитанный на малую скорость. В качестве альтернативы они могут быть соединены через коробку передач, что позволяет использовать генератор с большим числом полюсов. Для работы с переменной скоростью синхронный генератор подключается к сети через два преобразователя мощности для регулировки частоты, которая полностью разделяет скорость генератора и частоту сети.Следовательно, частота генератора будет изменяться в зависимости от скорости ветра, тогда как частота сети останется постоянной.

Система преобразователя мощности состоит из двух преобразователей, со стороны сети и со стороны генератора, соединенных между собой промежуточным звеном постоянного тока.

Основным недостатком этого метода является размер двунаправленного преобразователя, который должен соответствовать мощности генератора переменного тока. Кроме того, необходимо устранить искажения, вызванные гармониками из-за двунаправленного преобразователя, с помощью системы фильтров.Другой недостаток состоит в том, что многополюсная машина требует большого количества полюсов, что увеличивает размер машины по сравнению с генераторами с трансмиссионной муфтой.

Управление активной и реактивной мощностью для PMSG было изучено в работах. [22–28]. В исх. В [22] автор предложил метод управления ветроэнергетической системой, которая подключена к ГЭС в условиях неисправности сети. Авторы предложили использовать конденсатор на стороне постоянного тока для кратковременного накопления энергии для компенсации колебаний крутящего момента и скорости, а также для обеспечения стабильной работы ветряной турбины при сбоях в сети.Автор в работе Ref. [23] предложили стратегию управления током, чтобы ограничить сетевой ток, подаваемый на инвертор, и снизить выходную мощность машины во время сбоев в сети.

Стратегия инверторного управления ветроэнергетической системой на основе PMSG при несимметричном трехфазном напряжении была изучена в работе. [24]. Ток короткого замыкания обратной последовательности раскладывается и добавляется к току, рассчитанному контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Этот метод управления обеспечивает трехфазный синусоидальный сбалансированный ток для стороны сети, однако управление напряжением промежуточного контура не рассматривается.Модель, предложенная в [5]. [25–27] не учитывает обмен энергией с индукторами. Таким образом, для случая сильно разбалансированной системы или для системы с высоким значением индуктивности этот метод не эффективен. В исх. В [28] автор предложил стратегию управления с двумя режимами настройки для раздельного управления током короткого замыкания прямой и обратной последовательности. В первом режиме достигаются сбалансированные токи на стороне сети, а во втором режиме уменьшаются пульсации напряжения промежуточного контура при несимметричных условиях сети.

Используя преобразование Парка, фактические напряжение и ток статора преобразуются в их эквиваленты d – q , как показано на рис.9.21.

Рисунок 9.21. Парковая модель синхронной машины.

Количества статора выражаются в системе отсчета Парка, связанной с ротором:

(9.12) {vsd = Rsisd + dφsddt − ωgφsqvsq = Rsisq + dφsqdt − ωgφsd

Аналогично, потоки статора равны:

(

)

( φsd = Ldisd + φfφsq = Lqisq

L _d и L _q — составляющие индуктивности на прямой и квадратурной оси. Предполагается, что у станка гладкие полюса, поэтому L _d = L _q , а φ _f представляет собой взаимный поток.

Подставляя уравнение. (9.12) в уравнение. (9.13) дает:

(9.14) {vsd = Rsisd + Lddisddt − ωgLqisqvsq = Rsisq + Lqdisqdt + ωg (Ldisd + φsd)

Произведенный электромагнитный момент равен:

(9.15) Tem = 3 Lq ( ) isdisq + φfisq)

Окончательные формы уравнений PMSG в системе отсчета d — q следующие:

(9.16) {disddt = −RsLdisd + LqLdωgisq + 1Ldvsddisqdt = + LdLφsqisqs = 32P ((Ld − Lq) isdisq + φfisq) Tem − Tm − fΩg = JdΩgdt

Сердечники статора — обзор

4.8 Кожух статора

Кожух содержит сердечник статора и каркас сердечника и должен выдерживать нагрузку и крутящие моменты повреждения. Он также должен обеспечивать герметичную оболочку для водорода. Исторически сложилось так, что кожухи были сделаны достаточно прочными, чтобы выдерживать давление, возникающее при воспламенении самой взрывоопасной смеси водорода и воздуха, без катастрофических повреждений.

