Содержание
Урок 43-3 Устройство и принцип работы генератора переменного тока
Рассмотрим замкнутый контур (рамку) площадью S, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого равна B. Контур равномерно вращается вокруг оси OO’ с угловой скоростью ω.
Магнитный поток, пронизывающий контур, определяется формулой Ф = BS cosΔφ, где Δφ — угол между вектором нормали n к плоскости контура и вектором В. Рамка вращается внутри магнита с частотой v, и за время t совершает N = vt оборотов. За оборот рамка поворачивается на угол 2π рад. Угол на который поворачивается рамка за время t: Δφ = 2π vt = ωt, тогда изменение магнитного потока ΔФ = BS cos Δφ = BS cos ωt .
В замкнутом контуре возникает э.д.с. индукции, которая по закону электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока .
Тогда получим мгновенное значение э.д.с.
e = — Ф’ = — (BS cos ωt)’ = BSω sin ωt
Следовательно э.д.с. индукции, возникающая в замкнутом контуре, при его равномерном вращении в однородном магнитном поле меняется со временем по закону синуса.
Э.д.с. индукции максимальна при sin ωt = 1, т.е. α = ωt = π/2
Величина ε0 = ωBS – называется амплитудным значением э.д.с. индукции.
Если такой контур замкнуть на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток, сила и направление которого изменяются. Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле является простейшимгенератором переменного тока.
В нашей стране используется переменный ток частотой 50 Гц (в США – 60 Гц). Такой ток вырабатывается генераторами.
Генераторы электрического тока – это устройства для преобразования различных видов энергии – механической, химической, тепловой, световой и др. – в электрическую.
Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции.
В настоящее время имеется много различных типов генераторов. Но все они состоят из одних и тех нее основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС — электродвижущая сила (в рассмотренной модели генератора это вращающаяся рамка).
Неподвижную часть генератора называют статором, а подвижную – ротором.
Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока (Фm = BS) через каждый виток.
В изображенной на рисунке модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором. Магнитное поле создает неподвижный постоянный магнит. Разумеется, можно было бы поступить и наоборот: вращать магнит, а рамку оставить неподвижной. К концам обмотки ротора присоединены контактные кольца. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.
Модель генератора переменного тока.
Промышленные генераторы имеют намного большие размеры, для увеличения напряжения, снимаемого с клемм генератора, на рамки наматывают не один, а много витков.
Во всех промышленных генераторах переменного тока витки, в которых индуцируется переменный ток, устанавливают неподвижно, а вращается магнитная система. Если ротор вращать с помощью внешней силы, то вместе с ротором будет вращаться и магнитное поле, создаваемое им, при этом в проводниках статора будет индуцироваться э.д.с.
Принцип действия генератора переменного тока следующий. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока магнитной индукции.
В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки.
Структурная схема генератора переменного тока.
Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том левее валу (В настоящее время постоянный ток в обмотку ротора чаще всего подают из статорной обмотки этого же генератора через выпрямитель).
В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны.
Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.
Генератор переменного тока. Трансформатор
На одном из прошлых уроков мы с вами знакомились с переменным
электрическим током и его свойствами. Мы узнали, что основная часть
электроэнергии в мире вырабатывается с помощью электромеханических индукционных
генераторов переменного тока, создающими синусоидальное напряжение.
Индукционным генератором переменного тока называется
устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию
переменного тока.
Напомним, что основными частями индукционного генератора
переменного тока являются:
индуктор — это постоянный магнит или электромагнит, который
создаёт магнитное поле;
якорь — это обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;
и колле́ктор — контактные кольца и скользящие по ним
контактные пластины (щётки), с помощью которых ток снимается или подводится к
вращающимся частям.
Вращающаяся часть индукционного генератора называется ротором,
а неподвижная — статором.
Как
вы знаете, электрический ток вырабатывается на различного рода электростанциях.
А выработанная на них электроэнергия передаётся потребителю с помощью линий
электропередач (сокращённо ЛЭП). Вроде бы всё просто, но тут есть несколько
нюансов. Дело в том, что потребители электричества есть повсюду. А вот
производится она в сравнительно немногих местах и, как правило, близко к
источникам топливо- и гидроресурсов.
