Все об электрогенераторах
Содержание:
- Как сделать своими руками?
- Как работает генератор авто
- Для чего в генераторе регулятор напряжения?
- Неисправности автогенераторов и способы их устранения
- Как проверить работоспособность генератора автомобиля
- Эффект электромагнитной индукции
- Правила работы вредного генератора (по словам Остера)
- Терминология
- Устройство генератора переменного тока
- Классификация и виды агрегатов
- Инструкция по замене своими руками
- Основное предназначение
Как сделать своими руками?
Для начала стоит уточнить, что с нуля создать асинхронную мобильную станцию не получится. Максимум, что можно сделать, – это изготовить ротор без переделки или модернизировать двигатель асинхронного типа в альтернативную конструкцию.
Для проведения работ по модернизации ротора достаточно запастись готовым статором от мотора и провести ряд экспериментов. Главная идея сборки самодельного генератора заключается в использовании неодимовых магнитов. С их помощью удастся обеспечить ротор необходимым количеством полюсов для выработки электрической энергии.
Посредством наклеивания магнитов на заготовку, которую предварительно необходимо посадить на вал, и соблюдения полярности и угла сдвига получится добиться нужного результата. Магнитов потребуется много, минимальное количество составляет 128 штук. Готовая конструкция ротора подгоняется к статору. При выполнении этой процедуры необходимо предусмотреть зазор между зубцами и магнитными полюсами ротора. Он должен быть минимальным.
В процессе важно регулярно охлаждать конструкцию, чтобы предотвратить появление деформаций и утерю магнитных свойств. Если все сделано правильно, то генератор будет работать исправно
В процессе создания асинхронного генератора может возникнуть только одна проблема. В домашних условиях трудно изготовить идеальную конструкцию ротора, поэтому если есть возможность воспользоваться токарным станком, то лучше ею не пренебрегать. Кроме того, на подгонку деталей и их доработку потребуется много времени.
Еще один вариант, с помощью которого можно получить генератор, – это преобразование асинхронного двигателя, используемого в автомобилях. Дополнительно следует приобрести электромагнит, мощность которого будет соответствовать требованиям по отношению к будущему оборудованию. Стоит отметить, что при поиске двигателя нужно учитывать, чтобы его мощность была на половину выше показателя, которого хочется добиться в генераторе.
Чтобы получить нужную конструкцию и организовать ее эффективную работу, потребуется приобрести 3 модели конденсаторов. Каждый элемент должен быть способен выдержать напряжение в 600 и более В.
Реактивная мощность генератора асинхронного типа имеет связь с емкостью конденсатора, поэтому вычислить ее можно по формуле. Стоит отметить, что при повышении нагрузки мощность генератора растет. Таким образом, чтобы добиться стабильного напряжения в сети, потребуется увеличить емкость конденсаторов.
Про принцип работы асинхронного генератора смотрите в следующем видео.
Как работает генератор авто
Схема работы генератора следующая: при повороте ключа в замке зажигания включается электросеть. Напряжение с аккумулятора поступает на регулятор, который в свою очередь, передает его на медные токосъемные кольца, конечный потребитель — обмотка возбуждения ротора. С момента вращения коленвала двигателя, через ременную передачу начинает вращаться вал ротора, создается электромагнитное поле. Ротор образует переменный ток, при достижении определенных оборотов обмотка возбуждения питается с самого генератора а не с АКБ.
Далее переменный ток поступает на диодный мост, где происходит процесс “выравнивания”. Регулятор напряжения следит за режимом работы ротора, при необходимости меняет напряжение обмотки возбуждения. Таким образом, при условии исправных деталей, на аккумулятор поступает стабильный ток, обеспечивающий бортовую сеть необходимым напряжением.
На панель приборов более современных авто выведен индикатор АКБ, который указывает на состояние генератора также (загорается при обрыве ремня или перезарядке). Такие автомобили как ВАЗ 2101-07, АЗЛК-2140, и другая советская “техника”, имеют стрелочный индикатор, амперметр или вольтметр, благодаря чему можно следить за состоянием генератора всегда.
Для чего в генераторе регулятор напряжения?
При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.
Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.
Неисправности автогенераторов и способы их устранения
При работе генераторов могут возникать неисправности механического и электрического характера. Зачастую одна вовремя не исправленная поломка становится причиной других.