Поскольку любая смесь водорода и воздуха во взрывоопасном диапазоне недопустима, достижение давления взрыва не является надежным условием, и корпус следует определять на основе выдерживания такого давления без утечек, как того требует BS5500, нереально.Следовательно, все требования норм для сосудов высокого давления не применяются, хотя некоторые из них применяются. Такой прагматический подход оправдан более чем пятидесятилетним мировым опытом.

Кожухи представляют собой сборные стальные цилиндры толщиной до 25 мм, усиленные изнутри кольцевыми кольцами и осевыми элементами, которые усиливают конструкцию и образуют каналы для потока водорода (см. Рис. 6.44 и 6.45). Внутренние пространства снабжены желобами для установки водородных охладителей.На концах толстые кольца обеспечивают облицовку отдельных торцевых экранов. Предусмотрены внутренние опоры для основной рамы в виде горизонтальных опорных пластин или фиксаторов пружинных пластин, а внешние опоры поддерживают весь узел. Подъемные цапфы обычно делают съемными.

РИС. 6.44. Наружный кожух статора

РИС. 6.45. Основная рама вставляется в обсадную колонну

Конструкция сварных швов тщательно контролируется, чтобы по возможности исключить наличие незакрепленных участков.Основные сварные швы должны быть герметичными по отношению к водороду при давлении 4 бар, что является очень строгим требованием. Корпус в сборе может быть слишком большим для снятия напряжений в печи для отжига, и в этом случае следует предположить, что в сварных швах существуют напряжения вплоть до предела текучести. В одной конструкции кожух состоит из двух половин, которые перед сваркой снимают напряжение.

Торцевые щитки представляют собой толстые круглые стальные листы с ребрами жесткости, чтобы выдерживать давление в обсадной колонне с минимальным осевым прогибом.В них размещаются неподвижные компоненты уплотнения вала и, в некоторых конструкциях, внешний подшипник. Герметизация соединений торцевого экрана и корпуса от давления водорода, как и всех других соединений корпуса, обеспечивается с помощью прокладок, уплотнительных колец и герметизирующих составов, вводимых в канавки.

Готовая обсадная колонна в сборе подвергается гидравлическим испытаниям под давлением и, наконец, должна быть продемонстрирована герметичность до уровня, соответствующего снижению номинального давления водорода не более чем на 0,035 бар за 24 часа.

Некоторая часть вибрации сердечника передается обсадной колонне, а вибрация ротора передается через торцевой щиток и фундамент. Узел обсадной колонны должен быть спроектирован так, чтобы избежать резонансов в диапазоне этих возбуждающих частот.

Дренажные каналы устроены таким образом, что любое масло или вода, скапливающиеся на дне обсадной колонны, направляются по трубопроводу к детекторам утечки жидкости, которые инициируют сигнал тревоги. Распределительные трубы для водорода и CO ₂ встроенные; датчик температуры на входе CO ₂ подает сигнал тревоги, если поступающий газ недостаточно нагрет и может охладить изготовленный кожух локально.В нижней половине корпуса установлены электрические нагреватели для поддержания сухих условий во время простоев.

Кожух прикреплен болтами к опорным стальным конструкциям на сальниковых плитах, которые после пробного монтажа подвергаются механической обработке для обеспечения правильной центровки. Осевые и поперечные ключи предотвращают последующее перемещение. Вес кожуха с сердечником, охладителями и водой составляет до 450 тонн.

Синхронный генератор в качестве ветряного генератора

Синхронный генератор в качестве ветроэнергетического генератора

Как и генератор постоянного тока в предыдущем учебном пособии, работа синхронного генератора также основана на законе электромагнитной индукции Фарадея, работающем в аналогично генератору автомобильного типа.