Помимо этого электроэнергию невозможно
законсервировать в огромных масштабах, поэтому она должна быть потреблена сразу
же после получения. Поэтому существует необходимость в передаче электроэнергии
на большие расстояния. Однако при передаче электроэнергии неизбежны потери
энергии, так как ток, проходя по проводам линии, нагревает их. Энергия тока,
идущая на нагревание проводов линии передачи, является потерянной энергией.
Чтобы
передача электрической энергии была экономически выгодной, необходимо потери на
нагревание проводов сделать возможно малыми. Но как это осуществить? Закон
Джоуля — Ленца указывает на два различных пути решения этой проблемы. Один путь
— уменьшить сопротивление проводов линии передачи. Это можно сделать, взяв
провода с большим сечением. Выясним на примере осуществимо ли это практически.
Пусть
на электростанции установлен генератор постоянного тока мощностью 200 кВт,
создающий напряжение 120 В. Требуется передать вырабатываемую генератором
энергию на расстояние 10 км от станции.
Какого сечения нужно взять медные провода,
чтобы потери в линии передачи не превышали 10 % от передаваемой мощности?
Практически
это значит, что такой способ передачи энергии невозможен.
Другой
путь, ведущий к уменьшению потерь энергии в линии передачи, заключается в
уменьшении тока в линии передачи. Но при данной мощности уменьшение тока
возможно лишь при увеличении напряжения. Пусть теперь та же мощность в 200 кВт
передаётся при напряжении 12 кВ. Тогда сила тока в линии электропередач
составит примерно 16,67 А (то есть в сто раз меньше, чем в предыдущем случае). Так
как величина тока уменьшилась в сто раз, то при тех же потерях мощности в ЛЭП
сопротивление линии передачи увеличится в 1002
раз, то есть в 10 000. А вот сечение проводов в 10 000
раз уменьшиться и станет равным 4,86 мм2. Значит и вес меди, идущей
на изготовление провода, уменьшится в те же 10 000 раз. Следовательно,
передача энергии станет практически возможной.
Таким
образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо
пользоваться высоким напряжением.
При этом чем длиннее линия передачи, тем
более высокое напряжение в ней используется/
Поэтому при передаче энергии на большие расстояния приходится
повышать напряжение тока, получаемого от генераторов, что осуществляется при
помощи трансформаторов.
Трансформатор — это устройство, служащее для
преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.
Днём рождения трансформатора переменного тока считается 30
ноября 1876 года — это дата получения патента Павлом Николаевичем Яблочковым на
устройство, предназначенное для питания изобретённых им же электрических свечей
— нового в то время источника света.
В основе работы любого трансформатора лежит явление
электромагнитной индукции. Рассмотрим схему простейшего трансформатора. Итак,
он состоит из двух изолированных катушек (обмоток) с разным числом витков в
них. Обмотки находятся на сердечнике, который состоит из отдельных стальных
пластин, собранных в замкнутую раму той или иной формы.
Приложим к концам левой обмотки, которую мы будем называть первичной,
переменное напряжение (от сети или генератора).
По обмотке пойдёт переменный
ток, который намагнитит сталь сердечника, создав в нём переменный магнитный
поток. По мере нарастания тока будет расти и магнитный поток в сердечнике,
изменение которого возбудит в витках катушки ЭДС самоиндукции, мгновенное
значение которой равно первой производной магнитного потока через поверхность,
ограниченную одним витком, по времени:
Переменный магнитный поток, возникающий в сердечнике
трансформатора, пронизывает и витки вторичной обмотки, возбуждая в каждом из
них такую же по величине ЭДС индукции, что и в каждом витке первичной обмотки.
Если первичная обмотка имеет N1 витков, а
вторичная — N2 витков, то в обмотках индуцируются (без учёта
потерь на рассеивание магнитного потока) соответственно электродвижущие силы
«ЭДС один» и «ЭДС два»:
Разделив почленно первое уравнение на второе, получим, что возникающие
в катушках ЭДС индукции (самоиндукции) пропорциональны числу витков в них:
Обычно активное сопротивление обмоток катушек очень мало и им
часто пренебрегают.
