Зависимость напряжения генератора переменного тока от частоты вращения ротора

Шпаргалки к экзаменам и зачётам

студентам и школьникам

• 
• 
• 

Шпаргалки по электрооборудованию — Работа генераторов переменного тока

Работа генераторов переменного тока, зависимость изменения напряжения генератора от частоты вращения ротора генератора.

Преобразование механической энергии, которую автомобильный генератор получает от двигателя внутреннего сгорания через ременную передачу, в электрическую происходит, как и в любом генераторе, в соответствии с яв­лением электромагнитной индукции. Суть явления состоит в том, что, если изменять магнитный поток, пронизывающий катушку, витки которой выпол­нены из проводящего материала, например, медного провода, то на выводах катушки появляется электрическое напряжение, равное произведению чис­ла ее витков на скорость изменения магнитного потока. Совокупность таких катушек образует в генераторе обмотку статора. Возможны два варианта изменения магнитного потока: по величине и направлению, что обеспечива­ется в щеточной конструкции вентильного генератора, или только по вели­чине, что характерно для индукторного бесщеточного генератора. Для обра­зования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электри­ческий ток. Эта катушка образует обмотку возбуждения. Сталь, в отличие от воздуха, хорошо проводит магнитный поток. Поэтому основные узлы генера­тора, в которых происходит преобразование механической энергии в элект­рическую, состоят из стальных участков и обмоток, в которых создается магнитный поток при протекании в них электрического тока (обмотка возбу­ждения), и возникает электрический ток при изменении этого потока (обмот­ка статора).

Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор, главную неподвижную часть, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторы­ми другими деталями (валом, контактными кольцами) — ротор, главную враща­ющуюся часть.

Питание обмотки возбуждения осуществляется от источника постоянного то­ка, например, от аккумуляторной батареи или от самого генератора. В последнем случае генератор работает на самовозбуждении, его первоначальное напряже­ние образуется за счет остаточного магнитного потока, который создается стальными частями ротора даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Это напряжение вызывает появление электрического тока в обмотке возбужде­ния, в результате чего магнитный поток усиливается и вызывает лавинный про­цесс возбуждения генератора. Однако самовозбуждение генератора происходит на слишком высоких частотах вращения ротора. Поэтому в схему генераторной установки, если обмотка возбуждения не соединена с аккумуляторной батареей, вводят такое соединение через контрольную лампу мощностью 2-3 Вт. Небольшой ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, обеспечивает возбуждение генератора при низких частотах вращения ротора. При работе ге­нератора напротив катушек обмотки статора устанавливается то южный, то се­верный полюс ротора, при этом направление магнитного потока, пронизываю­щего катушку, изменяется, что и вызывает появление в ней переменного напря­жения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора п и числа пар полюсов р генератора:

f =

Зависимость изменения силы тока генератора от частоты вращения ротора и нагрузки.

У всех автомобильных генераторов отечественного производства и, за редким исключением, генераторов зарубежных фирм шесть пар полюсов, при этом ча­стота переменного тока в обмотке статора, выраженная в Гц, меньше частоты вращения ротора генератора, измеряемой в мин -1 , в 10 раз.

С учетом передаточного числа ременной передачи i от двигателя к генерато­ру, частота переменного тока, выраженная через частоту вращения коленчато­го вала двигателя п_дв определяется соотношением:

f = 0,1 х i

Следовательно, по частоте переменного тока генератора можно измерять ча­стоту вращения коленчатого вала двигателя, что и используется в реальных схемах подключением тахометра или любого другого устройства, реагирующего на частоту вращения коленчатого вала, к выводу обмотки статора.

Источник

Простейший асинхронный генератор тока

20 октября 2019

Время на чтение:

Чтобы преобразовать механическую силу в электрическую энергию, используется генератор напряжения. При рассмотрении устройства важно затронуть тему принципа работы и технических характеристик. Учитываются типы установок и схема генератора.

