У цій статті ми поговоримо про те як працює генератор змінного струму – основний компонент багатьох систем електропостачання або заряджання. Зокрема, ми розглянемо типовий автомобільний генератор змінного струму.
Ми зазирнемо всередину генератора змінного струму і розглянемо всі його окремі частини. Потім ми обговоримо, як ці частини працюють разом, щоб виконувати роботу, для якої призначений генератор.
Що таке генератор змінного струму?
Перш за все, давайте обговоримо, що таке генератор змінного струму та його призначення. За визначенням, генератор змінного струму – це пристрій, який перетворює механічну енергію в електричну енергію змінного струму.
В автомобілі двигун обертає приводний ремінь, який обертає шків, прикріплений до генератора. Але зачекайте… Хіба автомобілю не потрібна постійна напруга? Так, потрібна… але про це пізніше.
Генератор змінного струму фактично генерує енергію для автомобіля. Коли генератор обертається, він створює напругу постійного струму, головним чином, для зарядки акумуляторної батареї автомобіля. Акумулятор забезпечує струм, необхідний для запуску двигуна автомобіля.
Після того, як автомобіль запрацював, генератор допомагає, забезпечуючи живлення для роботи електричних систем автомобіля.
Як працює електромагніт: диво науки?
Генератор змінного струму проти генератора
У чому різниця? Як ми вже говорили раніше, генератор змінного струму – це пристрій, який перетворює механічну енергію в електричну енергію змінного струму. За визначенням, генератор – це механічний пристрій, який перетворює механічну енергію в електричну енергію змінного або постійного струму.
Отже, за визначенням, можна з упевненістю сказати, що генератор змінного струму – це генератор.
Основні компоненти та як працює генератор змінного струму
Як ви можете собі уявити, існують відмінності в конструкції генераторів змінного струму і, відповідно, різна кількість компонентів в залежності від виробника.
Генератори змінного струму мають три основні компоненти:
- ротор,
- статор і
- випрямляч.
Є й інші компоненти, і ми розглянемо їх по мірі того, як будемо просуватися в нашому обговоренні.
Ротор генератора змінного струму
Почнемо з ротора. Система шківів приводного ременя обертає ротор на валу під час роботи двигуна автомобіля.
В основі ротора лежить електромагніт. Отже, що таке електромагніт? Електромагніт складається з відрізка провідного дроту, обмотаного навколо шматка магнітного металу.
На намотаний дріт подається напруга, що створює в ньому струм. Це створює магнітне поле навколо витка. Як і у постійного магніту, у ротора є північний і південний полюси.
Ротор також має низку пальцевих полюсів, що чергуються з північним і південним, розміщених навколо обмоток збудження, які обертаються навколо залізного осердя на валу ротора.
Статор генератора змінного струму
Ротор поміщається всередині статора. Статор – це нерухома частина генератора. Ротор обертається всередині статора, фізично не торкаючись його. На кожному кінці валу знаходиться щітка і контактне кільце. Про них ми поговоримо пізніше.
Статор складається з трьох окремих обмоток, один кінець кожної з яких з’єднаний разом.
Обмотки статора рівномірно розташовані з інтервалом 120 градусів навколо залізного валу.
Гаразд … тепер у нас є ротор, що обертається всередині статора, який складається з трьох котушок дроту. Як це генерує напругу?
Мудрий вчений на ім’я Майкл Фарадей відкрив, що напруга може бути індукована в котушці дроту, якщо переміщати її через магнітне поле.
Якщо котушка дроту нерухома, як у статорі, ви отримаєте індуковану напругу в котушці, якщо ви перемістите магнітне поле повз котушку. Цікаво, що чим швидше змінюється магнітне поле, тим більша індукована напруга.
Ротор, що обертається всередині статора, викликає індуковану напругу на обмотках статора через магнітне поле, що обертається.
Щітки та контактні кільця
Зачекайте секунду… звідки береться магнітне поле? Ось тут і з’являються щітки та контактні кільця.
Пам’ятаєте, ми говорили раніше, що ротор – це електромагніт? Це так, якщо подати напругу на обмотку збудження. Як ми це робимо? Ми подаємо напругу на обмотку збудження через контактні кільця.
Ви можете запитати… Звідки береться напруга? Зачекайте!… ми скоро до цього дійдемо.
Гаразд… повернемося до нашого ротора електромагніту, що обертається всередині статора. У кожній обмотці статора буде індукована напруга. Індуковані напруги будуть змінного струму, оскільки полюс електромагніту змінюється під час обертання ротора.
В результаті ми отримуємо три напруги, кожна з яких зсунута по фазі на 120 градусів одна від одної через фізичне розташування обмоток навколо залізного сердечника статора.
Тепер ми маємо три напруги змінного струму, які виробляє наш ротор, що обертається. Але нам потрібна постійна напруга для зарядки акумулятора і роботи електричних пристроїв автомобіля.