Признаки повреждения генератора:
- мигание или постоянная работа лампы зарядки при работающем моторе;
- недостаточная зарядка или перезаряд аккумулятора;
- тусклый свет внешней световой сигнализации;
- пульсации свечения ламп;
- значительное увеличение яркости свечения ламп при повышении оборотов;
- посторонние звуки, источником которых является генератор или привод.
Механические поломки
Распространенные неисправности механического характера:
- появление трещин на приводном шкиве;
- обрыв ремня привода;
- износ подшипников якоря, который приводит к заклиниванию генератора.
Трещины и сколы на шкиве обнаруживаются при визуальном осмотре узла. Острые кромки начинают разрушать приводной ремень, который может сойти со шкива по поврежденным кромкам. Поломанный или лопнувший шкив требуется заменить новым, ремонт узла невозможен. Новый шкив должен иметь такие же геометрические параметры, как и изношенный.
Поврежденные подшипники якоря начинают издавать при работе характерный свист. Затягивать с ремонтом не следует, поскольку нарушается режим работы генератора из-за изменения зазора между якорем и статором. В итоге якорь может заклинить, что приведет к обрыву ремня и повреждениям щеток и обмотки.
Электрические поломки
Поломки электрической части генераторов:
- истирание токосъемных щеток;
- протирание коллекторной части ротора генератора;
- выход из строя регулятора напряжения;
- межвитковые замыкания обмотки статора;
- выгорание выпрямительного диодного моста;
- разрушение соединительной проводки;
- обгорание или окисление мест подключения проводки.
Для проверки работоспособности генератора применяется мультиметр или вольтметр, предназначенный для измерения постоянного напряжения 0-20 В. Перед началом замеров рекомендуется прогреть агрегат, дав ему поработать 10-15 минут при холостых оборотах двигателя и работающем потребителе (например, ближнем свете фар). Замер напряжения между положительной клеммой генератора и массой автомобиля должен показать значение в пределах 13,5-14,5 В. Более точная информация имеется в инструкции по ремонту и обслуживанию машины. При отклонении напряжения от норматива требуется замена реле-регулятора.
Проверка напряжения на клеммах батареи позволяет обнаружить повреждения соединительной проводки. Для полноценного замера требуется увеличить обороты двигателя до высоких и подключить мощные потребители энергии (например, дальний свет фар, обогревы стекол и сидений). В этом случае напряжение должно быть близким к значению на реле-регуляторе. В противном случае требуется провести проверку проводов и точек подключения.
Исправность диодного моста проверяется путем установки мультиметра на положительный вывод генератора и массу в режиме замера переменного тока. Значение напряжения должно находиться в пределах до 0,5 В. Более высокое напряжение является признаком неисправности диодного моста.
Процесс замены генератора на Форд Фокус 2 показан в видео, предоставленном каналом «Азбука Форд».
Замер пробоев обмоток генератора производится при отключенном аккумуляторе и отсоединенной от положительной клеммы устройства проводке. Тестер, переключенный в режим амперметра, подключается между клеммой и проводкой. Допустимым считается значение до 0,5 мА. При повышенном токе возможен пробой деталей диодного моста либо обмоток.
Для проверки обмоток возбуждения необходимо снять генератор с автомобиля. Работы ведутся при удаленном регуляторе напряжения и щеточном узле. Перед началом проверки контактные кольца очищаются от грязи. Тестирование выполняется мультиметром, переведенным в режим омметра. Подключение ведется к контактным кольцам. Нормальное значение сопротивления находится в интервале 5-10 Ом. Для замера пробоя на массу омметр цепляется к кольцам и корпусу. В исправном состоянии значение сопротивления будет бесконечным, при иных значениях — имеется пробой.
Категорически запрещается проверять работу генераторов методом короткого замыкания. Подобные действия приводят к выходу из строя не только агрегата, но и электронных блоков. Диагностику устройства рекомендуется проводить на стендах, имеющихся в специализированных центрах. Самостоятельные действия могут стать причиной дорогостоящего ремонта.
