Классификация и режим работы двигателя и генератора

Система генератор
– двигатель (Г — Д) состоит из исполни­тельного
двигателя постоянного тока независимого
возбуждения, якорная обмотка которого
питается от отдельного генератора,
так­же имеющего независимое возбуждение.
Генератор приводится во вращение с
постоянной скоростью электродвигателем
или ди­зелем. Обмотки возбуждения
исполнительного двигателя и гене­ратора
обычно получают питание от специального
возбудителя — генератора постоянного
тока. Система Г — Д позволяет получить
любой режим работы исполнительного
двигателя (пуск, торможе­ние, реверс,
регулирование скорости) изменением
значения и по­лярности напряжения,
подводимого к якорю двигателя.

Рис. 2.113. Схема
системы Г-Д с двухобмоточным генератором.

Схема системы
Г — Д с двухобмоточным генератором
показана на рис.2.113. Исполнительный
двигатель М2 получает питание
непосредственно от генератора G2.
Приводной двигатель M1 пере­менного
тока приводит во вращение якорь генератора
G2 и якорь возбудителя G1, предназначенного
для питания независимых об­моток
возбуждения генератора и исполнительного
двигателя. Ге­нератор, кроме независимой
обмотки возбуждения LG2.1, имеет
последовательную размагничивающую
обмотку LG2.2. Она созда­ет магнитный
поток, который зависит от тока нагрузки
и направлен встречно с магнитным потоком
независимой обмотки генератора. Такое
включение обмоток генератора обеспечивает
возможность ограничения момента, тока
нагрузки и тока короткого замыкания
исполнительного двигателя до допустимых
значений.

Пуск системы Г — Д
начинается с пуска приводного двигате­ля
M1. Возбуждают возбудитель G1, воздействуя
на его регуля­тор возбуждения R1,
который включен в цепь обмотки возбуждения
возбудителя LG1. Регулятор возбуждения
R2 генератора, включенный в его обмотку
возбуждения LG2.1, должен быть пол­ностью
введен. Постепенно выводя регулятор
возбуждения R2, уве­личивают ток в
обмотке возбуждения генератора LG2.1.
Повыша­ется напряжение на зажимах
генератора G2 и исполнительного двигателя
М2, который будет постепенно разгоняться
до номиналь­ной угловой скорости.
Увеличение нагрузки на валу исполни­тельного
двигателя вызовет возрастание тока
нагрузки, который будет протекать по
якорным обмоткам двигателя М2 и генератора
G2. При больших токах перегрузки будет
сильно сказываться раз­магничивающее
действие обмотки LG2.2. Результирующий
маг­нитный поток, а следовательно, и
напряжение на зажимах гене­ратора
уменьшаются. В соответствии с законом
Ома по якорные обмоткам пойдет меньший
ток. В режиме кратковременной стоян­ки
двигателя под током система Г — Д допускает
ток 2,0 — 2,5 I
.

Широкое регулирование
угловой скорости исполнительного
двигателя осуществляется посредством
изменения тока в обмотке возбуждения
генератора LG2.1 регулятором возбуждения
R2. Это приводит к изменению напряжения
на зажимах генератора, а сле­довательно,
и двигателя. Этот способ позволяет
регулировать ско­рость вниз от
номинальной. Регулирование скорости
двигателя вверх от номинальной
производится регулирующим реостатом
R3. При этом уменьшается ток и магнитный
поток обмотки возбужде­ния двигателя
LM2, а его скорость возрастает.

Реверсирование
исполнительного двигателя достигается
изме­нением направления тока в обмотке
возбуждения генератора. Для этого в
схеме предусмотрен реверсивный мостик
из контактов К1 и К2 (одни контакты
размыкаются, а другие замыкаются).

Остановка
исполнительного двигателя производится
отключе­нием обмотки возбуждения
генератора LG2.1 от возбудителя G1 (контакты
К1 и К2 размыкаются).

Механическая
характеристика исполнительного двигателя
в системе Г — Д с двухобмоточным генератором
сравнительно мягкая (рис. 2.113, б). Для
получения характеристики более жесткой
в ра­бочей части и крутопадающей в
области перегрузок (так называе­мая
экскаваторная характеристика) применяется
система Г —
Д с трехобмоточным генератором
(рис. 2.114). Генератор G, кроме не зависимой
обмотки возбуждения LG1 и размагничивающей
LG2, имеет еще обмотку параллельного
возбуждения LG3. Магнитный поток независимой
обмотки возбуждения направлен согласно
с магнитным потоком параллельной обмотки
и встречно с магнит­ным потоком
размагничивающей обмотки. Результирующий
маг­нитный поток генератора равен
алгебраической сумме магнитных потоков
всех трех обмоток. В пределах номинальной
нагрузки раз­магничивающее действие
обмотки LG2 сказывается слабо. Испол­нительный
двигатель будет работать по сравнительно
жесткой час­ти механической
характеристики (рис. 2.114, б).

Рис. 2.114. Схема Г —
Д с Рис. 2.115. Схема системы Г — Д с ЭМУ.

трехобмоточным
генератором.

При значительном
увеличении нагрузки резко возрастет
размагничивающее действие обмотки LG2,
что вызовет снижение э. д. с. генератора,
уменьшится напряжение на зажимах
исполни­тельного двигателя М вплоть
до перехода к режиму стоянки дви­гателя
под током. Крутизна его механической
характеристики в области перегрузок
резко увеличивается и имеет крутопадающую
форму. Как только нагрузка уменьшится,
автоматически скорость исполнительного
двигателя восстановится и он перейдет
опять на работу по жесткой части
механической характеристики.

В системах
автоматизированного электропривода в
качестве возбудителя генератора
применяется электромашинный усилитель
(ЭМУ), который представляет собой
генератор постоянного тока G2 (рис. 2.115)
с двумя комплектами щеток на коллекторе
и несколь­кими обмотками управления
на полюсах. На схеме показаны три обмотки
управления: задающая обмотка LG2.1, обмотка
положи­тельной обратной связи по току
нагрузки LG2.2, обмотка отрица­тельной
обратной связи по напряжению LG2.3. Обмотки
LG2.1 и LG2.3 имеют согласное включение, а
обмотка LG2.2 — встречное. Кроме обмоток
управления, ЭМУ имеет еще одну обмотку
— ком­пенсационную LG2.4, магнитный поток
которой компенсирует маг­нитный поток
реакции якоря. Для увеличения коэффициента
усиления ЭМУ с поперечным полем имеет
закороченную пару щеток.

Общий коэффициент
усиления ЭМУ по мощности достигает 10
000. К выходу ЭМУ подключена обмотка
возбуждения генератора LG1. Применение
обратных связей в системе
Г — Д с ЭМУ
позволяет увеличить жесткость механической
характеристики двигателя М, расширить
диапазон регулирования скорости и
получить механи­ческие характеристики
специально заданного вида. Положитель­ная
обратная связь по току, осуществляемая
обмоткой управления LG2.2, компенсирует
падение напряжения в цепи якорей
генера­тора G1 и двигателя М, вызываемое
увеличением тока нагрузки. Обмотка
LG2.2 включена через шунт R1. Отрицательная
обратная связь по напряжению, осуществляемая
обмоткой управления LG2.3, способствует
увеличению жесткости механической
характе­ристики двигателя М.

При увеличении
нагрузки на исполнительный двигатель
М в силовой цепи будет протекать больший
ток, что приведет к сниже­нию напряжения
и угловой скорости исполнительного
двигателя. Однако увеличение магнитного
потока обмотки управления LG2.2 и уменьшение
магнитного потока обмотки управления
LG2.3 при­ведут к увеличению результирующего
магнитного потока ЭМУ. В результате
увеличатся: э. д. с, вырабатываемая ЭМУ;
ток в об­мотке возбуждения генератора
LG1; напряжение на зажимах ге­нератора
G1; угловая скорость исполнительного
двигателя М. Следовательно, в системе
Г — Д с ЭМУ получается жесткая меха­ническая
характеристика.

К достоинствам
системы Г — Д относятся: возможность
плав­ного и в большом диапазоне
регулирования угловой скорости
ис­полнительного двигателя; удобство
управления всеми процессами работы
двигателя; экономичность пуска,
регулирования скорости и торможения.

К недостаткам
системы Г — Д относятся: низкий к. п. д.
всей системы; большая стоимость, а также
увеличение габаритов и мас­сы. Система
Г — Д применяется в электроприводах, где
по техно­логическим условиям работы
требуется широкий диапазон регу­лирования
скорости со значительными перегрузками,
вплоть до кратковременной остановки
двигателя под током (например, ру­левой
электропривод).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Содержание статьи

• ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
• Теория.
• Конструкция.
• Генератор с параллельным возбуждением.
• Генератор со смешанным возбуждением.
• Применение.
• ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
• Теория.
• Конструкция.
• Механическая характеристика.
• Двигатель с параллельным возбуждением.
• Двигатель с последовательным возбуждением.
• Двигатель со смешанным возбуждением.
• Пуск двигателей постоянного тока.
• Коммутация.
• Применение.
• СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
• Конструкция.
• СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
• Пуск.
• АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
• Многофазные асинхронные двигатели.
• Ротор.
• Механическая характеристика.
• Применение в качестве генератора.
• ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
• ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ, машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

Все электрические машины вращательного типа делятся на машины постоянного и переменного тока.