Поэтому приложенное к концам первичной обмотки напряжение
можно считать примерно равным возникающей в ней ЭДС самоиндукции, взятой с
обратным знаком:
Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (это
так называемый холостой ход трансформатора), то тока в ней нет, и
напряжение на зажимах вторичной обмотки, равно индуцированной в ней ЭДС взятой
с обратным знаком:
Мгновенные значения обеих ЭДС изменяются синфазно (то есть
одновременно достигают максимумов и минимумов). Поэтому их значения можно
заменить отношением действующих значений ЭДС или, учитывая предыдущие
равенства, отношением действующих значений напряжений:
Величину К, равную отношению числа витков в первичной
обмотке к числу витков во вторичной обмотке, называют коэффициентом
трансформации.
В том случае, когда нужно повысить напряжение, вторичная
обмотка устраивается с большим числом витков (это повышающий трансформатор):
В случае же, когда надо понизить
напряжение, вторичная обмотка трансформатора берётся с меньшим числом витков (это
понижающий трансформатор):
Пока вторичная обмотка разомкнута, трансформатор работает
вхолостую.
При холостом ходе он потребляет небольшую энергию, так как ток,
намагничивающий стальной сердечник вследствие большой индуктивности катушки,
очень мал. Передача энергии из первичной цепи во вторичную при холостом ходе
отсутствует.
Нагрузим наш трансформатор, замкнув через нагрузку цепь его вторичной
обмотки (это так называемый рабочий ход трансформатора). В этом случае
происходит непрерывная передача энергии из первичной обмотки трансформатора в
его вторичную обмотку. При этом мощность, выделяемая в первичной цепи и
выделяемая на нагрузке, будут определяться уравнениями, представленными на
экране:
Напомним, что здесь cos φ определяет коэффициент
мощности переменного тока. Зная мощности тока в первичной и вторичной цепи трансформатора,
можно найти коэффициент полезного действия последнего:
Согласно закону сохранения и превращения энергии, мощность
тока во вторичной цепи должна бы быть равна мощности в первичной цепи:
В действительности же это равенство не соблюдается, так как
при работе трансформатора имеются потери на нагревание обмоток трансформатора,
на вихревые токи в сердечнике и на перемагничивание сердечника; однако потери
эти невелики и сдвиги фаз между колебаниями силы тока и напряжения близки к
нулю.
Поэтому трансформатор принадлежит к числу наиболее
совершенных преобразователей энергии. А их коэффициент полезного действия достигает
девяноста девяти процентов (99 %).
Иногда потерями в трансформаторе можно пренебречь и считать
его КПД равным 100 %. Тогда из равенства мощностей первичной и вторичной цепи
следует, что нагрузочные токи в первичной и вторичной обмотках
трансформатора обратно пропорциональны приложенным к ним напряжениям:
Это означает, что, повышая с помощью трансформатора
напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и
наоборот).
Для закрепления материала, решим с вами такую задачу. Трансформатор,
содержащий в первичной обмотке 350 витков, включён в сеть с напряжением 220 В. Ко вторичной обмотке трансформатора, имеющей 155
витков, включён потребитель сопротивлением 80 Ом. Какова сила тока во вторичной
цепи, если падение напряжения на потребителе равно 70 В? Чему равно
сопротивление вторичной катушки?
В заключение отметим, что напряжение, вырабатываемое
генераторами на различных электростанциях, обычно не превышает 20 кВ.
В то
время, как мы показали ранее, для оптимальной передачи электричества на большие
расстояния требуется напряжение в несколько сотен киловольт. Поэтому ток с
электростанции сначала подаётся на расположенную неподалёку повышающую трансформаторную
подстанцию, а затем — в линии электропередач. Но поскольку очень высокое
напряжение не может быть предложено потребителю, то в конце линии его подают
поочерёдно на несколько трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до 380
В или 220 В. И лишь потом электроэнергию получают жилые дома и предприятия.