Как проверить работоспособность генератора автомобиля
Для того чтобы ответить на вопрос как проверить генератор на работоспособность или так сказать на правильность выдаваемого напряжения на выходе, а также и регулятор напряжения генератора – так как работают они сообща вам потребуется простой мультиметр, выставляете его в положение измерения постоянного тока на предел 20вольт и выше и произведите замеры на выходе генератора.
При этом отключать никакие приборы и провода не нужно, проверка проводится в естественных условиях и при этом вы должны увидеть цифры приблизительно 13.9 -16 вольт, так же можно давать скидку на погрешность прибора в пределах 0.5, то есть у вас показало 13.5 вольта то у вас скорее всего норма, возможно у вас реально 13.9 но прибор особенно китайские мультиметры могут давать погрешность и довольно существенную.
Поэтому по возможности лучше перемерять двумя разными мультиметрами от разных производителей и уже оттуда вывести среднюю величину, если данные не будут совпадать.
Эффект электромагнитной индукции
Основой появления в проводнике электрического тока является электродвижущая сила — ЭДС. Она способна заставить перемещаться заряженные частицы, которых много в любом металле. Эта сила появляется только в случае, если проводник испытывает на себе изменение интенсивности магнитного поля. Сам эффект получил название электромагнитной индукции. ЭДС тем больше, чем больше скорость изменения потока магнитных волн. То есть, можно возле постоянного магнита перемещать проводник, или на неподвижный провод влиять полем электромагнита, меняя его силу, эффект будет один и тот же – в проводнике появится электрический ток.
Над этим вопросом в первой половине XIX века работали ученые Эрстед и Фарадей. Они же и открыли это физическое явление. В последствии на основе электромагнитной индукции были созданы генераторы тока и электродвигатели. Интересно, что эти машины легко могут быть преобразованы друг в друга.
Правила работы вредного генератора (по словам Остера)
Правила работы вредного генератора
Вот ключевые правила, которые, если им следовать, легко отключат генератор как можно скорее:
- Принцип «переполюсовки» — меняйте местами кабели аккумулятора, и в генераторе вы организуете необычную яркую вспышку, а также выходящее из нее светлое облако. При этом вы почувствуете незабываемое акустическое удовольствие, слушая щелчки и шипение, а также удивительный запах горящих проводов, а главное — курение 1–3 градусов, в зависимости от ваших амбиций. Эта «фокусировка» частично подавляет диодный мост, статор и регулятор, к счастью, зажигание автомобиля имеет шанс 1: 1000. Комбинация устройств, бортового компьютера, магнитофона и других элементов бортовой сети может быть отключена «со стороны». Достоинство — освоено новичками без долгих теорий;
- Принцип мойки — мойте силовой агрегат как можно чаще и чаще, используя большое количество воды и пены, особенно на генераторе и стартере. Главное, что поток воды обильно промывает генератор изнутри, категорически запрещается сушить, сразу запускать двигатель, включать всех потребителей энергии и наблюдать за эффектами. Если нет, повторите процедуру. Достоинство — сгоревший «ген» будет чистым;
- старомодный метод — главное правило — вытягивать проволоку из зажима «+» для проверки нагрузки на работающий двигатель! Вероятность выхода из строя всех типов реле 50:50, главное — обеспечить множество искр для эффекта, а также включить все, что питается от электричества;
- «Пролетая» по лужам — многие даже не осознают, что применяют этот принцип под дождем. Самое главное — всегда быть уверенным, что ваш автомобиль несопоставим с водонепроницаемостью подводной лодки, чем глубже лужа — тем ярче эффект. Важно выбрать скорость, с которой в моторный отсек поступает больше воды, главное — выбросить все пластиковые крышки и защитные кожухи! Основным преимуществом является то, что трюк можно повторить везде, где есть вода (даже ручьи и реки), не выходя из машины;
- «Любитель музыки» — вам нужно установить самое дорогое радио, но желательно два, столько же динамиков, несколько десятков минимум, усилители и несколько сабвуферов, включить любимую музыку на полной громкости, когда двигатель работает, если дым не выходит из-под капота, а воздух остается чистым, значит что вы купили слишком дешевое оборудование;
- «Старая батарея» — метод требует некоторых знаний физики, хотя бы закона Ома. Мы берем самую старую батарею, и чем она старше, тем больше вероятность, что это будет закрытая банка. Возможно, аккумулятор подаст признаки тяжелой работы, он наверняка потребит огромное количество энергии, но инжектор будет работать нестабильно, и вы можете забыть о светофоре. Главное — больше использовать старую батарею — эффект не продлится долго.