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Теория.

На рис. 1,а показан виток провода abcd, вращающийся по часовой стрелке вокруг оси 00ў в магнитном поле между северным (N) и южным (S) полюсами магнита. Направление мгновенной наведенной ЭДС показано стрелками ab и cd; величина и знак ЭДС для положений 1, 2, 3 и 4 приведены на графике рис. 1,б. Когда плоскость витка перпендикулярна полю (положения 1 и 3), ЭДС равна нулю; когда же плоскость витка параллельна полю (положения 2 и 4), ЭДС максимальна. Кроме того, направление ЭДС в боковых частях витка (скажем, ab), когда они проходят мимо северного полюса, противоположно ее направлению при прохождении мимо южного полюса. Поэтому ЭДС меняет знак через каждую половину оборота в точках 1 и 3, так что в витке генерируется переменная ЭДС и, стало быть, течет переменный ток. Если предусмотреть в конструкции токособирательные (контактные) кольца, то переменный ток пойдет во внешнюю цепь.

Конструкция.

Генератор постоянного тока должен давать ток, который всегда течет в одном направлении. Для этого нужно переключать контакты внешней цепи в тот момент, когда ЭДС падает до нуля, прежде чем она начнет нарастать в другом направлении. Это делается с помощью коллектора, схематически изображенного на рис. 1,в. В показанном простейшем случае он представляет собой кольцо, разрезанное на две части по диаметру. Один конец витка присоединен к одному из полуколец, другой – к другому. Щетки расположены так, что они перекрывают зазоры между полукольцами, когда плоскость витка перпендикулярна магнитному полю (в положениях 1 и 3) и ЭДС равна нулю. Как явствует из рисунка, каждый раз, когда ЭДС меняет знак, переключаются концы внешней цепи, так что ток в ней течет всегда в одном направлении (рис. 1,г). Если к витку, показанному на рис. 1,в, добавить еще один, перпендикулярный ему, то его ЭДС будет соответствовать кривой bb, сдвинутой относительно первоначальной на 90° (рис. 2). Полная ЭДС будет соответствовать сумме двух кривых, т.е. значительно более гладкой кривой e. На практике используется большое число витков и коллекторных сегментов (рис. 3), так что пульсации ЭДС незаметны.

Генератор с параллельным возбуждением.

Многие генераторы сами создают магнитное поле возбуждения (работают в режиме самовозбуждения). В генераторе с параллельным возбуждением, схема которого представлена на рис. 4, цепь возбуждения присоединена к зажимам якоря, причем предусмотрен последовательный реостат для изменения тока и, следовательно, напряжения генератора. Обмотка возбуждения состоит из большого числа витков сравнительно тонкой проволоки, так что ее сопротивление велико и ток возбуждения обычно не превышает 0,5–3% номинального выходного тока генератора. Генератор развивает свое напряжение от нуля за счет небольшого остаточного магнетизма в железной магнитной цепи. Якорь пересекает это слабое поле, и в обмотке возбуждения появляется слабый ток. Его направление таково, что создаваемое им слабое поле возбуждения добавляется к остаточному полю. В результате начинает увеличиваться наводимая ЭДС, снова увеличивается ток возбуждения, а с ним и магнитное поле. ЭДС начинает быстро нарастать, и ее рост ограничивается только реостатом в цепи возбуждения и магнитным насыщением железа.

Генератор со смешанным возбуждением.

При подключении нагрузки к генератору с параллельным возбуждением напряжение на его зажимах падает, в частности, из-за того, что нагрузка отбирает часть тока возбуждения. Такое понижение нежелательно по многим соображениям: это может приводить, например, к изменению яркости осветительных ламп и пр. Его можно исключить, добавив еще одну обмотку возбуждения, соединенную последовательно либо с нагрузкой (короткий шунт), либо с якорем (длинный шунт), как показано на рис. 5. Тогда ток нагрузки будет проходить через последовательную обмотку возбуждения и увеличивать магнитное поле. Степень компаундирования можно регулировать посредством переменного резистора с малым сопротивлением, шунтирующего последовательную обмотку возбуждения (рис. 5). Если напряжение в отсутствие нагрузки равно напряжению при номинальной нагрузке, то генератор называется плоско-компаундированным (кривая В на рис. 6); если напряжение под нагрузкой больше, чем в ее отсутствие, то он – перекомпаундированный (кривая А). Недокомпаундированные генераторы (кривая D) используются редко.

Применение.

Некогда генераторы постоянного тока были основными источниками электроэнергии в крупных городах, но затем их вытеснили генераторы переменного тока. В настоящее время их применяют в основном в сочетании с электродвигателями постоянного тока в промышленности и на транспорте.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генераторы постоянного тока удовлетворительно работают как двигатели и при тех же номинальных параметрах не требуют изменений в конструкции. Например, генератор с параллельным возбуждением, рассчитанный на 10 кВт и 230 В, будет вполне удовлетворительно работать как электродвигатель мощностью 10 кВт при напряжении 230 В и той же частоте вращения. Точно так же генератор со смешанным возбуждением удовлетворительно работает как электродвигатель с возбуждением того же типа. Однако последовательную обмотку возбуждения придется переключить наоборот, чтобы она помогала параллельной. Генераторы с последовательным возбуждением редко применяются, но двигатель с последовательным возбуждением очень полезен, особенно как тяговый в городском электрическом транспорте.

Теория.

Принцип действия электродвигателя иллюстрирует рис. 7. На рис. 7,а провод с током, направленным от читателя (кружок с крестиком, изображающим задний, оперенный конец стрелы), перпендикулярен магнитному полю, существующему между магнитными полюсами N и S. Магнитный поток вокруг провода, создаваемый его током, направлен по часовой стрелке. Он увеличивает магнитное поле над проводом и уменьшает его под проводом. Магнитные силовые линии, подобно упругим нитям, стремящимся сократиться, действуют на провод с силой F, направленной вниз. Когда ток в проводе направлен так, как показано точкой на рис. 7,б (символизирующей острие стрелы, летящей навстречу), магнитное поле усиливается под проводом и ослабляется над ним, и сила F, действующая на провод, направлена вверх. На рис. 7,в изображен простой виток провода (такой же, как и на рис. 1,а), расположенный параллельно оси полюсов. В этом случае возникает вращающий момент 2Fd, стремящийся повернуть виток по часовой стрелке. Чтобы такое вращение поддерживалось, направление тока в витке должно измениться на обратное, когда последний перейдет через вертикальное положение. Для этого необходим коллектор (такой же, как на рис. 1,в), изменяющий направление тока после каждой половины оборота.

Конструкция.

Якорь двигателя постоянного тока обычно имеет большое число витков провода и соответствующих им секций коллектора, так что при заданных токе якоря и напряженности магнитного поля вращающий момент практически постоянен. На рис. 7,г представлен якорь двигателя постоянного тока (в разрезе), находящийся в магнитном поле между двумя полюсами магнита. Вращающий момент, действующий на якорь, пропорционален напряженности магнитного поля и току в обмотке якоря. Момент на выходном валу двигателя несколько меньше теоретического значения, поскольку часть его затрачивается на преодоление трения, а часть теряется из-за вихревых токов и гистерезиса в железе якоря.

В двигателе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединяется к зажимам источника неменяющегося напряжения, так что магнитное поле почти постоянно. Поэтому вращающий момент пропорционален току якоря (рис. 8). На рис. 9 представлена схема включения двигателя с последовательным возбуждением, в которую входит пусковое устройство. Обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, а потому, если пренебречь насыщением железа, магнитное поле пропорционально току якоря. Если ток якоря увеличить вдвое, то магнитное поле удвоится, а вращающий момент увеличится в 4 раза. Таким образом, в двигателе с последовательным возбуждением вращающий момент пропорционален квадрату тока якоря (кривая А на рис. 8). В двигателе же со смешанным возбуждением параллельная обмотка возбуждения создает постоянное магнитное поле, а последовательная (если пренебречь насыщением) – пропорциональное току в ней. Поэтому вращающий момент такого двигателя возрастает с увеличением нагрузки быстрее, чем для двигателя с параллельным возбуждением, но медленнее, чем для двигателя с последовательным (кривая В на рис. 8).

Механическая характеристика.

Поскольку якорь двигателя вращается в магнитном поле, в проводниках якоря, как и в генераторе, наводится ЭДС Е. Но эта ЭДС противоположна току якоря и напряжению V во внешней цепи на входных зажимах. Можно показать, что частота вращения двигателя равна K_sEj, где K_s – постоянный множитель, Е – противо-ЭДС, а j – магнитный поток.

Двигатель с параллельным возбуждением.