Разница на этот раз заключается в том, что синхронный генератор генерирует трехфазное выходное напряжение переменного тока на своих обмотках статора, в отличие от генератора постоянного тока, который выдает одиночный выходной сигнал постоянного или постоянного тока. Однофазные синхронные генераторы также доступны для маломощных бытовых систем синхронных генераторов ветряных турбин.

По сути, синхронный генератор представляет собой синхронную электромеханическую машину, используемую в качестве генератора и состоящую из магнитного поля на вращающемся роторе и неподвижного статора, содержащего несколько обмоток, которые поставляют генерируемую мощность.Система магнитного поля ротора (возбуждение) создается либо с помощью постоянных магнитов, установленных непосредственно на роторе, либо с помощью электромагнитного возбуждения от внешнего постоянного тока, протекающего в обмотках возбуждения ротора.

Этот постоянный ток возбуждения передается на ротор синхронной машины через контактные кольца и угольные или графитовые щетки. В отличие от предыдущей конструкции генератора постоянного тока, синхронные генераторы не требуют сложной коммутации, что позволяет использовать более простую конструкцию. Тогда синхронный генератор работает аналогично автомобильному генератору переменного тока и состоит из двух следующих общих частей:

Основные компоненты синхронного генератора

• Статор: — Статор несет три отдельных (3-фазных) якоря. обмотки физически и электрически смещены друг от друга на 120 градусов, создавая выходное напряжение переменного тока.
• Ротор: — Ротор несет магнитное поле либо в виде постоянных магнитов, либо в виде катушек с намоткой, подключенных к внешнему источнику постоянного тока через контактные кольца и угольные щетки.

Говоря о «синхронном генераторе», терминология, используемая для описания частей машин, является обратной по сравнению с описанием генератора постоянного тока. Обмотки возбуждения — это обмотки, создающие основное магнитное поле, которые являются обмотками ротора для синхронной машины, а обмотки якоря — это обмотки, в которых индуцируется основное напряжение, обычно называемые обмотками статора.Другими словами, для синхронной машины обмотки ротора являются обмотками возбуждения, а обмотки статора — обмотками якоря, как показано.

Конструкция синхронного генератора

В приведенном выше примере показана базовая конструкция синхронного генератора, который имеет двухполюсный ротор с выступающей обмоткой. Эта обмотка ротора подключена к источнику постоянного напряжения, создающему ток возбуждения, I _f . Внешнее напряжение возбуждения постоянного тока, которое может достигать 250 вольт постоянного тока, создает электромагнитное поле вокруг катушки со статическими северным и южным полюсами.

Когда вал ротора генератора вращается лопатками турбины (первичный двигатель), полюса ротора также будут двигаться, создавая вращающееся магнитное поле, поскольку северный и южный полюса вращаются с той же угловой скоростью, что и лопатки турбины (при условии прямого водить машину). Когда ротор вращается, его магнитный поток разрезает отдельные катушки статора одну за другой, и по закону Фарадея в каждой катушке статора индуцируется ЭДС и, следовательно, ток.

Величина напряжения, индуцированного в обмотке статора, как показано выше, является функцией напряженности магнитного поля, которая определяется током возбуждения, скоростью вращения ротора и количеством витков в обмотке статора.Поскольку синхронная машина имеет три обмотки статора, в обмотках статора генерируется трехфазное напряжение, соответствующее обмоткам A, B и C, которые электрически разнесены на 120 ^o , и это показано выше.

Эта трехфазная обмотка статора подключена непосредственно к нагрузке, и, поскольку эти катушки неподвижны, им не нужно проходить через большие ненадежные контактные кольца, коммутатор или угольные щетки. Кроме того, поскольку основные катушки, генерирующие ток, являются неподвижными, это облегчает наматывание и изоляцию обмоток, поскольку они не подвергаются вращательным и центробежным силам, что позволяет генерировать более высокие напряжения.