Терминология
Ранний генератор Ганца в Звевегеме , Западная Фландрия , Бельгия
Электромагнитные генераторы делятся на две большие категории: динамо-машины и генераторы переменного тока.
- Динамо генерирует пульсирующий постоянный ток за счет использования коммутатора .
- Генераторы вырабатывают переменный ток .
Механически генератор состоит из вращающейся части и неподвижной части:
- Ротор : вращающаяся часть электрической машины .
- Статор : неподвижная часть электрической машины, которая окружает ротор.
Одна из этих частей генерирует магнитное поле, другая имеет проволочную обмотку, в которой изменяющееся поле индуцирует электрический ток:
- Обмотка возбуждения или полевые (постоянные) магниты: компонент электрической машины, создающий магнитное поле . Магнитное поле динамо-машины или генератора переменного тока может создаваться либо проволочными обмотками, называемыми катушками возбуждения, либо постоянными магнитами . Генераторы с электрическим возбуждением включают систему возбуждения для создания потока поля. Генератор, использующий постоянные магниты (PM), иногда называют магнето или синхронным генератором с постоянными магнитами (PMSM).
- Якорь : компонент электрической машины, производящий энергию. В генераторе, генераторе переменного тока или динамо-машине обмотки якоря генерируют электрический ток, который обеспечивает питание внешней цепи.
Якорь может находиться либо на роторе, либо на статоре, в зависимости от конструкции, с катушкой возбуждения или магнитом на другой части.
Устройство генератора переменного тока
Схематическое устройство однофазного генератора переменного тока. Генератор с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором.
Автомобильный генератор переменного тока в разрезе. Видны полюсные наконечники.
К трёхфазному генератору (соединение «звездой») подключена активная нагрузка (соединение «звездой»), нейтральный провод отсутствует.
По конструкции можно выделить:
- генераторы с неподвижными магнитными полюсами и вращающимся якорем;
- генераторы с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором.
Последние получили большее распространение, так как благодаря неподвижности статорной обмотки отпадает необходимость снимать с ротора большой ток высокого напряжения с использованием скользящих контактов (щёток) и контактных колец.
Подвижная часть генератора называется ротор, а неподвижная — статор.
Статор собирается из отдельных железных листов, изолированных друг от друга. На внутренней поверхности статора имеются пазы, куда вкладываются провода статорной обмотки генератора.
Ротор изготавливается, обычно, из сплошного железа, полюсные наконечники магнитных полюсов ротора собираются из листового железа. При вращении между статором и полюсными наконечниками ротора присутствует минимальный зазор, для создания максимально возможной магнитной индукции. Геометрическая форма полюсных наконечников подбирается такой, чтобы вырабатываемый генератором ток был наиболее близок к синусоидальному.
На сердечники полюсов посажены катушки возбуждения, питаемые постоянным током. Постоянный ток подводится с помощью щёток к контактным кольцам, расположенным на валу генератора.
По способу возбуждения генераторы переменного тока делятся на:
- генераторы, обмотки возбуждения которых питаются постоянным током от постороннего источника электрической энергии, например от аккумуляторной батареи (генераторы с независимым возбуждением).
- генераторы, обмотки возбуждения которых питаются от постороннего генератора постоянного тока малой мощности (возбудителя), сидящего на одном валу с обслуживаемым им генератором.
- генераторы, обмотки возбуждения которых питаются выпрямленным током самих же генераторов (генераторы с самовозбуждением). См также бесщёточный синхронный генератор.
- генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.
Конструктивно можно выделить:
- генераторы с явно выраженными полюсами;
- генераторы с неявно выраженными полюсами.
По количеству фаз можно выделить:
- Однофазные генераторы. См. также конденсаторный двигатель, однофазный двигатель.
- Двухфазные генераторы. См. также двухфазная электрическая сеть, двухфазный двигатель.
- Трёхфазные генераторы. См. также трёхфазная система электроснабжения, трёхфазный двигатель.