Противо-ЭДС немного уменьшается с увеличением нагрузки, что связано с падением напряжения на обмотке якоря, составляющим 2–7% выходного напряжения V. Поскольку обмотка возбуждения присоединена к зажимам источника неизменяющегося напряжения, поток j почти постоянен. Поэтому частота вращения немного падает с увеличением нагрузки, как показывает кривая С на рис. 10. Двигатели с параллельным возбуждением применяются в тех случаях, когда требуется почти постоянная частота вращения, – в силовых передачах с постоянной частотой вращения, в металлорежущих станках, печатных машинах. Частоту вращения можно задавать и регулировать, изменяя ток возбуждения посредством реостата в цепи возбуждения.

Двигатель с последовательным возбуждением.

Противо-ЭДС отличается от напряжения на выходных зажимах на 3–8% – таково падение напряжения на последовательной обмотке возбуждения и на обмотке якоря. Магнитный поток пропорционален току якоря (в пренебрежении насыщением). Поэтому частота вращения приблизительно обратно пропорциональна току якоря (кривая А на рис. 10). Когда этот ток приближается к нулю, частота вращения быстро нарастает, т.е. двигатель выходит из-под контроля. Поэтому двигатель с последовательным возбуждением должен быть жестко связан с нагрузкой (например, посредством зубчатой передачи или другого устройства, ограничивающего частоту вращения). Благодаря быстрому нарастанию вращающего момента с увеличением тока такой двигатель очень подходит в качестве тягового для поездов метро и железнодорожных электровозов, для которых требуются большие пусковые моменты, быстрое ускорение и большие вращающие моменты при преодолении подъемов. Он применяется также на подъемниках, кранах и в автомобильных стартерах.

Двигатель со смешанным возбуждением.

Магнитный поток j в двигателе с увеличением тока возрастает, а частота вращения быстро падает (кривая В на рис. 10). В отличие от двигателя с последовательным возбуждением у двигателя со смешанным возбуждением частота вращения не нарастает беспредельно в отсутствие нагрузки. Такие двигатели применяются для лифтов, поскольку последовательная обмотка возбуждения создает большой вращающий момент, необходимый для быстрого ускорения, а параллельная обеспечивает постоянную частоту вращения после разгона. Они также незаменимы в приводах, требующих периодического приложения больших вращающих моментов – для мощных ножниц, штампов, прессов и прокатных станов. При уменьшении тока сам двигатель и другие вращающиеся элементы, например маховики, передают нагрузке свою кинетическую энергию, что позволяет существенно снизить пиковые нагрузки энергоблоков.

Пуск двигателей постоянного тока.

Ток в электродвигателе ограничивается противо-ЭДС. В момент пуска противо-ЭДС равна нулю, и если обмотка якоря включена непосредственно в сеть, ток может в 15–40 раз превысить номинальное значение. На рис. 11 представлен четырехполюсный пускатель для двигателя с параллельным возбуждением. При пуске резистор, соединенный последовательно с обмоткой якоря, постепенно выводится поворотом ручки пускателя вправо, якорь разгоняется, и возникает необходимая противо-ЭДС. Противодействующая пружина стремится вернуть в исходное положение ручку, которая удерживается в рабочем положении соленоидом, включенным в сеть. При аварийном обесточивании сети соленоид остается без питания, и под действием пружины ручка пускателя перескакивает в исходное положение. Поэтому, когда напряжение в сети восстанавливается, обмотка неподвижного якоря не оказывается включенной непосредственно в сеть. Пускатель двигателя с последовательным возбуждением устроен почти так же (рис. 9), но в нем не предусмотрен соединительный зажим для параллельной обмотки возбуждения.

Коммутация.

Самая большая проблема в работе с машинами постоянного тока – коммутация. Этим, в частности, ограничивается максимальная проектная мощность генераторов постоянного тока; коммутация не позволяет также сильно повышать рабочие частоты вращения больших машин.

Чтобы коммутация осуществлялась без искрения, ток и, следовательно, наведенная ЭДС в коммутируемом витке должны быть равны нулю в момент коммутации. Это не выполняется по двум причинам. Под нагрузкой ток обмотки якоря создает магнитное поле, поперечное по отношению к создаваемому магнитными полюсами, а также магнитный поток в зоне коммутации. Коммутируемые витки пересекают этот поток, и в них наводится ЭДС. Кроме того, ток в витках якоря создает магнитный поток, которым сцеплены эти витки. Когда этот ток резко меняет направление на обратное за очень малое время коммутации, возникает ЭДС самоиндукции. Обе ЭДС, хотя они и невелики, создают большой ток в короткозамкнутом витке с малым сопротивлением. Поскольку почти все сопротивление короткого замыкания приходится на контакт щетки с коллектором, используются угольные щетки, обладающие высоким контактным сопротивлением, с графитовой добавкой, которая служит смазкой, уменьшающей трение и износ поверхности коллектора. Для уменьшения искрения щетки следовало бы перемещать при каждом изменении нагрузки в положение, отвечающее минимальной наведенной ЭДС. Но поскольку это практически неосуществимо, выбирают некое среднее положение, обеспечивающее удовлетворительную коммутацию только для одной нагрузки.

В большинстве современных электромашин предусматриваются узкие добавочные полюса, расположенные между основными (рис. 12). Они возбуждаются обмотками, соединенными последовательно с якорем, и благодаря своему довольно большому воздушному зазору компенсируют в зоне коммутации поток, создаваемый током якоря, а кроме того, наводят в коммутируемых витках якоря ЭДС, компенсирующую ЭДС самоиндукции. Тем самым добавочные полюса устраняют необходимость в перемещении щеток при изменении нагрузки. В генераторе последовательность основных и добавочных полюсов (в направлении вращения) такова: NsSn (рис. 12,а), а в двигателе – NnSs (рис. 12,б).

Применение.

Двигатели постоянного тока имеют хорошие рабочие характеристики, а именно: широкий диапазон регулирования частоты вращения, возможность задания фиксированных частот вращения, быстрые разгон и торможение, постоянный вращающий момент и пригодность для автоматического регулирования, благодаря чему они находят все более широкое применение.

Во многих непрерывных технологических процессах требуется подавать, причем часто на большой скорости, лист или ленту материала (бумаги, резины, стали) на вход машины или группы машин. В таких условиях необходимо быстро и точно регулировать натяжение листа. Неправильно установленное натяжение может приводить к разрыву листа или к снижению качества продукции. Регулирование натяжения необходимо и при намотке ленты; иначе натяжение будет слишком быстро нарастать с увеличением диаметра рулона, что тоже грозит разрывом ленты или ее нежелательным деформированием. По этим причинам в электроприводах постоянного тока применяется автоматическое регулирование. На выходе машины устанавливается датчик, сигнал которого поступает на блок сравнения регулятора. При наличии рассогласования между регулируемым параметром продукции и «уставкой» (его заданным значением) сигнал ошибки подается на исполнительный орган автоматического регулятора, который и устраняет рассогласование. Автоматические регуляторы приводов постоянного тока, переключая токи и напряжения, почти мгновенно изменяют частоту вращения двигателей постоянного тока.
См. также АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ.

СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Как уже упоминалось, в витке провода, вращающемся в постоянном магнитном поле, наводится переменная ЭДС. При этом не имеет значения, вращается ли виток в неподвижном магнитном поле или виток неподвижен, а вращается поле, – необходимо лишь их относительное вращение. В синхронных машинах частота вращения пропорциональна частоте переменного тока.

Конструкция.

В синхронных генераторах обмотку якоря (т.е. ту обмотку, в которой индуцируется ЭДС) обычно делают неподвижной (и называют обмоткой статора), а обмотку возбуждения – вращающейся (и называют обмоткой индуктора), причем машины с иным расположением обмоток называют обращенными. Дело в том, что напряжение на обмотке якоря нередко бывает большим (до 25 кВ); то же относится к рабочим токам. Если якорь неподвижен, то легче изолировать выводы его обмотки, присоединяемые к внешним токоведущим шинам. Обмотка возбуждения же обычно потребляет значительно меньше 1% генерируемой мощности и питается постоянным током при напряжении 125 или 250 В. Передача столь малой мощности при низком напряжении на обмотку вращающегося индуктора через щеточно-коллекторный аппарат не сопряжена с большими трудностями.

Частота тока f связана с частотой вращения S и числом P полюсов статора или ротора соотношением f = SP/120 Гц. Если P = 4, а частота вращения S = 1800 об/мин, то f = (1800ґ4)/120 = 60 Гц. Такая частота (60 Гц) чаще всего применяется в электротехнике; она достаточно велика, чтобы не было заметно мигания осветительных ламп, но в то же время достаточно мала для удовлетворительной работы большинства машин. В отношении конструкции обмотки возбуждения синхронные генераторы бывают двух типов: с явнополюсными и неявнополюсными роторами. В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора. Генераторы такого типа рассчитаны на сравнительно низкие частоты вращения; они подходят для работы с приводом от поршневых паровых машин, дизельных двигателей, гидротурбин. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами. Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с выфрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин. Витки закрепляются в пазах клиньями, а поверхность ротора шлифуется и полируется для снижения уровня шума и потерь мощности, связанных с сопротивлением воздуха. Обмотки генераторов по большей части делают трехфазными, так что на выходных зажимах генератора вырабатываются три синусоидальных напряжения переменного тока, поочередно достигающих своего максимального (амплитудного) значения. Почти все мощные синхронные генераторы (и двигатели) охлаждаются водородом.

СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Трехфазный синхронный генератор – обратимая машина, т.е. если обмотку якоря подключить к шинам трехфазного напряжения, а ротор довести до синхронной частоты вращения, то генератор будет работать как двигатель, создавая вращающий момент на валу. Синхронный двигатель почти всегда (исключение – микродвигатели) работает при многофазном питании обмоток статора, создающих вращающееся магнитное поле. Полюса ротора входят в синхронизм с полюсами статора и увлекаются ими (рис. 13). Поэтому при постоянной частоте напряжения питания частота вращения синхронного двигателя постоянна и равна

S = (120f) /P (об/мин).

Важное достоинство синхронного двигателя состоит в том, что он позволяет регулировать коэффициент мощности изменением тока возбуждения. Таким путем можно установить коэффициент мощности, равный 1. В случае недовозбуждения (ток возбуждения меньше номинального) двигатель потребляет ток, отстающий по фазе от напряжения питания, и действует как индуктивная нагрузка; в случае же перевозбуждения он потребляет ток, опережающий по фазе напряжение, и действует как емкостная нагрузка. Благодаря этой особенности синхронный двигатель представляет большую ценность с точки зрения регулирования энергетических систем. За счет реакции якоря ток, отстающий по фазе, усиливает возбуждение, а опережающий – ослабляет его. Как и в случае генератора, обе реакции противодействуют изменению возбуждения и тем самым повышают устойчивость системы.

Пуск.

В отсутствие вращения момент на валу синхронного двигателя равен нулю. Чтобы он заработал, нужно довести его до частоты вращения, близкой к синхронной. Это можно сделать при помощи вспомогательного двигателя. Если синхронный двигатель служит приводным двигателем генератора постоянного тока, то последний можно использовать в качестве двигателя для разгона синхронного двигателя до синхронной частоты. Пуск синхронного двигателя можно также осуществлять при помощи асинхронного двигателя.

В момент пуска ток обмотки якоря может в 3–8 раз превышать нормальное рабочее значение. Чрезмерное понижение напряжения источника питания предотвращают, понижая в этот период подводимое напряжение при помощи последовательно включаемого токоограничивающего реактора.

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Многофазные асинхронные двигатели.

Принцип действия многофазных асинхронных двигателей состоит в том, что при определенном сдвиге по фазе между многофазными токами в многофазных обмотках они создают вращающееся магнитное поле. Такие многофазные обмотки обычно располагают в пазах на внутренней поверхности статора, набранного из тонких кольцевых пластин, стянутых по оси.

В случае трехфазного переменного тока синхронная частота вращения N вращающегося поля равна

N = (120f) / P (об/мин),

где f – частота переменного тока, а Р – число полюсов.

Ротор.

Ротор многофазного асинхронного двигателя выполняется в виде шихтованного цилиндрического якоря, набранного из тонких кольцевых пластин с осевыми пазами. Существуют обмотки ротора двух видов: короткозамкнутая (типа «беличьей клетки») и фазная. Короткозамкнутая обмотка выполняется либо из медных стержней, заложенных в пазы и припаянных на концах к массивным торцевым кольцам, замыкающим их накоротко, либо из алюминиевых проводников в пазах и концевых колец, отлитых зацело непосредственно в сердечнике, помещенном в форму. Фазная обмотка состоит из отдельных обмоток для всех фаз, вложенных в пазы ротора, с выводами на токособирательные кольца. Щетки позволяют вводить в цепь ротора сопротивление для увеличения пускового момента, а иногда и для регулировки частоты вращения. Обычно статор – первичный элемент, к которому подводится питание, а ротор – вторичный, в котором наводятся токи.

Вращающееся магнитное поле, создаваемое многофазными токами статора, наводит токи в проводниках ротора. Направление наведенных токов таково, что они, взаимодействуя с индуцирующим их полем, создают вращающий момент, действующий в направлении вращающегося магнитного поля. Таким образом, ротор вращается вслед за полем. Но он не может вращаться с той же частотой, так как тогда наведенные токи были бы равны нулю, а значит, отсутствовал бы вращающий момент. Поэтому неизбежно и необходимо «скольжение» ротора. Скольжение s определяется равенством

s = (N – N₂)/N,

где N₂ – частота вращения ротора. Например, если синхронная частота вращения N четырехполюсного 60-Гц асинхронного двигателя равна 1800 об/мин, а частота вращения ротора – 1728 об/мин, скольжение равно s = (1800 – 1728)/1800 = 0,04, т.е. 4%. Частота токов ротора равна sf, где f – частота токов в статоре. Например, в упомянутом двигателе частота токов в роторе равна 0,04ґ60 = 2,4 Гц.

Механическая характеристика.

Когда вал ротора нагружается, возникает потребность в увеличении тока в проводниках ротора. Для этого должна увеличиться скорость пересечения магнитного потока статора, а, следовательно, с увеличением нагрузки должно увеличиваться скольжение ротора. Поскольку частота ротора возрастает с увеличением его скольжения, токи, наводимые в проводниках ротора, все больше и больше сдвигаются по фазе относительно магнитного потока, так что, пройдя через максимум, вращающий момент уменьшается.

Это показано на рис. 14. Максимальный вращающий момент изменяется пропорционально квадрату сетевого напряжения и обратно пропорционально величине реактивного сопротивления ротора при нулевой частоте вращения, а следовательно, обратно пропорционально величинам индуктивности ротора и частоты статора; он не зависит от активного сопротивления ротора. Кривая 1 относится к двигателю с короткозамкнутым ротором. Пусковой момент (при скольжении 100%), как правило, равен полному моменту нагрузки или больше его. Двигатель с короткозамкнутым ротором прост, механически надежен, обладает высоким КПД и широко применяется в приводах с постоянной частотой вращения в тех случаях, когда не требуются большие пусковые моменты. Кривая 2 показывает, как влияет на характеристику увеличение сопротивления ротора. Максимальный вращающий момент не изменяется, но максимум смещается в сторону увеличения скольжения и, следовательно, уменьшения частоты вращения. Сделав сопротивление цепи ротора равным ее реактивному сопротивлению в отсутствие вращения, можно получить максимальный вращающий момент при пуске (кривая 3). Чтобы можно было вводить сопротивление в цепь ротора, нужен ротор с фазной обмоткой, концы которой были бы выведены на токособирательные кольца коллектора. Тогда с помощью внешнего реостата, выполняющего роль пускателя или контроллера, можно ввести в цепь ротора сопротивление и получить максимальный вращающий момент при пуске. После разгона ротора это сопротивление можно отключить, и тогда двигатель может работать на характеристике 1 или 2. Сопротивление фазного ротора не может быть сделано столь же малым, как обычное сопротивление короткозамкнутого, так что при прочих равных условиях скольжение такого ротора больше.

Двигатель с последовательным возбуждением, в котором возбуждение максимально при пуске и уменьшается после его разгона до нормальной частоты вращения, обеспечивает большой вращающий момент.

Двигатели с фазными роторами используются в тех случаях, когда требуются большие пусковые моменты, например, в электровозах и подъемниках, а также тогда, когда желательно регулирование частоты вращения.

Применение в качестве генератора.

Если асинхронный двигатель приводится во вращение с частотой, превышающей синхронную, то скольжение становится отрицательным, направление токов, наводимых в роторе, меняется на обратное по сравнению с направлением в двигателе, и машина работает как генератор. Возбуждение обеспечивается исключительно линией переменного тока, причем ток возбуждения отстает по фазе от тока в режиме двигателя и опережает ток в режиме генератора. Выходное напряжение генератора приблизительно пропорционально скольжению ротора. Частота напряжения не зависит от частоты вращения ротора и полностью определяется частотой в линии, обеспечивающей возбуждение, так что генератор оправдывает свое название асинхронного. Генератор не может работать в режиме самовозбуждения и потому при эксплуатации нуждается в параллельном синхронном генераторе для питания цепи возбуждения.

В качестве энергоблока асинхронный генератор имеет много недостатков и редко применяется. Он может давать только опережающий ток, а, следовательно, синхронный генератор, работающий параллельно с ним, должен не только давать запаздывающие (реактивные) киловольт-амперы, необходимые для системы, но еще и обеспечивать возбуждение асинхронного генератора. Воздушный зазор асинхронного генератора мал, и при его проектировании приходится уделять много внимания снижению потерь в зубцах статора и ротора. Однако у асинхронных двигателей, используемых в приводах железнодорожных локомотивов, имеется то очень важное преимущество, что при движении под уклон они превращаются в генераторы и возвращают электроэнергию в линию за счет т.н. рекуперативного торможения. В лифтах и шахтных подъемниках благодаря переходу двигателей в режим генератора обеспечивается динамическое торможение, а тем самым плавное замедление оборудования и экономия на износе механических тормозов.

ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Если один провод трехфазного питания работающего асинхронного двигателя отключить, так что питание окажется однофазным, то он будет продолжать работать, хотя его номинальная мощность уменьшится примерно до 60% номинальной мощности в трехфазном режиме. Если же однофазное питание подвести к неработающему двигателю, то он сам собой не заработает. Приведя его ротор во вращение в любом направлении, можно получить вращающий момент, действующий в этом же направлении, и, если крутящий момент нагрузки мал, ротор будет набирать обороты. Рабочие характеристики двигателя можно объяснить на основе теории двух вращающихся полей, предложенной Г.Феррарисом. Всякое однофазное синусоидально пульсирующее магнитное поле можно представить в виде суммы двух равных полей, вращающихся в противоположных направлениях. На рис. 15 через Т₁ и Т₂ обозначены графики вращающий момент – скольжение для двух таких полей (ср. с рис. 14); один из моментов положителен, другой – отрицателен. Когда скольжение равно нулю (синхронная частота вращения) для одного поля, оно равно 2,0 для другого. Следовательно, при частоте, синхронной для одного из полей, другое поле наводит в роторе токи с удвоенной частотой. Однако реактивное сопротивление ротора для токов с удвоенной частотой вдвое больше, чем в отсутствие вращения, так что токи с удвоенной частотой малы. Кривая Т на рис. 15 дает результирующий момент, равный нулю в отсутствие вращения. Но если двигатель ускорить в направлении любого из моментов, то этот момент быстро станет доминирующим и двигатель сможет разогнаться до рабочей частоты вращения.

ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Направление вращающего момента, создаваемого двигателем постоянного тока с последовательным возбуждением, одинаково при любой полярности проводов питания. Поэтому двигатель с последовательным возбуждением может работать на переменном токе. Но для того чтобы двигатель постоянного тока хорошо работал на переменном токе, в его конструкцию нужно внести ряд изменений. Магнитная цепь обмотки возбуждения должна быть шихтованной, чтобы были сведены к минимуму вихревые токи. Для того чтобы реактивное падение напряжения на последовательной обмотке возбуждения было приемлемо низким, число витков должно быть велико. Чтобы был достаточно велик магнитный поток возбуждения, воздушный зазор должен быть уменьшен. Но тогда будет велика реакция якоря, что вызовет искажение магнитного потока и увеличит трудности с коммутацией и с пониженным коэффициентом мощности. Поэтому потребуется обмотка для компенсации ампер-витков перекрестного намагничивания. Эта обмотка укладывается в пазы полюсных наконечников и соединяется последовательно с обмоткой якоря. Кроме того, необходимы добавочные полюса, обмотки которых соединяются последовательно с якорем и шунтируются резистором, чтобы магнитный поток, создаваемый добавочными полюсами, был в правильной фазе, необходимой для компенсации трансформаторной ЭДС в замкнутых накоротко коммутируемых витках. Чтобы реактивное падение напряжения на последовательных обмотках возбуждения, а также все другие реактивные падения напряжения не превышали допустимого уровня, частота должна быть как можно ниже. Для больших железнодорожных двигателей переменного тока с последовательным возбуждением обычна, например, частота 25 Гц.

Двигатели переменного тока с последовательным возбуждением часто применяются на тяжелых электровозах. В США электропитание 11 кВ, 25 Гц подводится к электровозу через верхний токоприемник и понижается автотрансформаторами до 250 В. В некоторых районах, где применяется система третьего рельса с напряжением 600 В постоянного тока, электровозы работают с двумя двигателями, включенными последовательно.

Без больших трудностей можно использовать на питании переменного тока двигатели (с последовательным возбуждением) малой мощности, если магнитные цепи их обмотки возбуждения выполнены из шихтованного железа. Такие двигатели могут работать и на постоянном токе. Они широко применяются в пылесосах, кухонных миксерах, электродвигателях, кинопроекторах, медицинской аппаратуре и других устройствах, где требуются большой вращающий момент и регулируемая частота вращения.

В
режиме генератора якорь машины вращается под действием внешнего момента. Между
полюсами статора имеется постоянный магнитный поток, пронизывающий якорь.
Проводники обмотки якоря движутся в магнитном поле и, следовательно, в них
индуктируется ЭДС, направление которой можно определить по правилу «правой
руки». При этом на одной щетке возникает положительный потенциал
относительно второй. Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то в ней
пойдет ток. После поворота якоря на некоторый угол щетки окажутся соединенными
с другой парой пластин, т.е. подключаются к другому витку якорной обмотки, ЭДС
в котором будет иметь то же направление. 
Таким образом,  генератор
вырабатывает

электрический
ток, и направление этого тока, протекающего через нагрузку, не изменяется.

При
подключении нагрузки к генератору и с появлением тока якоря, на валу возникает
электромагнитный момент, направленный против направления вращения якоря. В
режиме двигателя на зажимы машины подается постоянное  напряжение, и по якорной обмотке идет ток.
Проводники якорной обмотки находятся в магнитном поле машины, созданном током
возбуждения и, следовательно, на них, согласно закону

Ампера,
будут действовать силы. Совокупность этих сил создает вращающий момент, под
действием которого якорь будет вращаться. При вращении якоря в его обмотке
наводится ЭДС,  которая направлена
навстречу току, и поэтому для двигателей она называется противо-ЭДС.

Генератор и двигатель — чем они отличаются

Двигатель

Двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. В промышленном производстве двигатели применяются в качестве приводов на станках и прочих механизмах, являющихся частью технологических процессов. Также двигатели используются в бытовых приборах, к примеру, в стиральной машине.

Электродвигатель постоянного тока

При нахождении в магнитном поле проводника в виде замкнутой рамки, силы, которые приложены к рамке, приведут данный проводник к вращению. В таком случае, речь будет идти о простейшем двигателе.

Как было указано ранее, работа двигателя постоянного тока осуществляется от источников бесперебойного питания, к примеру, от аккумуляторной батареи, блока питания. У двигателя имеется обмотка возбуждения. В зависимости от ее подключения, различают двигатели с независимым и самовозбуждением, которое, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным.

Подключение двигателя переменного тока производится от электрической сети. Исходя из принципа работы, двигатели подразделяются на синхронные и асинхронные.

Асинхронный двигатель

Главным отличием синхронного двигателя является наличие обмотки на вращающемся роторе, а также имеющийся щеточный механизм, служащий для подведения тока на обмотки. Вращение ротора осуществляется синхронно вращению магнитного поля статора. Отсюда двигатель имеет такое название.

В асинхронном двигателе важным условием является то, что вращение ротора должно быть медленнее вращения магнитного поля. При несоблюдении данного требования наведение электродвижущей силы и возникновение электротока в роторе оказывается невозможным.

Асинхронные двигатели применяются чаще, однако у них имеется один значительный недостаток – без изменения частоты тока невозможно регулирование скорости вращения вала. Данное условие не позволяет достичь вращения с постоянной частотой. Также значительным недостатком является ограничение по максимальной скорости вращения (3000 об./мин.).

Генератор

Проводник, перемещаясь между двумя магнитными полюсами, способствует возникновению электродвижущей силы. Когда проводник замыкают, то при воздействии электродвижущей силы в нем возникает ток. На данном явлении основывается действие электрического генератора.

Генератор переменного тока

Генератор способен вырабатывать электрическую энергию из тепловой или химической энергии. Однако наиболее широкое распространение получили генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Основные составные элементы генератора постоянного тока:

• Якорь, выступающий в качестве ротора.
• Статор, на котором располагается катушка возбуждения.
• Корпус.
• Магнитные полюса.
• Коллекторный узел и щетки.

Генераторы постоянного тока используются не так часто. Основные сферы их применения: электрический транспорт, сварочные инверторы, а также ветроустановки.

Генератор постоянного тока

Генератор переменного тока имеет схожую конструкцию с генератором постоянного тока, но отличается строением коллекторного узла и обмотками на роторе.

Схема генератора переменного тока

Так же как и в случае с двигателями, генераторы могут быть синхронными и асинхронными. Разница между данными генераторами заключается в строении ротора. У синхронного генератора катушки индуктивности расположены на роторе, а у асинхронного генератора для расположения обмотки на валу имеются специальные пазы.

Чем отличается генератор от двигателя?

Подводя итог, важно отметить, что функционирование двигателей и генераторов основано на общем принципе электромагнитной индукции. Конструкция данных электрических машин аналогична, однако имеется различие в конфигурации ротора.

Главным же отличием является функциональное назначение генератора и двигателя: двигатель вырабатывает механическую энергию, потребляя электрическую, а генератор наоборот вырабатывает электрическую энергию, потребляя механическую, либо другой вид энергии.

Источник

Разница между электродвигателем и генератором

Электродвигатель против генератора Электричество стало неотъемлемой частью нашей жизни; более или менее весь наш образ жизни основан на электрическом оборудовании. Энергия преобразуется из многих фор

Содержание:

Электродвигатель против генератора

Электричество стало неотъемлемой частью нашей жизни; более или менее весь наш образ жизни основан на электрическом оборудовании. Энергия преобразуется из многих форм в форму электрической энергии для питания всех этих устройств. Электродвигатель — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. С другой стороны, устройства используются для преобразования электрической энергии в механическую по мере необходимости. Мотор — это устройство, которое выполняет эту функцию.