Автомобильный генератор — инженерное мышление
Узнайте, как работает генератор. Это устройство является неотъемлемой частью электрической системы каждого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Итак, что он делает и как он работает. В этой статье мы рассмотрим типичный автомобильный генератор, чтобы понять, как он работает, основные части, а также почему и где мы их используем.
Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.
Что такое генератор переменного тока
Генератор переменного тока выглядит примерно так. Мы находим генератор в моторном отсеке автомобиля.
Генератор
Вал генератора соединен с двигателем через ремень и шкив. Когда двигатель работает, вал генератора вынужден вращаться, это вращение вырабатывает электричество.
Объяснение генератора переменного тока
Генератор переменного тока производит тип электричества, известный как переменный ток, поэтому он называется генератором переменного тока. При переменном токе ток электронов постоянно течет вперед и назад. Это тот же тип электричества, который вы найдете в розетках в своих домах, но напряжение в ваших домах намного выше.
Однако все электрические компоненты автомобиля используют другой тип электричества, известный как постоянный или постоянный ток. С этим типом электричества электроны движутся только в одном направлении, это то же самое, что и электричество, которое вы получаете от батареи.
Выпрямитель
Таким образом, генератор переменного тока преобразует переменный ток в постоянный через выпрямитель. Выходное напряжение генератора переменного тока зависит от скорости автомобиля, поэтому в генераторе переменного тока также используется регулятор, чтобы ограничить его и поддерживать почти постоянную выходную мощность.
Зачем нужен генератор
Каждому современному транспортному средству для работы требуется электричество, которое используется для питания таких вещей, как освещение, музыкальная система, электрические стеклоподъемники, стеклоочистители и т. д.
Электрические компоненты используют постоянный ток
Двигатель сжигает топливо. Это используется для вращения коленчатого вала и движения автомобиля вперед. Двигатель обеспечивает только механическую силу, он не производит электричество. Итак, нам нужен способ питания всех электрических устройств в автомобиле, и здесь на помощь приходит генератор переменного тока.
В моторном отсеке мы также находим 12-вольтовый свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор.
Это хранит энергию в виде химической энергии, а не электричество.
Автомобильный аккумулятор
Кстати, мы подробно рассмотрели, как работает автомобильный аккумулятор. ЗДЕСЬ
Когда двигатель выключен, аккумулятор питает электрические компоненты автомобиля. Хотя это разрядит батарею.
Когда автомобиль заводится, аккумулятор подает большой ток на стартер, который вращает маховик и запускает двигатель. Аккумулятор снова частично разряжается во время запуска из-за большого тока, необходимого для включения стартера.
Запуск двигателя
После запуска двигателя генератор переменного тока используется для подзарядки аккумулятора, чтобы накопить достаточно энергии для повторного запуска двигателя в будущем. Генератор переменного тока также питает электрические устройства автомобиля при работающем двигателе.
Двигатель работает
Если аккумулятор слишком долго разряжается, он не сможет обеспечить большой ток, необходимый для запуска стартера, и автомобиль необходимо будет запустить от внешнего источника.
Двигатель выключен
Основные части
Давайте посмотрим на основные части генератора. В передней части агрегата находим шкив. Это колесо с прорезанными в нем канавками, которые помогают захватывать ремень, обеспечивающий вращательное усилие от двигателя.
Шкив
Шкив крепится к валу, проходящему по всей длине генератора.
Внутренние компоненты удерживаются внутри основного корпуса. Корпус состоит из 2-х частей, передней и задней скобы. В корпусе есть несколько прорезей, через которые проходит воздух и отводится нежелательное тепло.
Корпус
В задней части устройства находятся электрические разъемы. Существует множество различных конструкций, но это пример простой 3-проводной схемы с внутренним регулятором и выпрямителем со следующими клеммами:
Клемма B. Это выход, который заряжает аккумулятор.
S-терминал. Это позволяет регулятору определять напряжение.
F терминал. Он подключен к зажиганию и обеспечивает начальную мощность электромагнита при запуске.