Описание устройства

Простейший генератор тока представляет собой установку с проволочной катушкой. Ветки между собой пересекаются и во время движения электроны начинают перемещаться. Действие элементов производится относительно полюсов магнитов. Основная задача — индицирование электрического тока. Если обратиться к истории, ранее существовали такие разновидности:

• динамо-машина Йедлика;
• диск Фарадея;
• динамо-машина;
• электрические модули с вращением.

Динамо-машина

Базовый принцип работы

Для примера рекомендуется рассмотреть асинхронный генератор, который состоит из следующих элементов:

• ротор;
• подвижный якорь;
• встроенный статор;
• обмотка;
• прочный стержень;
• кольца;
• корпус;
• пластины;
• сердечник ротора.

Принцип работы построен на преобразовании механической энергии. Уровень электрического тока зависит от скорости вращения генератора. Процесс начинается с вращения ротора. На модуль действует магнитное поле и приводится в действие пластина, а также обмотка статора. Катушка испытывает нагрузки, и в цепи появляется ток.

Катушка в цепи

Основная задача на этом этапе — повышение выходной мощности. При увеличении скорости повышается показатель магнитной индукции. Она влияет на коэффициент полезного действия устройства.

Дополнительная информация! К катушке подведены контакты статора, есть возможность подключить проводники.

Технические характеристики

Рассматривая простой генератор напряжения, нужно учитывать следующие показатели:

• номинальная мощность;
• частота;
• токовая перегрузка;
• количество полюсов.

Если рассматривать генераторы, специалисты обращают внимание на амперы. Чтобы им управлять, используются регуляторы мощности. В отечественных автомобилях показатель находится на отметке 55 ампер.

Замер напряжения

Скорость вращения генератора

Скорость вращения генератора в синхронном, асинхронном двигателе зависит от следующих факторов:

Если взять модификацию на два полюса, при частоте 50 герц обеспечивает обороты 3000. Модификация на 6 полюсов при той же частоте дает обороты 1000. Устройство на 16 полюсов с частотой 50 герц обеспечивает обороты 375.

Виды и применение

Разделение устройств, происходит в зависимости от сети:

• постоянного тока;
• переменного тока.

Если рассматривать устройства переменного тока, они делятся на подгруппы:

• синхронные;
• асинхронные.

Асинхронный тип

Разделение модулей в зависимости от количества фаз:

Генераторы постоянного тока производятся с дополнительной обмоткой, предрасположены к большим нагрузкам. Они используются в металлургической промышленности. Установки функционируют по принципу электромагнитной индукции. К основным параметрам относят:

• количество оборотов;
• мощность;
• индуктивность;
• частота.

В установках используются катушки возбуждения. У них различная пропускная способность, учитывается количество контактов. Если разбирать мощные установки, у них имеется несколько колец, которые изолированы между собой. Для контроля электрического напряжения, применяется выпрямитель.

Выпрямитель в цепи

У якоря используются щётки, которые не соприкасаются между собой. При работе отслеживается уровень напряжения на контуре. В нормальном состоянии показатель имеет нулевое значение. Отдельный вопрос — выбор полярности. К второстепенным показателям приписывают синусоидальное напряжение.

• функционирует на холостом ходу;
• выдерживает значительную нагрузку;
• создаёт собственное магнитное поле;
• является компактным;
• при вращении элемента образуется магнитное поле.

Есть установки с несколькими якорями, которые поставляются с магнитными проводами. Основной показатель демонстрирует насыщенность напряжения в цепи. Если требуется определить электродвижущую силу, берётся в расчёт количество оборотов, а также полюсов.

Важно! Дополнительно в формуле рассчитывается показатель индуктивности. Есть варианты с параллельным и последовательным соединением элементов.

Обмотка на якоре может быть одинарной либо двойной, многое зависит от количества проводников. С целью расчета средней электродвижущей силы определяется мощность и частота. Это физическая величина, которая может быть определена лишь в квазистационарных цепях. Учитывается полезная мощность и максимальный уровень напряжения.