Синхронный генератор с постоянным магнитом

Как мы видели, синхронные машины с возбужденным полем требуют возбуждения постоянного тока в обмотке ротора. Это возбуждение осуществляется с помощью щеток и контактных колец на валу генератора. Однако есть несколько недостатков, таких как необходимость регулярного обслуживания, очистки от угольной пыли и т. Д. Альтернативный подход заключается в использовании бесщеточного возбуждения, при котором вместо электромагнитов используются постоянные магниты.

Как следует из названия, в синхронном генераторе с постоянными магнитами (PMSG) поле возбуждения создается с помощью постоянных магнитов в роторе.Постоянные магниты могут быть установлены на поверхности ротора, встроены в поверхность или установлены внутри ротора. Воздушный зазор между статором и ротором уменьшен для максимальной эффективности и минимизации необходимого количества материала редкоземельного магнита. Постоянные магниты обычно используются в маломощных недорогих синхронных генераторах.

Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов (60 или более полюсов) по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.Кроме того, реализация возбуждения с помощью постоянных магнитов проще, долговечнее, но не позволяет управлять возбуждением или реактивной мощностью. Одним из основных недостатков синхронных генераторов ветряных турбин с постоянными магнитами является то, что без управления потоком ротора они достигают своего максимального КПД только при одной заданной скорости ветра.

Синхронная скорость генераторов

Частота выходного напряжения зависит от скорости вращения ротора, другими словами, от его «угловой скорости», а также от количества отдельных магнитных полюсов на роторе.В нашем простом примере выше синхронная машина имеет два полюса: один северный полюс и один южный полюс. Другими словами, машина имеет два отдельных полюса или одну пару полюсов , (север-юг), также известные как пары полюсов.

Когда ротор совершает один полный оборот, 360 ^o , генерируется один цикл наведенной ЭДС, поэтому частота будет один цикл за каждый полный оборот или 360 ^o . Если мы удвоим количество магнитных полюсов до четырех (две пары полюсов), то на каждый оборот ротора будут генерироваться два цикла наведенной ЭДС и так далее.

Поскольку один цикл наведенной ЭДС создается одной парой полюсов, количество циклов ЭДС, возникающей за один оборот ротора, будет, следовательно, равно количеству пар полюсов P. Таким образом, если количество циклов на один оборот ротора число оборотов задается как: P / 2 относительно числа полюсов, а число оборотов ротора N в секунду задается как: N / 60, тогда частота (ƒ) наведенной ЭДС будет определяться как:

In В синхронном двигателе его угловая скорость фиксируется частотой питающего напряжения, поэтому N обычно называют синхронной скоростью.Тогда для синхронного генератора с P-полюсом скорость вращения первичного двигателя (лопаток турбины) для получения требуемой выходной частоты наведенной ЭДС 50 Гц или 60 Гц будет:

При 50 Гц

Число отдельных полюсов	2	4	8	12	24	36	48
Скорость вращения (об / мин)	3,000			250	167	125

при 60 Гц

Число отдельных полюсов

2

4

8

12

24

36 Скорость вращения (об / мин)

3,600

1,800

900

600

300

200

150

Таким образом, для данного s В синхронном генераторе, сконструированном с фиксированным числом полюсов, генератор должен работать с фиксированной синхронной скоростью, чтобы поддерживать постоянную частоту наведенной ЭДС на требуемом уровне, 50 Гц или 60 Гц для питания сетевых устройств.Другими словами, частота создаваемой ЭДС синхронизирована с механическим вращением ротора.

Затем сверху мы можем видеть, что для генерации 60 Гц с использованием 2-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 3600 об / мин, или для генерации 50 Гц с помощью 4-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 1500 об / мин. мин. Для синхронного генератора, который приводится в действие электродвигателем или парогенератором, эта синхронная скорость может быть легко достигнута, однако при использовании в качестве синхронного генератора ветровой турбины это может быть невозможно, поскольку скорость и мощность ветра постоянно меняется.