По соединению фазных обмоток трёхфазного генератора:
- шестипроводная система Тесла (практического значения не имеет);
- соединение «звездой»;
- соединение «треугольником»;
- соединение «Славянка», сочетающее шесть обмоток в виде одной «звезды» и одного «треугольника» на одном статоре.
Наиболее распространено соединение «звездой» с нейтральным проводом (четырёхпроводная схема), позволяющее легко компенсировать фазовые перекосы и исключающее появление постоянной составляющей и паразитных кольцевых токов в обмотках генератора, приводящих к потерям энергии и перегреву.
Так как на практике в электросетях с множеством мелких потребителей нагрузка на разные фазы не является симметричной (подключается разная электрическая мощность, или например, активная нагрузка на одной фазе, а на другой индуктивная или ёмкостная, то при соединении «треугольником» или «звездой» без нейтрального провода можно получить такое неприятное явление как «перекос фаз», например, лампы накаливания, подключенные к одной из фаз, слабо светятся, а на другие фазы подаётся чрезмерно большое электрическое напряжение и включенные приборы благополучно «сгорают».
К трёхфазному генератору (соединение «звездой») подключена активная нагрузка (соединение «звездой») с нейтральным проводом.
К трёхфазному генератору (соединение «треугольником») подключена активная нагрузка (соединение «треугольником»).
Классификация и виды агрегатов
Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.
По принципу работы
Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.
Асинхронный
У асинхронных электрогенераторов нет точной зависимости ЭДС от частоты вращения ротора, но здесь работает такой термин, как «скольжение S». Оно определяет эту разницу. Величина скольжения вычисляется, поэтому некоторое влияние элементов генератора в электромеханическом процессе асинхронного двигателя все же есть.
Синхронный
Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.
По типу топлива двигателя
Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.
Газовый генератор
В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:
- Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
- Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
- Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
- Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.
Дизельный генератор
Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:
- Относительная дешевизна топлива;
- Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
- Высокий уровень противопожарной безопасности;
- В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
- Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.
Бензогенератор
Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:
- Малые габариты при высокой мощности;
- Просты в эксплуатации: большинство моделей можно запустить вручную, а более мощные генераторы оснащены стартером. Регулируется напряжение под определенную нагрузку при помощи специального винта;
- В случае перегрузки генератора автоматически срабатывает защита;
- Просты в обслуживании и ремонте;
- Во время работы не издают много шума;
- Можно применять и в помещении, и на улице, но следует защищать от попадания влаги.
Инструкция по замене своими руками
Замена щеток генератора не предполагает наличия особых навыков, средств и даже времени.
Поэтапная схема действий проста:
- Необходимо снять клеммы с АКБ.
- Демонтировать регулятор, который обычно находится с противоположной стороны от генератора.
- Прочистить держатель от грязи и пыли. Нелишней будет очистка пружин и контактного кольца, которые выполняют фиксирующие свойства.
- В некоторых случаях целесообразно будет произвести притирку углевых устройств к коллектору. Это можно исполнить благодаря мелкой стеклянной шкурке с небольшой зернистостью.
- После этого меняем старую щетку на новую. Щеточный держатель должен помогать детали скользить свободно, то есть щеткодержатель не должен прилегать плотно.
- После этого в обратном порядке собрать щеточный узел и вернуть на место минусовой провод аккумуляторной батареи.
Щеточный узел
Цена вопроса
Ниже на фотографиях можно увидеть, что именно из себя представляют механизмы, о которых было сказано выше, а также узнать цену.
Основное предназначение
Генераторы широко используются для производства электроэнергии и представляют собой огромные машины, вырабатывающие ток высокой мощности. Однако не все разновидности имеют такие габариты. Устройства, применяемые в автотранспорте, используются в качестве источников U. Это очень удобно, так как ходовая часть транспорта совершает механические движения и глупо не воспользоваться этим видом энергии для вращения ЭГ.
Генераторы трёхфазного типа переменного тока применяются вместе с мостовым выпрямителем и используются для зарядки аккумулятора. Кроме того, они используются для питания электропотребителей, например, системы зажигания, световой сигнализации и освещения, бортового компьютера и так далее. Подключается устройство к регулятору U, благодаря которому величина U остается постоянной. В авто применяются устройства переменного тока, так как они имеют меньшие размеры относительно своих собратьев — ЭГ постоянного U.