Випрямляч генератора змінного струму
Гаразд… давайте подивимося, як генератор змінного струму автомобіля виробляє постійну напругу. Як ми перетворюємо змінний струм на постійний? За допомогою випрямляча. Що таке випрямляч? Випрямляч складається з декількох діодів.
Давайте подивимося, як працює діод. Якщо говорити дуже просто, то діод пропускає струм тільки в одному напрямку. Діод має дві клеми, анод і катод.
Якщо анод більш позитивний, ніж катод, струм буде текти через діод. Але якщо анод більш негативний, ніж катод, струм не буде проходити через діод.
Гаразд, давайте подивимося, що станеться, якщо ми подамо змінну напругу на ланцюг з діодом. Ми отримаємо на виході не змінну, а стрибкоподібну постійну напругу. Це не дуже гарна постійна напруга, але ми можемо виправити це пізніше.
Якщо ми перетворили змінний струм на постійний, ми виконали випрямлення. Отже, діод – це тип випрямляча.
Випрямляч генератора змінного струму має більше одного діода. Найчастіше випрямляч генератора змінного струму має шість діодів. Шість діодів встановлені в тепловідвідному матеріалі, щоб захистити їх від перегорання.
Чому так багато діодів? Згадаймо, що в обмотках статора виробляється три напруги змінного струму. Чому б не використати всі три напруги? Насправді діоди налаштовані таким чином, що ми випрямляємо і перетворюємо обидва напівперіоди кожної напруги статора в змінну напругу.
Тріо діодів
Пам’ятаєте, раніше в цій статті ми згадували про контактні кільця і щітки, які сидять на кінці валу ротора? Давайте поговоримо про те, що вони роблять.
Як ми вже говорили раніше, котушка збудження ротора – це електромагніт. Як вона стає електромагнітом? Напруга постійного струму подається через контактні кільця з двох різних джерел.
Перше джерело – від акумулятора, коли двигун запущено. Друге джерело – від самого генератора, коли ротор обертається, через компонент, який називається тріо діодів.
Гаразд… давайте обговоримо тріо діодів і ще один компонент, який називається регулятор напруги.
Тріо діодів бувають різних форм і розмірів, але всі вони мають три діоди всередині.
Так само, як і у випрямляча, вхідні клеми діодного тріо з’єднані з кожним виходом напруги статора. Вихідні клеми кожного діода з’єднані разом. Тріо діодів перетворює частину вихідної напруги статора в постійну напругу.
Регулятор напруги
Вихід діодного тріо подається на стабілізатор напруги і стає напругою живлення електромагніту ротора, коли двигун запущений і працює.
Як виглядає стабілізатор напруги? Як і випрямляч, стабілізатор напруги буває різних форм і розмірів, залежно від виробника та моделі генератора.
Отже, що робить стабілізатор? Якщо ви пам’ятаєте, чим швидше обертається ротор, тим більша напруга індукується в статорі.
Регулятор напруги – це електронний пристрій, який діє як монітор напруги генератора, оскільки він стежить за напругою акумулятора.
Мета регулятора напруги – відрегулювати напругу живлення електромагніту таким чином, щоб вихідна напруга статора залишалася відносно постійною незалежно від швидкості обертання ротора.
Чому ми хочемо, щоб напруга на статорі була постійною? Напруга статора випрямляється, а потім використовується для заряджання акумулятора. Занадто висока напруга може пошкодити акумулятор та інші електричні пристрої!
Як всі частини працюють разом?
Гаразд… Схоже, ми описали всі частини генератора змінного струму. Отже… давайте подивимося, як всі частини генератора працюють разом:
- Вимикач запалювання дозволяє акумулятору подавати енергію на ротор
- Ротор обертається швидше, коли двигун набирає обертів…
- Напруга на статорі зростає
- Напруга заряду акумулятора на виході випрямляча зростає
- Регулятор напруги відчуває зростання напруги акумулятора
- Регулятор напруги знижує напругу живлення електромагніту, і
- Напруга на статорі падає
Підсумок
Давайте підсумуємо все, що ми дізналися:
Генератор змінного струму – це електромеханічний пристрій, який генерує постійну напругу і підтримує напругу акумуляторної батареї автомобіля.
Основними компонентами генератора є ротор, статор, випрямляч, тріо діодів і регулятор напруги
Ротор обертається всередині статора, створюючи три окремі напруги змінного струму.
Випрямляч перетворює змінну напругу статора на постійну і подає її на акумуляторну батарею та електричні ланцюги автомобіля.
Регулятор напруги – це електронний пристрій, який підтримує постійну вихідну напругу генератора.
Вихідна напруга діодного тріо стає напругою живлення електромагніту ротора після того, як двигун запущений і працює.
Джерело: https://realpars.com/alternator/