Из нашего предыдущего руководства по проектированию ветряных турбин мы знаем, что все ветряные турбины выигрывают от ротора, работающего с оптимальным передаточным числом наконечников . Но чтобы получить TSR от 6 до 8, угловая скорость лопастей обычно очень мала, от 100 до 500 об / мин, поэтому, глядя на наши таблицы выше, нам потребуется синхронный генератор с большим количеством магнитных полюсов, например, 12 или выше.

Но кроме этого, потребуется некоторая форма механического ограничителя скорости, такая как бесступенчатая трансмиссия или вариатор, чтобы лопасти ротора вращались с постоянной максимальной скоростью для системы ветряных турбин с прямым приводом.Однако для синхронной машины, чем больше у нее полюсов, тем больше, тяжелее и дороже становится машина, что может быть приемлемым или неприемлемым.

Одним из решений является использование синхронной машины с небольшим числом полюсов, которая может вращаться с более высокой скоростью от 1500 до 3600 об / мин, приводимой в движение через коробку передач. Низкая скорость вращения лопастей ротора ветряных турбин увеличивается за счет редуктора, который позволяет скорости генератора оставаться более постоянной при изменении скорости лопастей турбины, поскольку изменение на 10% при 1500 об / мин представляет меньшую проблему, чем изменение на 10% при 100 об / мин.Этот редуктор может согласовывать частоту вращения генератора с регулируемой частотой вращения лопастей, обеспечивая работу с регулируемой скоростью в более широком диапазоне.

Однако использование коробки передач или шкивов требует регулярного технического обслуживания, увеличивает вес ветряной турбины, создает шум, увеличивает потери мощности и снижает эффективность системы, поскольку для привода зубчатых колес редуктора и внутренних компонентов требуется дополнительная энергия.

Использование системы прямого привода без механической коробки передач дает много преимуществ, но отсутствие коробки передач означает более крупную синхронную машину с увеличением как размера, так и стоимости генератора, который затем должен работать на низких скоростях.Итак, как мы можем использовать синхронный генератор в низкоскоростной ветряной турбине, скорость лопастей ротора которой определяется только силой ветра. Путем выпрямления генерируемого трехфазного источника питания в источник постоянного или постоянного тока.

Синхронные генераторные выпрямители

Диодные выпрямители — это электронные устройства, используемые для преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Путем выпрямления выходной мощности синхронного генератора в источник постоянного тока генератор ветровой турбины может работать на других скоростях и частотах, отличных от его фиксированной синхронной скорости.

Это позволяет преобразовывать выходную переменную частоту и переменное напряжение генератора в постоянное напряжение переменного уровня. Выпрямляя выход из переменного тока в постоянный, генератор теперь можно использовать как часть ветряных систем с зарядкой аккумуляторов или как часть ветроэнергетической системы с регулируемой скоростью. Затем синхронный генератор переменного тока преобразуется в генератор постоянного тока.

В простейшем типе выпрямительной схемы используется схема диодного моста для преобразования переменного тока, генерируемого генератором, в переменный источник постоянного тока, амплитуда которого определяется скоростью вращения генератора.В этой схеме выпрямителя синхронного генератора, показанной ниже, трехфазный выход генератора выпрямляется до постоянного тока с помощью трехфазного выпрямителя.

Схема выпрямителя генератора

Принципиальная схема полномостового трехфазного выпрямителя переменного тока в постоянный показана выше. В этой конфигурации ветряная турбина может работать с генератором на частоте, не зависящей от синхронной частоты, поскольку изменение скорости генератора изменяет частоту генератора. Следовательно, можно изменять скорость генератора в более широком диапазоне и работать с оптимальной скоростью для получения максимальной мощности в зависимости от фактической скорости ветра.