Подробнее об электрическом генераторе

Фундаментальный принцип работы любого электрического генератора — закон электромагнитной индукции Фарадея. Идея, сформулированная в этом принципе, состоит в том, что при изменении магнитного поля в проводнике (например, проволоке) электроны вынуждены двигаться в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля. Это приводит к созданию давления электронов в проводнике (электродвижущей силы), что приводит к потоку электронов в одном направлении. Говоря более технически, скорость изменения магнитного потока через проводник во времени вызывает в проводнике электродвижущую силу, и ее направление задается правилом правой руки Флеминга. Это явление в основном используется для производства электроэнергии.

Чтобы добиться этого изменения магнитного потока через проводящий провод, магниты и проводящие провода перемещаются относительно друг друга, так что магнитный поток изменяется в зависимости от положения. Увеличивая количество проводов, можно увеличить результирующую электродвижущую силу; поэтому провода скручены в катушку, содержащую большое количество витков. Установка либо магнитного поля, либо катушки во вращательное движение, в то время как другое неподвижное, позволяет непрерывно изменять поток.

Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная часть — статором. Часть генератора, генерирующая ЭДС, называется якорем, а магнитное поле — просто полем. Якорь может использоваться как статор или как ротор, а компонент поля — второй. Увеличение напряженности поля также позволяет увеличить наведенную ЭДС.

Поскольку постоянные магниты не могут обеспечить интенсивность, необходимую для оптимизации выработки энергии от генератора, используются электромагниты. Через эту цепь возбуждения протекает намного меньший ток, чем через цепь якоря, и меньший ток проходит через контактные кольца, которые поддерживают электрическую связь в ротаторе. В результате, большинство генераторов переменного тока имеют обмотку возбуждения на роторе, а статор — в качестве обмотки якоря.

Подробнее об электродвигателе

Принцип, используемый в двигателях, является еще одним аспектом принципа индукции. Закон гласит, что если заряд движется в магнитном поле, сила действует на заряд в направлении, перпендикулярном как скорости заряда, так и магнитному полю. Тот же принцип применяется к потоку заряда, это ток и проводник, по которому проходит ток. Направление этой силы задается правилом правой руки Флеминга. Простой результат этого явления состоит в том, что если ток течет по проводнику в магнитном поле, проводник перемещается. Все асинхронные двигатели работают по этому принципу.

Как и генератор, двигатель также имеет ротор и статор, где вал, прикрепленный к ротору, передает механическую энергию. Таким же образом на систему влияет количество оборотов катушек и сила магнитного поля.

В чем разница между электродвигателем и электрическим генератором?

• Генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а двигатель преобразует механическую энергию в электрическую.

• В генераторе вал, прикрепленный к ротору, приводится в движение механической силой, и в обмотках якоря создается электрический ток, в то время как вал двигателя приводится в движение магнитными силами, возникающими между якорем и полем; на обмотку якоря должен подаваться ток.

• Двигатели (обычно движущийся заряд в магнитном поле) подчиняются правилу левой руки Флеминга, в то время как генератор подчиняется правилу левой руки Флеминга.

Источник

Генератор и двигатель — чем они отличаются

Все электрические машины функционируют в соответствии с законом электромагнитной индукции, а также с законом взаимодействия проводника с током и магнитного поля.

Электрические машины по типу питания подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Постоянный ток создается за счет источников бесперебойного питания. Для машин постоянного тока характерно свойство обратимости. Это означает, что они способны работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Данное обстоятельство можно объяснить с точки зрения аналогичных явлений в работе обеих машин. Более детально конструктивные особенности двигателя и генератора рассмотрим далее.

Двигатель

Двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. В промышленном производстве двигатели применяются в качестве приводов на станках и прочих механизмах, являющихся частью технологических процессов. Также двигатели используются в бытовых приборах, к примеру, в стиральной машине.

Электродвигатель постоянного тока

При нахождении в магнитном поле проводника в виде замкнутой рамки, силы, которые приложены к рамке, приведут данный проводник к вращению. В таком случае, речь будет идти о простейшем двигателе.

Как было указано ранее, работа двигателя постоянного тока осуществляется от источников бесперебойного питания, к примеру, от аккумуляторной батареи, блока питания. У двигателя имеется обмотка возбуждения. В зависимости от ее подключения, различают двигатели с независимым и самовозбуждением, которое, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным.

Подключение двигателя переменного тока производится от электрической сети. Исходя из принципа работы, двигатели подразделяются на синхронные и асинхронные.

Главным отличием синхронного двигателя является наличие обмотки на вращающемся роторе, а также имеющийся щеточный механизм, служащий для подведения тока на обмотки. Вращение ротора осуществляется синхронно вращению магнитного поля статора. Отсюда двигатель имеет такое название.

В асинхронном двигателе важным условием является то, что вращение ротора должно быть медленнее вращения магнитного поля. При несоблюдении данного требования наведение электродвижущей силы и возникновение электротока в роторе оказывается невозможным.

Асинхронные двигатели применяются чаще, однако у них имеется один значительный недостаток – без изменения частоты тока невозможно регулирование скорости вращения вала. Данное условие не позволяет достичь вращения с постоянной частотой. Также значительным недостатком является ограничение по максимальной скорости вращения (3000 об./мин.).

Генератор

Проводник, перемещаясь между двумя магнитными полюсами, способствует возникновению электродвижущей силы. Когда проводник замыкают, то при воздействии электродвижущей силы в нем возникает ток. На данном явлении основывается действие электрического генератора.

Генератор переменного тока

Генератор способен вырабатывать электрическую энергию из тепловой или химической энергии. Однако наиболее широкое распространение получили генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Основные составные элементы генератора постоянного тока:

• Якорь, выступающий в качестве ротора.
• Статор, на котором располагается катушка возбуждения.
• Корпус.
• Магнитные полюса.
• Коллекторный узел и щетки.

Генераторы постоянного тока используются не так часто. Основные сферы их применения: электрический транспорт, сварочные инверторы, а также ветроустановки.

Генератор постоянного тока

Генератор переменного тока имеет схожую конструкцию с генератором постоянного тока, но отличается строением коллекторного узла и обмотками на роторе.

Схема генератора переменного тока

Так же как и в случае с двигателями, генераторы могут быть синхронными и асинхронными. Разница между данными генераторами заключается в строении ротора. У синхронного генератора катушки индуктивности расположены на роторе, а у асинхронного генератора для расположения обмотки на валу имеются специальные пазы.

Чем отличается генератор от двигателя?

Подводя итог, важно отметить, что функционирование двигателей и генераторов основано на общем принципе электромагнитной индукции. Конструкция данных электрических машин аналогична, однако имеется различие в конфигурации ротора.

Главным же отличием является функциональное назначение генератора и двигателя: двигатель вырабатывает механическую энергию, потребляя электрическую, а генератор наоборот вырабатывает электрическую энергию, потребляя механическую, либо другой вид энергии.

Источник

Как отличить генератор от двигателя

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Генератор состоит из следующих основных элементов:

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Отличие двигателя от генератора

Рис. 10.1. Принципиальная схема генератора

Рис. 10.2. Принципиальная схема электродвигателя.

Если в магнитное поле поместить проводник с током в виде замкнутой рамки (рис. 10.2), то под действием сил, приложенных к сторонам рамки, она придет во вращение. Таким образом, проводник с током в магнитном поле можно рассматривать как элементарный электрический двигатель.

Электрическая схема электрических машин состоит из неподвижных и подвижных обмоток.

Электрические машины являются машинами вращательного действия. Основными частями их являются: неподвижный статор и вращающийся ротор, разделенные зазором (рис. 10.3).

Статор и ротор имеют стальные сердечники. Сердечник набран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На внутренней стороне сердечника статора и на наружной стороне сердечника ротора имеются параллельные продольные пазы, в которые укладываются обмотки. Ротор закрепляется на валу, который вращается в подшипниках. Подшипники встроены в торцовые крышки, которые болтами крепятся к станине. На валу ротора устанавливается также вентилятор, служащий для охлаждения обмоток и сердечников.

Станина имеет лапы для крепления машины к фундаменту или специальный фланец с отверстиями под крепления.

Рис. 10.3. Конструктивная схема электрических машин.

Асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели состоят из двух основных частей: статора и ротора. На статоре располагается трехфазная обмотка (у трехфазных двигателей). Концы обмоток присоединяют к питающей сети. Обмотка имеет шесть выводных концов с металлическими бирками, расположенных в коробке и имеющих обозначение начал трехфазной обмотки С1, С2, СЗ и концов С4, С5, Сб. Ротор также имеет обмотку. В зависимости от типа обмотки асинхронные электродвигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным ротором.

В короткозамкнутом роторе обмотка представляет собой цилиндрическую клетку, образованную отдельными стержнями, уложенными в пазы ротора и соединенными с торцовых сторон кольцами («беличье колесо»).

