5. Генераторы переменного и постоянного тока. Конструкция и области применения.

Область применения: высокомоментные, низкооборотные, скоростные и линейные силовые приводы; генераторы постоянного и переменного тока; измерительные устройства; сварочные модули; отопительные модули; преобразователи напряжения и тока. Преимущества: небольшой вес; хорошее охлаждение; нет потерь на гистерезис; нет потерь на вихревые токи; нет потерь на реактивное сопротивление якоря; прямоугольный сигнал импульсного напряжения и тока; увеличенная площадь системы возбуждения; надежное сопротивление изоляции; система автоматического слежения и регулирования, которая способна изменять параметры машины в процессе работы; работа без съемного коллектора; легкая регулировка по току и напряжению; автоматическое определение э.д.с. поступающего сигнала; мощность от нескольких Вт, до нескольких МВт; генераторы могут одновременно выдавать э.д.с. постоянного тока и э.д.с. переменного тока любого количества фаз; порог чувствительности менее 1 Вольта; вращение со скоростью менее одного оборота в минуту; работа от одного или нескольких независимых источников различного напряжения и тока; потребитель самостоятельно может задавать и комплектовать из отдельных модулей любые параметры машины.

Генератор может быть использован в ветряных установках, отопительных модулях, мини ГЭС, сварочных модулях, автомобилестроении, скоростных и низкооборотных электрических машинах и т. д.

Преимущества:

модульная конструкция, небольшой вес и габариты,

статор генератора, который выполнен из диэлектрического материала, не имеет потерь на гистерезис, на вихревые токи на реактивное сопротивление якоря и может работать под водой, или агрессивных жидкостях, в незащищенном виде;

вырабатывает синусоидальную э.д.c. переменного тока или импульсный сигнал переменного тока прямоугольной формы, любого количества фаз;

используется в любых энергетических установках, при любых экстремальных ситуациях;

самостоятельно комплектуется из отдельных модулей генератора любые параметры машины, по количеству оборотов, по напряжению или по току.

Генератор переменного тока (альтернатор) является электромеханическим устройством, которое преобразуетмеханическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле. Принцип действия генератора основан на действии электромагнитной индукции — возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита — ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется в постоянное полупроводниковым выпрямителем. Генератор переменного тока используется на современных автомобилях для заряда батареи аккумуляторов и для энергоснабжения автомобильной электрической системы. В генераторах переменного тока не используется коммутатор, это даёт большое преимущество над генераторами постоянного тока: они проще, легче и дешевле. Автомобильные генераторы переменного тока используют набор выпрямителей (диодный мост) для преобразования переменного тока в постоянный ток. Для производства постоянного тока с низкими пульсациями, автомобильные генераторы переменного тока имеют трёхфазную обмотку и трёхфазный выпрямитель.

Современные автомобильные генераторы переменного тока имеют встроенный в них регулятор напряжения. Ранее устанавливались регуляторы напряжения только аналогового вида. На данный момент реле регуляторы перешли на цифровой канал так называемая CAN шина. В самом общем случае, наиболее часто применяемый трехфазный генератор переменного тока состоит из явнополюсного ротора с одной парой полюсов (маломощные оборотистые генераторы) или 2 парами их, расположенными крестообразно (наиболее распространенные генераторы мощностями до нескольких сот киловатт. Такая конструкция не только позволяет более рационально использовать материал, но и для промышленной частоты переменного тока 50 Гц дает рабочую частоту вращения ротора 1500 оборотов в минуту, что хорошо согласуется с тяговыми оборотами дизельных двигателей этой мощности), а также статора с 3 (в первом случае) или 6 (во втором) силовыми обмотками и полюсами. Напряжение с силовых обмоток и есть то, которое подается потребителю.

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. В 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 и ЭДС равна нулю. Каждый раз, когда ЭДС меняет знак, переключаются концы внешней цепи, так что ток в ней течет всегда в одном направлении. Если к витку, добавить еще один, перпендикулярный ему, то его ЭДС будет соответствовать кривой, сдвинутой относительно первоначальной на 90° .Полная ЭДС будет соответствовать сумме двух кривых, т.е. значительно более гладкой кривой. На практике используется большое число витков и коллекторных сегментов, так что пульсации ЭДС незаметны.