Обратите внимание, что выходное напряжение трехфазного мостового выпрямителя не является чистым постоянным током. Выходное напряжение имеет уровень постоянного тока вместе с большим изменением переменного тока. Эта форма волны обычно известна как «пульсирующий постоянный ток», который можно использовать для зарядки аккумуляторов, но нельзя использовать в качестве удовлетворительного источника постоянного тока. Чтобы удалить эту пульсацию переменного тока, используется фильтр или схема сглаживания. В этих схемах сглаживания или схемах фильтров пульсаций используются комбинации индукторов и конденсаторов для создания плавного постоянного напряжения и тока.

При использовании в составе системы, подключенной к сети, синхронные машины могут быть подключены к сети только в том случае, если их частота, фазовый угол и выходное напряжение такие же, как у сетей, другими словами, они вращаются синхронно. скорость, как мы видели выше. Но, выпрямляя их переменное выходное напряжение и частоту в постоянный источник постоянного тока, мы теперь можем преобразовать это постоянное напряжение в источник переменного тока правильной частоты и амплитуды, согласованный с сетью электросети, используя либо однофазный, либо трехфазный. фазоинвертор.

Инвертор — это устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC) в электричество переменного тока (AC), которое может подаваться непосредственно в электрическую сеть, поскольку подключенные к сети инверторы работают синхронно с электросетью и производят идентичную электроэнергию. к электросети. Подключенные к сети синусоидальные инверторы для ветряных систем выбираются с входным диапазоном, который соответствует выпрямленному выходному напряжению турбины.

Тогда преимущество непрямого подключения к сети состоит в том, что ветряная турбина может работать с переменной скоростью.Еще одно преимущество выпрямления выходного сигнала генератора состоит в том, что ветряные турбины с синхронными генераторами, которые используют электромагниты в конструкции ротора, могут использовать этот постоянный ток для питания обмоток катушки вокруг электромагнитов в роторе. Однако недостатком непрямого подключения к сети является стоимость, поскольку системе требуется инвертор и два выпрямителя, один для управления током статора, а другой для генерации выходного тока, как показано ниже.

Схема синхронного генератора

Краткое содержание руководства

Синхронный генератор с фазным ротором уже используется в качестве ветрогенератора, но одним из основных недостатков синхронного генератора может быть его сложность и стоимость.Безредукторные генераторы с прямым приводом — это очень медленно вращающиеся синхронные генераторы с большим количеством полюсов для достижения их синхронной скорости. Генераторы с меньшим числом полюсов имеют более высокие скорости вращения, поэтому требуется коробка передач или трансмиссия, увеличивающая стоимость.

Синхронные генераторы вырабатывают электричество, основная выходная частота которого синхронизирована со скоростью вращения ротора. Генераторам, подключенным к сети, требуется постоянная фиксированная скорость для синхронизации с частотой электросети, и необходимо возбуждать обмотку ротора с помощью внешнего источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток.

Основным недостатком одной операции с фиксированной скоростью является то, что она почти никогда не улавливает энергию ветра с максимальной эффективностью. Энергия ветра тратится впустую, когда скорость ветра выше или ниже определенного значения, выбранного в качестве синхронной скорости.

В ветряных турбинах с регулируемой скоростью используются выпрямители и инверторы для преобразования переменного напряжения, переменной частоты на выходе синхронного генератора в фиксированное напряжение, фиксированную частоту 50 Гц или 60 Гц на выходе, требуемую энергосистемой общего пользования.Это позволяет использовать синхронные генераторы с постоянными магнитами, снижая их стоимость. Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов (60 или более полюсов) по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.

В следующем руководстве по ветровой энергии и ветрогенераторам мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой индукционным генератором, также известной как «асинхронный генератор».Асинхронные генераторы также могут использоваться для производства электроэнергии переменного тока, подключенного к трехфазной сети.

Чтобы узнать больше о «Синхронных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных имеющихся ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки использования синхронных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, щелкните здесь, чтобы получите копию одной из лучших книг по синхронным генераторам и двигателям прямо на Amazon.

No related posts.