Виды генераторов постоянного тока:

• параллельные;
• последовательного возбуждения;
• смешанный тип.

Установки с параллельным возбуждением могут называться шунтами. Они отличаются небольшой мощностью. У элементов широкая сфера применения. Модули с последовательным возбуждением могут называться сериесными и поставляются для промышленных предприятий. У них используется постоянный магнит и нет проблем с нагрузкой.

Установки способны работать на холостом ходу, есть возможность регулировать электрическую нагрузку. При рассмотрении генераторов с независимым возбуждением учитываются следующие показатели:

• ток нагрузки;
• холостой ход;
• максимальная мощность;
• частота;
• электродвижущая сила;
• сопротивление.

К основным преимуществам генераторов постоянного тока стоит приписать независимое возбуждение. К минусам относят зависимость от источника питания. В 2019 году установки могут применяться в сильноточных агрегатах.

Сильноточные агрегаты

Если рассматривать регулировочные характеристики генераторов, учитывается тип нагрузки и постоянство частоты. Модификации с параллельным возбуждением имеют следующие особенности:

• не боятся коротких замыканий;
• быстрый прогрев якоря;
• питание установок;
• подходят для сварочных аппаратов.

Устройства переменного тока функционируют за счет вращения ротора. Модели используются в морских судах и частично в общественном транспорте. Синхронные модификации поставляются с блоками пусковой перегрузки. Элементы встречаются в персональных компьютерах и прочей электронике.

Рассматривая асинхронный генератор, принцип работы и устройство, можно заметить, что по конструкции он являются простым. Агрегаты устанавливаются на сварочную технику. Однофазные функционируют при напряжении 220 вольт, а трехфазные поставляются с параметром 380 вольт.

Интересно! Установки востребованы на промышленных объектах, где требуются модули высокой мощности.

Схема генератора переменного тока

Схема генератора переменного тока включает следующие элементы:

• центральный шкив;
• вентиляторы;
• ротор;
• обмотка держателя;
• контакты;
• щеткодержатель;
• элемент выпрямитель.

Меры безопасности

Осуществляя диагностику модуля, рекомендуется придерживаться правил:

• не замыкать контакты;
• не допускать попадания воды;
• отдельно хранить аккумулятор;
• следить за герметичностью конструкции;
• проверять уровень напряжения.

Во время снятия генератора проверяются комплектующие. Уделяется внимание правилам эксплуатации по инструкции. Установки функционируют в определенных режимах, оцениваются основные характеристики. Модули боятся соли и жидкостей. Установка генератора должна производиться специалистом.

Если подключать генератор к автомобилю, нужно проверить силовой выпрямитель. Необходимо вывести обмотки возбудителя, а также фазу. Отдельно проверяется регулятор напряжения. При установке запрещается производить проверку до момента полного подключения.

Выше подробно описано понятие генератора напряжения. Расписан базовый принцип работы и характеристики. Учитывается ампераж, скорость вращения и схема подключения.

Источник

82. Зависимость частоты генератора переменного тока от числа пар полюсов и скорости вращения ротора

При рассмотрении вопроса о получении переменного тока указывают, что за один оборот ротора индуктированная в проводниках обмотки генератора э. д. с. имела один период. Если ротор генератора делает, например, 5 об/сек, то э. д. с. будет иметь 5 пер/сек или частота тока генератора будет равна 5 гц. Следовательно, число оборотов в секунду ротора генератора численно равно частоте тока.

Частота тока f выражается следующим соотношением:

где n — число оборотов ротора в минуту.

Для получения от генератора стандартной частоты тока — 50 гц ротор должен делать 3000 об/мин, т. е.

Однако наши рассуждения были справедливы только для двухполюсного генератора, т. е. для машины с одной парой полюсов р.

Если машина четырехлолюсная, т. е. число пар полюсов равно двум: р=2 (фиг. 137), то один полный период изменения тока будет иметь место за пол-оборота ротора (1—5 положения проводника на чертеже). За второй полуоборот ротора ток будет иметь еще один период. Следовательно, за один оборот ротора четырехполюсной машины ток в проводнике имеет два периода. В шестиполюсной машине (р = 3) ток в проводнике за один оборот ротора будет иметь три периода.