Клеммы
Чтобы замкнуть цепь, электричество течет обратно через раму автомобиля к отрицательной клемме аккумулятора или от нее.
Поскольку это устройство имеет внутренний регулятор и выпрямитель, мы находим эти компоненты на задней панели устройства, обычно под защитной крышкой. Вскоре мы увидим их более подробно.
Сняв корпус мы можем заглянуть внутрь блока. Первое, что мы видим, это статор. Статор неподвижен и не вращается.
Статор
Состоит из нескольких ламинированных листов с прорезями по внутреннему краю.
Ламинированный лист
Затем находим 3 отдельных комплекта медных проводов, которые намотаны между этими пазами в определенном порядке. Один конец каждой катушки соединен вместе, образуя нейтральную точку, это конфигурация звезды.
Конфигурация звезды
Каждый набор катушек будет производить одну фазу переменного тока, всего 3 фазы. Другой конец каждой катушки проходит через корпус и прикрепляется к выпрямителю.
Генератор переменного тока вырабатывает переменный ток, но аккумулятору и электрическим устройствам автомобиля нужен постоянный ток.
Таким образом, выпрямитель будет преобразовывать переменный ток в постоянный ток.
В центре генератора мы находим еще одну катушку провода, которая намотана на железный сердечник и соединена с валом. На валу также установлены два контактных кольца. Контактные кольца соединены с противоположными концами катушки. В задней части корпуса мы находим несколько щеток. Это подпружиненные углеродные блоки, которые выталкиваются наружу, чтобы тереться о контактные кольца, образуя электрическое соединение. Автомобильный аккумулятор изначально подает электричество на катушку через щетки. Когда электричество проходит через катушку, оно генерирует электромагнитное поле.
Центр Генератора
Чтобы усилить это электромагнитное поле, на каждом конце катушки размещены две железные клешни, которые сцепляются друг с другом. Один конец станет северным полюсом, другой станет южным полюсом.
Электромагнитное поле
Поскольку электромагнит крепится к валу ротора. Когда двигатель вращает вал, он также вращает электромагнит вокруг катушек статора.
Это заставит катушки статора генерировать ток, и таким образом вырабатывается электричество.
Когда генератор переменного тока вырабатывает электроэнергию, генератор переменного тока может самостоятельно питать электромагнит через три диода, которые преобразуют 3-фазное электричество переменного тока в постоянное.
Напряжение и ток, вырабатываемые генератором переменного тока, изменяются в зависимости от скорости автомобиля: чем быстрее движется автомобиль, тем быстрее вращается коленчатый вал и, следовательно, тем быстрее вращается генератор, что увеличивает напряжение и ток. Для управления этим используется другой компонент, называемый регулятором, который устанавливается на задней панели устройства.
Это плата с интегральной схемой, которая контролирует выходную мощность генератора переменного тока и изменяет ток, протекающий через электромагнит, чтобы контролировать его силу. Сила электромагнита может использоваться для изменения выходной мощности генератора переменного тока.
Регулятор
Как генерируется электричество в генераторе переменного тока
Электричество — это поток электронов в проводе. Медная проволока состоит из миллионов и миллионов атомов меди. У каждого атома есть свободный электрон. Это электрон, который может свободно перемещаться между другими атомами. Он движется к другим атомам сам по себе, но это происходит случайным образом во всех направлениях, что бесполезно для нас.
Нам нужно, чтобы много электронов двигались в одном направлении, и мы делаем это, применяя разность потенциалов на двух концах провода. Это заставляет электроны течь. Если мы перевернем батарею, электроны текут в противоположном направлении.
Когда электричество проходит по проводу, вокруг провода создается электромагнитное поле. Если мы поместим циркуль вокруг провода и пропустим через него ток, циркуль выровняется с магнитным полем. Если мы изменим направление тока, магнитное поле изменится на противоположное, и компас изменит направление.