Обмотка фазного ротора выполнена изолированным проводом и уложена в пазы ротора. Как и обмотка статора, она состоит из трех (или группы) катушек. Начала катушек соединены в звезду, а концы подведены к контактным кольцам на валу ротора. По кольцам скользят щетки, закрепленные в неподвижных щеткодержателях. Щетки соединяют обмотку ротора с реостатом, находящимся вне двигателя и служащим для уменьшения пусковых токов или регулирования скорости вращения.

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяют в электроприводе, не требующем регулирования скорости. Основным недостатком их является большая сила тока в момент пуска двигателя, превышающая в 5…7 раз ток при установившихся оборотах.

Двигатели с фазным ротором позволяют регулировать скорость вращения. Кроме того, включение в цепь ротора пускорегулирующе- го реостата позволяет уменьшить силу пускового тока и увеличить пусковой момент.

Каждый двигатель снабжается паспортом — металлической табличкой, закрепляемой на корпусе двигателя, на которой указывается завод-изготовитель, марка двигателя и основная характера стика двигателя.

Если в паспорте указано напряжение 220/380 В, то электродвигатель можно включать в сеть напряжением 220 и 380 В.

При напряжении 220 В обмотки статора соединяют треугольником (рис. 10.4, а) —начало первой обмотки С1 соединяют с концом третьей С6, начало второй С2 с концом первой С4, а конец второй С5 с началом третьей СЗ. Соединенные концы подводят к трем фазам сети.

Рис. 10.4. Схемы соединения обмоток статора трехфазного двигателя.

При напряжении 380 В обмотки соединяют звездой (рис. 10.4, б, в) — все начала или все концы обмоток соединяют вместе, а свободные концы включают в трехфазную сеть.

Двигатели постоянного тока применяют в тех случаях, когда требуется плавное и глубокое регулирование скорости вращения.

Двигатель постоянного тока (рис. 10.5) состоит из неподвижной станины, вращающегося якоря с коллектором и щеток со щеткодержателями. Внутри станины укрепляют главные полюсы с обмотками возбуждения, которые создают магнитный поток. Стержни обмотки якоря соединены по определенной схеме с пластинами коллектора. Щетки, скользящие по пластинам коллектора, соединяют обмотку якоря с внешней сетью. С внешней сетью соединяется также обмотка возбуждения;

Для уменьшения искрения на коллекторе на станине установлены дополнительные полюса.

Регулирование частоты вращения ротора достигается изменением силы тока обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока питаются постоянным током. Различают двигатели с независимым возбуждением и с самовозбуждением. В двигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от постороннего источника. В машинах же с самовозбуждением она питается от якорной обмотки этого же двигателя. Возбуждение при этом может осуществляться при параллельном, последовательном или смешанном соединениях, когда одна обмотка возбуждения соединена с якорной параллельно, а другая — последовательно. Соответственно этому электродвигатели называются шунтовые, сериесные и ком- паундные.

Все электрические машины характеризуются обратимостью, т. е. возможностью работать как в качестве электродвигателя, так и в качестве генератора.

Рис. 10.5. Электродвигатель постоянного тока:
1 — коллектор; 2 — щеткодержатель; 3 — якорь; 4 — главный полюс; 5 — обмотка возбуждения; 6 — станина; 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор; 9 — обмотка якоря.

Генератор устроен принципиально так же, как и электродвигатель. В отличие от него в генераторе принудительно вращается ротор (якорь). С помощью генератора механическая энергия вращающегося якоря превращается в электрическую. Подобно электродвигателям, генераторы бывают переменного и постоянного тока. Генераторы постоянного тока бывают шунтовые, сериесные и компаундные.

Все электрические машины функционируют в соответствии с законом электромагнитной индукции, а также с законом взаимодействия проводника с током и магнитного поля.

Электрические машины по типу питания подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Постоянный ток создается за счет источников бесперебойного питания. Для машин постоянного тока характерно свойство обратимости. Это означает, что они способны работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Данное обстоятельство можно объяснить с точки зрения аналогичных явлений в работе обеих машин. Более детально конструктивные особенности двигателя и генератора рассмотрим далее.

Двигатель

Двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. В промышленном производстве двигатели применяются в качестве приводов на станках и прочих механизмах, являющихся частью технологических процессов. Также двигатели используются в бытовых приборах, к примеру, в стиральной машине.

Электродвигатель постоянного тока

При нахождении в магнитном поле проводника в виде замкнутой рамки, силы, которые приложены к рамке, приведут данный проводник к вращению. В таком случае, речь будет идти о простейшем двигателе.

Как было указано ранее, работа двигателя постоянного тока осуществляется от источников бесперебойного питания, к примеру, от аккумуляторной батареи, блока питания. У двигателя имеется обмотка возбуждения. В зависимости от ее подключения, различают двигатели с независимым и самовозбуждением, которое, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным.

Подключение двигателя переменного тока производится от электрической сети. Исходя из принципа работы, двигатели подразделяются на синхронные и асинхронные.

Главным отличием синхронного двигателя является наличие обмотки на вращающемся роторе, а также имеющийся щеточный механизм, служащий для подведения тока на обмотки. Вращение ротора осуществляется синхронно вращению магнитного поля статора. Отсюда двигатель имеет такое название.

В асинхронном двигателе важным условием является то, что вращение ротора должно быть медленнее вращения магнитного поля. При несоблюдении данного требования наведение электродвижущей силы и возникновение электротока в роторе оказывается невозможным.

Асинхронные двигатели применяются чаще, однако у них имеется один значительный недостаток – без изменения частоты тока невозможно регулирование скорости вращения вала. Данное условие не позволяет достичь вращения с постоянной частотой. Также значительным недостатком является ограничение по максимальной скорости вращения (3000 об./мин.).

Генератор

Проводник, перемещаясь между двумя магнитными полюсами, способствует возникновению электродвижущей силы. Когда проводник замыкают, то при воздействии электродвижущей силы в нем возникает ток. На данном явлении основывается действие электрического генератора.

Генератор переменного тока

Генератор способен вырабатывать электрическую энергию из тепловой или химической энергии. Однако наиболее широкое распространение получили генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Основные составные элементы генератора постоянного тока:

Генераторы постоянного тока используются не так часто. Основные сферы их применения: электрический транспорт, сварочные инверторы, а также ветроустановки.

Генератор постоянного тока

Генератор переменного тока имеет схожую конструкцию с генератором постоянного тока, но отличается строением коллекторного узла и обмотками на роторе.

Схема генератора переменного тока

Так же как и в случае с двигателями, генераторы могут быть синхронными и асинхронными. Разница между данными генераторами заключается в строении ротора. У синхронного генератора катушки индуктивности расположены на роторе, а у асинхронного генератора для расположения обмотки на валу имеются специальные пазы.

Чем отличается генератор от двигателя?

Подводя итог, важно отметить, что функционирование двигателей и генераторов основано на общем принципе электромагнитной индукции. Конструкция данных электрических машин аналогична, однако имеется различие в конфигурации ротора.

Главным же отличием является функциональное назначение генератора и двигателя: двигатель вырабатывает механическую энергию, потребляя электрическую, а генератор наоборот вырабатывает электрическую энергию, потребляя механическую, либо другой вид энергии.

Принцип действия умформера может применяться для преобразования:

Умформеры использовались в системах электрического питания ЭВМ первого поколения.

Умформеры (мотор-генераторы) применяются на трамваях, троллейбусах с косвенной системой управления, электровозах и электропоездах для получения низкого напряжения (24 и 50 В соответственно), питающего цепи управления. В 80-х—90-х годах на городском электротранспорте были вытеснены статическими полупроводниковыми преобразователями на тиристорах (ТЗУ), а позже — на транзисторах.

Достоинства и недостатки

К достоинствам можно отнести:

В настоящее время

В настоящее время вытеснен из мобильных применений твердотельными преобразователями, а также более широким использованием низковольтной аппаратуры. По-прежнему выгодно применение в промышленности и энергетике для преобразования сравнительно больших мощностей. Перспективно применение умформеров на основе машин двойного питания для передачи мощностей между сетями 50 и 60 Гц, а также между сетью с низкими параметрами напряжения и частоты и сетью с особо высокими требованиями. В этом случае для питания обмоток ротора применяется ещё и статический преобразователь частоты, но мощность преобразователя нужна меньшая (для приведенного примера преобразования 50 в 60 Гц это составляет около 1/5 полной мощности).

Как работает автомобильный генератор, схемы

Генератор — один из главных элементов электрооборудования автомобиля, обеспечивающий одновременное питание потребителей и подзаряд аккумуляторной батареи.

Принцип действия устройства построен на превращении механической энергии, которая поступает от мотора, в напряжение.

В комплексе с регулятором напряжения узел называется генераторной установкой.

В современных автомобилях предусмотрен агрегат переменного тока, в полной мере удовлетворяющий всем заявленным требованиям.

Устройство генератора

Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.

В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.

В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.

В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.

Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.

Не менее важную роль играет щеточный узел, передающий напряжение на контактные кольца и обеспечивающий работу узла.

Изделие состоит из пары графитных щеток, двух пружин и щеткодержателя.

Также уделим внимание элементам, расположенным внутри кожуха:

Какие требования предъявляются к автомобильному генератору?