Таким образом, для машин, имеющих р пар полюсов, частота тока при об/сек будет в р раз больше, чем для двухполюсной машины, т. е.

Отсюда формула для определения скорости вращения ротора будет иметь следующий вид:

Пример 3. Определить частоту переменного тока, получаемого от генератора с восемью полюсами (р=4), скорость вращения ротора которого n = 750 об/мин. Подставляя в формулу для определения частоты тока значение р и п. получим:

Пример 4. Определить скорость вращения ротора двадцатиполюсного генератора (р=10), если частотомер показал частоту тока f=25 гц. Подставляя в формулу для определения числа оборотов ротора п значения р и f, получим:

Пример 5. Ротор генератора, приводимого в движение водяной турбиной, делает 75 об/мин. Определить число полюсов генератора, если частота его тока 50 гц:

Источник

Снятие характеристик генератора

Зависимость напряжения генератора от частоты вращения ротора.Характеристика снимается без нагрузки. Снятие характеристики производят по схеме, изображенной на рис. 8, а. Подключив к обмотке возбуждения выключателем 5 аккумуляторную батарею, включают электродвигатель1 и, плавно увеличивая частоту вращения ротора генератора, снимают показания вольтметра через каждые 100 минˉ¹. Частота вращения контролируется тахометром 2. Характеристику снимаю до достижения напряжения 15. 16(30. 32) В.

Рис. 8. Схема для снятия характеристик генератора:

а — без нагрузки; б — с нагрузкой; 1— электродвигатель; 2 — тахометр; 3 — генератор;

4, 7 — амперметры: 5,6 — выключатели

Рис. 9. Характеристики генератора:

а — изменение напряжения Urот частоты вращения ротора п при Ir,= 0; 6 — изменение

силы тока нагрузки Ir, от частоты вращения ротора п при Ur= const

Полученные данные заносят в таблицу по форме

Частота вращения ротора, минˉ¹

Напряжение генератора, В

По данным этой таблицы строят график, на котором отмеча­ются величина номинального — напряжения и частота вращения ротора, при которой достигается это напряжение (рис. 9, а).

Зависимость силы тока нагрузки генератора от частоты вра­щения ротора. Характеристика снимается при постоянном напря­жении генератора, равном его номинальной величине (14 или 28 В). Снятие характеристики производят по схеме, изображен­ной на рис. 8, б. Подключают к обмотке возбуждения выключа­телем 5 аккумуляторную батарею, включают электродвигатель 1 и, плавно увеличивая частоту вращения ротора генератора, возбуждают генератор до номинального напряжения (14 или 28 В). Выключателем 6 подключают к генератору реостат на­грузки и, поддерживая за счет увеличения частоты вращения ротора напряжение генератора постоянным (14 или 28 В), с по­мощью реостата плавно нагружают генератор. При увеличении силы тока нагрузки на каждые 5 А снимают показания тахомет­ра 2. Сила тока контролируется амперметром 7.

Характеристику снимают до достижения генератором макси­мально возможной силы тока, когда при увеличении нагрузки сила тока не будет увеличиваться, а напряжение генератора при увеличении частоты вращения ротора будет снижаться.

Полученные данные заносят в таблицу по форме 3.

Сила тока нагрузки, А

Частота вращения ротора, минˉ¹

По данным таблицы строят график, на котором отмечают ве­личины контрольной и максимальной силы тока и частоты враще­ния ротора, при которых достигаются указанные параметры (см. рис, 9,6).

Примечание. Обе характеристики целесообразно строить так, чтобы масштабы частот вращения совпадали по вертикали.

Анализ характеристик позволяет понять принцип проверки генератора на холостом ходу и под нагрузкой.

Снятие этих характеристик можно производить на контрольно-испытательных стендах Э2II, 532-2М, 532-М и других.

Источник