Если проволоку свернуть в катушку, магнитное поле станет сильнее. Каждое поперечное сечение провода по-прежнему создает электромагнитное поле, но они объединяются, чтобы сформировать большее и сильное магнитное поле. Электромагнит создает северный и южный полюса, точно так же, как постоянный магнит, и мы можем увидеть это, снова используя компас. Если мы увеличим ток в катушке, электромагнитное поле увеличится.
Можно и наоборот. Если мы пропускаем магнит через катушку с проволокой, в катушке возникает ток. Циферблат на амперметре показывает, что ток течет в прямом направлении, следовательно, это генерирует постоянный или постоянный ток. Когда магнит перестает двигаться, циферблат возвращается к нулю. Когда магнит перемещается в противоположном направлении, ток течет в противоположном направлении, и циферблат показывает обратный ток.
Если мы несколько раз перемещаем магнит внутрь и наружу, ток будет чередоваться то вперед, то назад. Так генерируется переменный или переменный ток.
Ток переменный по направлению.
Если мы двигаем магнит быстрее, генерируется более сильный ток.
Если мы используем более сильный магнит, то ток также увеличивается.
Если мы используем большую катушку с большим количеством витков, то это также будет генерировать больший ток.
Вместо постоянного магнита мы могли бы использовать электромагнит. Когда мы перемещаем его внутрь и наружу, он также будет генерировать переменный ток в катушке. Но с электромагнитом мы можем регулировать ток и напряжение, чтобы изменять силу магнитного поля, это позволяет нам контролировать, сколько тока генерируется в катушке.
Вместо того, чтобы перемещать магнит в катушке и из нее, мы можем гораздо проще генерировать ток, вращая магнит и размещая вокруг него катушки. Самая сильная часть магнитного поля находится на концах, где сходятся силовые линии магнитного поля. Вы можете увидеть линии магнитного поля, посыпав магнит железными опилками.
Железные опилки над магнитом
Когда магнит находится между двумя катушками, ток не генерируется, но когда магнит начинает вращаться, самая сильная часть магнитного поля становится все ближе и ближе к катушке.
Катушка испытывает изменяющуюся интенсивность магнитного поля, это заставит все больше и больше электронов выталкиваться вперед до достижения максимальной интенсивности. Затем магнит начинает удаляться от катушки, поэтому магнитное поле начинает уменьшаться, а вместе с ним и ток электронов, пока снова не достигнет нуля. Теперь противоположный конец магнита начинает приближаться к катушке, и это тянет электроны в противоположном направлении, снова до точки максимума, а затем снова уменьшается до нуля. Итак, если мы нанесем этот ток на график, мы получим синусоидальную волну с током, протекающим в положительной, а затем в отрицательной областях. Эта установка дает нам однофазное питание переменного тока.
Синусоида
Но у нас есть все это пустое пространство между катушками, которое кажется пустой тратой времени. Итак, что мы можем сделать с этим пространством? Что ж, мы можем добавить больше катушек и создать больше фаз, чтобы обеспечить еще большую мощность.
Если мы поместим еще одну катушку с поворотом на 120 градусов от первой фазы, это даст нам вторую фазу.
Почему? Поскольку катушка находится под другим углом, она испытает изменение напряженности магнитного поля в разное время. Таким образом, ток будет течь вперед и назад в разное время. Это дает нам еще одну синусоиду, которая возникает в другое время.
Вторая фаза
У нас все еще есть пустое место, поэтому мы можем добавить еще один набор катушек на 120 градусов от предыдущего, чтобы создать третью фазу.
Если бы мы использовали только одну фазу, то при каждом обороте магнита половина времени ток течет вперед и половину времени ток течет назад. Но с тремя фазами у нас всегда есть фаза, которая течет вперед, и всегда есть фаза, которая течет назад. Это означает, что мы можем использовать это, чтобы обеспечить больше энергии.
Трехфазный
Вместо 3 отдельных катушек и 6 проводов, поскольку фазы всегда переключаются между прямым и обратным направлением, мы можем соединить концы катушек вместе. Затем ток будет свободно течь между каждой катушкой, поскольку он меняет направление.