К генераторной установке автомобиля выдвигается ряд требований:

При этом каждый автовладелец должен особое внимание уделять уровню и стабильности напряжения на выходе. Это требование вызвано тем, что аккумулятор чувствителен к подобным изменениям.

Например, в случае снижения напряжения ниже нормы АКБ не заряжается до необходимого уровня. В итоге возможны проблемы в процессе пуска мотора.

В обратной ситуации, когда установка выдает повышенное напряжение, аккумулятор перезаряжается и быстрее ломается.

Полезно почитать: Взорвался аккумулятор, причины и что делать.

Принцип работы автомобильного генератора, особенности схемы

Принцип действия генераторного узла построен на эффекте электромагнитной индукции.

В случае прохождения магнитного потока через катушку и его изменения, на выводах появляется и меняется напряжение (в зависимости от скорости изменения потока). Аналогичным образом работает и обратный процесс.

Так, для получения магнитного потока требуется подать на катушку напряжение.

Выходит, что для создания переменного напряжения требуются две составляющие:

Не менее важным элементом, как отмечалось выше, является ротор, выступающий в роли источника магнитного поля.

У полюсной системы узла присутствует остаточный магнитный поток (даже при отсутствии тока в обмотке).

Этот параметр небольшой, поэтому способен вызвать самовозбуждение только на повышенных оборотах. По этой причине по обмотке ротора пропускают сначала небольшой ток, обеспечивающий намагничивание устройства.

Упомянутая выше цепочка подразумевает прохождение тока от АКБ через лампочку контроля.

Главный параметр здесь — сила тока, которая быть в пределах нормы. Если ток будет завышенным, аккумулятор быстро разрядится, а если заниженным — возрастет риск возбуждения генератора на ХХ мотора (холостых оборотах).

С учетом этих параметров подбирается и мощность лампочки, которая должна составлять 2-3 Вт.

Как только напряжение достигает требуемого параметра, лампочка гаснет, а обмотки возбуждения питаются от самого автомобильного генератора. При этом источник питания переходит в режим самовозбуждения.

Снятие напряжения производится со статорной обмотки, которая выполнена в трехфазном исполнении.

Узел состоит 3-х индивидуальных (фазных) обмоток, намотанных по определенному принципу на магнитопроводе.

Токи и напряжения в обмотках смещены между собой на 120 градусов. При этом сами обмотки могут собираться в двух вариантах — «звездой» или «треугольником».

Если выбрана схема «треугольник», фазные токи в 3-х отмотках будут в 1,73 раза меньше, чем общий ток, отдаваемый генераторной установкой.

Вот почему в автомобильных генераторах большой мощности чаще всего применяется схема «треугольника».

Это как раз объясняется меньшими токами, благодаря которым удается намотать обмотку проводом меньшего сечения.

Такой же провод можно использовать и в соединениях типа «звезда».

Чтобы созданный магнитный поток шел по назначению, и направлялся к статорной обмотке, катушки находятся в специальных пазах магнитопровода.

Из-за появления магнитного поля в обмотках и в статорном магнитопроводе, появляются вихревые токи.

Действие последних приводит к нагреву статора и снижению мощности генератора. Для уменьшения этого эффекта при изготовлении магнитопровода применяются стальные пластины.

Выработанное напряжение поступает в бортовую сеть через группу диодов (выпрямительный мост), о котором упоминалось выше.

После открытия диоды не создают сопротивления, и дают току беспрепятственно проходить в бортовую сеть.

Но при обратном напряжении I не пропускается. Фактически, остается только положительная полуволна.

Некоторые производители автомобилей для защиты электроники меняют диоды на стабилитроны.

Главной особенностью деталей является способность не пропускать ток до определенного параметра напряжения (25-30 Вольт).

После прохождения этого предела стабилитрон «пробивается» и пропускает обратный ток. При этом напряжение на «плюсовом» проводе генератора остается неизменным, что не несет риски для устройства.

К слову, способность стабилитрона поддерживать на выводах постоянное U даже после «пробоя» применяется в регуляторах.

В результате после прохождения диодного моста (стабилитронов) напряжение выпрямляется, становится постоянным.

У многих типов генераторных установок обмотка возбуждения имеет свой выпрямитель, собранный из 3-х диодов.

Благодаря такому подключению, протекание тока разряда от АКБ исключено.

Диоды, относящиеся к обмотке возбуждения, работают по аналогичному принципу и питают обмотку постоянным напряжением.

Здесь выпрямительное устройство состоит из шести диодов, три их которых являются отрицательными.

В процессе работы генератора ток возбуждения ниже параметра, который отдает автомобильный генератор.

Следовательно, для выпрямления тока на обмотке возбуждения достаточно диодов с номинальным током до двух Ампер.

Для сравнения силовые выпрямители имеют номинальный ток до 20-25 Ампер. Если требуется увеличить мощность генератора, ставится еще одно плечо с диодами.

Режимы работы

Чтобы разобраться в особенностях функционирования автомобильного генератора, важно понять особенности каждого из режимов:

Регулятор напряжения — функции, типы, контрольная лампа

Ключевым элементом генераторной установки является регулятор напряжения — устройство, поддерживающее безопасный уровень U на выходе статора.

Такие изделия бывают двух типов:

Не менее важный элемент — контрольная лампа, смонтированная на приборной панели, по которой можно делать вывод о наличии проблем с регулятором.

Зажигание лампочки в момент пуска мотора должно быть кратковременным. Если же она горит постоянно (когда генераторная установка в работе), это свидетельствует о поломке регулятора или самого узла, а также необходимости ремонта.

Тонкости крепления

Фиксация генераторной установки производится при помощи специального кронштейна и болтового соединения.

Сам узел крепится в передней части двигателя, благодаря специальным лапам и проушинам.

Если на автомобильном генераторе предусмотрены специальные лапы, последние находятся на крышках мотора.

В случае применения только одной фиксирующей лапы, последняя ставится только на передней крышке.

В лапе, установленной в задней части, как правило, предусмотрено отверстие с установленной в нем дистанционной втулкой.

Задача последней заключается в устранении зазора, созданного между упором и креплением.

Крепление генератора Audi A8.

А так агрегат крепиться на ВАЗ 21124.

Неисправности генератора и способы их устранения

Электрооборудование автомобиля имеет свойство ломаться. При этом наибольшие проблемы возникают с АКБ и генератором.

В случае выхода из строя любого из этих элементов эксплуатация ТС в нормальном режиме работы становится невозможной или же авто оказывается вовсе обездвиженным.

Все поломки генератора условно делятся на две категории:

Теперь рассмотрим список неисправностей и симптомы более подробно.

1. На выходе недостаточный уровень зарядного тока:

Когда автомобильный генератор выдает необходимый уровень тока, но АКБ все равно не заряжается.

Причины могут быть разными:

3. Генератор работает, но издает повышенный шум.

Ремонт генератора автомобиля всегда должен начинаться с точной диагностики проблемы, после чего причина устраняется путем профилактических мер или замены вышедшего из строя узла.

Рекомендации по замене

Практика эксплуатации показывает, что поменять автомобильный генератор несложно, но для решения задачи требуется соблюдать ряд правил:

Учтите, что устройства, смонтированные на автомобилях зарубежного производства, фиксируются не так, как отечественного, к примеру, как на генератор TOYOTA COROLLA и Лада Гранта .Следовательно, если менять иностранный агрегат изделием отечественного производства, придется установить новое крепление.

Полезные советы в помощь

В завершение рассказа об автомобильных генераторах стоит выделить ряд советов, что необходимо, а чего нельзя делать автовладельцам в процессе эксплуатации.

Главный момент — установка, в процессе которой важно с предельным вниманием подойти к подключению полярности.

Если ошибиться в этом вопросе, выпрямительное устройство поломается и возрастает риск возгорания.

Аналогичную опасность несет и пуск двигателя при некорректно подключенных проводах.

Чтобы избежать проблем в процессе эксплуатации, стоит придерживаться ряда правил:

Отдельное внимание стоит уделить реле-регулятору, а также проверке напряжения на выходе источника питания. В режиме заряда этот параметр должен быть на уровне 13,9-14,5 Вольт.

Кроме того, время от времени проверяйте износ и достаточность усилия щеток генератора, состояние подшипников и контактных колец.

Высота щеток должна измеряться при демонтированном держателе. Если последний износился до 8-10 мм, требуется замена.

Что касается усилия пружин, удерживающих щетки, оно должно быть на уровне 4,2 Н (для ВАЗ). При этом осматривайте контактные кольца — на них не должно быть следов масла.

Также автовладелец должен запомнить и ряд запретов, а именно:

Зная особенности работы генератора, нюансы его конструкции, основные неисправности и тонкости ремонта, можно избежать многих проблем с проводкой и АКБ.

Помните, что генератор — сложный узел, требующий особого подхода к эксплуатации.

Важно постоянно следить за ним, своевременно проводить профилактические мероприятия и замену деталей (при наличии такой необходимости).

При таком подходе источник питания и сам автомобиль прослужат очень долго.

Источник