Теперь мы производим 3-фазную электроэнергию переменного тока. Но все наши электрические цепи и компоненты в автомобиле используют постоянный или постоянный ток. Итак, нам нужно преобразовать переменный ток в постоянный, и для этого мы используем мостовой выпрямитель.
По сути, это всего лишь 6 диодов, соединенных попарно и соединенных параллельно. Если вы не знаете, диоды пропускают ток только в одном направлении и блокируют ток в обратном направлении. Таким образом, при однофазном питании при каждом обороте магнита ток будет течь только на половине оборота, а другая половина будет полностью заблокирована.
Full Bridge Rectifier
Если мы подключили каждую из 3 фаз отдельно к диоду, то ток будет течь или блокироваться в разное время. Следовательно, мы можем объединить фазы в блок диодов, и будет пропущена только фаза, ближайшая к ее максимуму. Давая нам немного грубый выход постоянного тока. Чтобы сгладить это, мы можем подключить конденсатор, который в основном будет поглощать электроны, а затем автоматически выбрасывать электроны, чтобы поддерживать постоянный выход.
Это дает нам постоянный источник постоянного тока.
Кстати, о диодах, конденсаторах и инверторах мы уже подробно рассказывали ранее. Проверьте это здесь — ДИОДЫ, КОНДЕНСАТОРЫ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПИТАНИЯ.
Итак, теперь у нас есть выход постоянного тока. Но если магнит подсоединить к двигателю и машина разгоняется, то магнит будет вращаться быстрее, что увеличит выходное напряжение и ток. Мы не хотим этого, потому что это убьет все наши электронные компоненты в автомобиле. Итак, нам нужен способ регулирования напряжения.
Если вы помните, мы видели, что с помощью электромагнита мы можем увеличивать или уменьшать напряженность электромагнитного поля, изменяя напряжение. И, изменяя силу магнита, мы можем изменять напряжение и ток, генерируемые в катушке.
Вот почему в генераторе переменного тока используется электромагнит, чтобы он мог управлять выходной мощностью. Автомобильный аккумулятор питает электромагнит. Хотя в большинстве современных генераторов переменного тока будет использоваться трио диодов, которое преобразует переменный ток генератора переменного тока в постоянный ток и питает электромагнит через регулятор напряжения, когда генератор переменного тока вырабатывает электричество.
В блоке питания электромагнита внутри регулятора мы находим компонент, известный как транзистор. Датчик напряжения также подключен к регулятору.
Транзистор
Транзистор представляет собой тип электронного переключателя, который может включаться и выключаться тысячи раз в секунду с помощью контроллера. Это можно использовать для контроля количества протекающего тока.
Если мы представим, что ток, протекающий через катушку от батареи, находится на максимальном уровне в течение заданного периода времени, тогда мы получим 100% ток и электромагнит на 100% силы. Но если мы теперь используем переключатель, чтобы электричество текло только половину времени, то мы получаем 50% тока и, следовательно, электромагнит имеет только 50% своей силы.
Таким образом, измеряя мощность генератора переменного тока, а затем изменяя время открытия и закрытия транзисторного ключа, мы можем контролировать ток, протекающий через катушку, и силу электромагнита. Это контролирует, сколько электроэнергии вырабатывается генератором для поддержания постоянной мощности.
Но теперь, когда вы все заряжены, оформите заказ Squarespace.com , чтобы создать свое собственное веб-присутствие в Интернете, которое наполнено функциями, позволяющими людям запускать, делиться и продвигать свои собственные проекты.
Существуют мощные инструменты для ведения блога, позволяющие демонстрировать фотографии, видео и обновления о ваших проектах.
Вы можете легко планировать встречи для занятий и сессий с членами команды и клиентами с помощью встроенного инструмента. И вы даже можете собирать платежи или пожертвования, чтобы помочь поддержать ваше дело.
Посетите сайт Squarespace.com, чтобы получить бесплатную пробную версию, а когда будете готовы к запуску, перейдите по адресу Squarespace.com/engineeringmindset , чтобы сэкономить 10% на первой покупке веб-сайта или домена.
генератор | электротехника | Британика
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- В этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
- Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории. - Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
