Как работает мотор генератор

Мотор-генератор — Motor–generator

Мотор-генератор (ое множество М-G ) представляет собой устройство для преобразования электрической энергии в другую форму. Мотор-генераторные установки используются для преобразования частоты , напряжения или фазы мощности. Их также можно использовать для изоляции электрических нагрузок от линии электропитания. Большие моторы-генераторы широко использовались для преобразования промышленных объемов энергии, в то время как меньшие мотор-генераторы (такие, как показанный на рисунке) использовались для преобразования энергии батарей в более высокие напряжения постоянного тока.

В то время как мотор-генераторная установка может состоять из отдельных двигателей и генераторных машин, соединенных вместе, единый динамо- двигатель (для динамо -двигателя) имеет катушки двигателя и катушки генератора, намотанные вокруг единственного ротора; Поэтому и двигатель, и генератор используют одни и те же катушки внешнего поля или магниты. Обычно катушки двигателя приводятся в действие от коммутатора на одном конце вала, в то время как катушки генератора обеспечивают выход на другой коммутатор на другом конце вала. Весь узел ротора и вала меньше, легче и дешевле, чем пара машин, и не требует открытых приводных валов.

В маломощных потребительских устройствах, таких как автомобильные радиоприемники на электронных лампах, не использовались дорогие, шумные и громоздкие мотор-генераторы. Вместо этого они использовали инверторную схему, состоящую из вибратора (самовозбуждающего реле) и трансформатора для выработки более высоких напряжений, необходимых для электронных ламп, от автомобильной аккумуляторной батареи на 6 или 12 В.

Содержание

Электроэнергетика

В контексте производства электроэнергии и крупных стационарных электроэнергетических систем мотор-генератор состоит из электродвигателя, механически соединенного с электрическим генератором (или генератором переменного тока ). Двигатель работает от входного электрического тока, в то время как генератор создает выходной электрический ток, при этом мощность передается между двумя машинами в виде механического крутящего момента ; это обеспечивает электрическую изоляцию и некоторую буферизацию питания между двумя электрическими системами.

Одно из применений — устранение скачков и колебаний «грязной мощности» ( согласование мощности ) или обеспечение согласования фаз между различными электрическими системами.

Маховик-генератор

Другое использование — это буфер для экстремальных нагрузок на энергосистему. Например, термоядерные устройства токамака создают очень большие пиковые нагрузки, но относительно низкие средние нагрузки на электрическую сеть. DIII-D токамак в General Atomics , тем Princeton Large Torus (PLT) в лаборатории физики Принстонского Plasma и синхротронного Нимрод в Appleton лаборатории Резерфорда каждый использовал большие маховики на нескольких вышек мотор-генератора на уровне нагрузки накладывается на электрическое Система: сторона двигателя медленно ускоряла большой маховик, чтобы накапливать энергию , которая быстро потреблялась во время эксперимента по термоядерному соединению, поскольку сторона генератора действовала как тормоз на маховике. Точно так же электромагнитная система запуска самолетов (EMALS) авианосца ВМС США следующего поколения будет использовать двигатель-генератор с маховиком для мгновенной подачи энергии для запусков самолетов с мощностью, превышающей установленную на корабле мощность генератора.

Конверсии

Мотор-генераторы могут использоваться для различных преобразований, в том числе:

  • Переменный ток (AC) в постоянный ток (DC)
  • DC в AC
  • Постоянный ток при одном напряжении до постоянного тока при другом напряжении. (Также называется динамо-мотором, сокращенно от динамо-мотора)
  • Создание или балансировка трехпроводной системы постоянного тока .
  • Переменный ток одной частоты на переменный ток другой гармонически связанной частоты
  • Переменный ток при фиксированном напряжении на переменный ток переменного напряжения
  • AC однофазный к сети переменного трехфазного

Источник питания переменного тока

До того, как твердотельное регулирование напряжения переменного тока стало доступным или рентабельным, мотор-генераторные установки использовались для обеспечения переменного напряжения переменного тока. Напряжение постоянного тока, подаваемое на якорь генераторов, можно было бы изменять вручную или электронно для управления выходным напряжением. При таком использовании набор MG эквивалентен изолированному переменному трансформатору.

Высокочастотные машины

Александерсон генератора переменного тока является приводом от двигателя, высокочастотный генератор , который обеспечивает радиочастотную мощность. На заре развития радиосвязи высокочастотную несущую волну приходилось генерировать механически с помощью генератора переменного тока со многими полюсами, вращающимися на высоких скоростях. Генераторы переменного тока Alexanderson производили ВЧ до 600 кГц с большими блоками, способными выдавать выходную мощность 500 кВт. В то время как электромеханические преобразователи регулярно использовались для передачи длинных волн в первые три десятилетия 20-го века, электронные методы требовались на более высоких частотах. Генератор Alexanderson был в значительной степени заменен генератором на электронных лампах в 1920-х годах.

Читайте также:  Мотор редуктор для моделирования

Мотор-генераторы, используемые для увеличения времени проезда

Мотор-генераторы использовались даже там, где входной и выходной токи практически одинаковы. В этом случае механическая инерция набора M – G используется для фильтрации переходных процессов во входной мощности. Электрический ток на выходе может быть очень чистым (без шума) и сможет выдерживать кратковременные отключения электроэнергии и переходные процессы переключения на входе в установку M – G. Это может обеспечить, например, безупречное переключение с сети на мощность переменного тока, обеспечиваемую дизель- генераторной установкой.

Мотор-генераторная установка может содержать большой маховик для улучшения ее проходимости; тем не менее, в этом приложении необходимо учитывать, так как двигатель-генератор потребует большого количества тока при повторном включении, если до момента отрыва достигается момент, приводящий к отключению. Однако пусковой ток во время повторного включения будет зависеть от многих факторов. Например, двигателю-генератору мощностью 250 кВА, работающему при 300 ампер при полном токе нагрузки, потребуется 1550 ампер пускового тока во время повторного включения через 5 секунд. В этом примере используется фиксированный размер установлен маховик , чтобы привести к 1 / 2 Гц на второй скорости нарастания выходного напряжения . Мотор-генератор представлял собой двухопорную машину вертикального типа с подшипниками в масляной ванне.

Двигатели и генераторы могут быть соединены непроводящим валом на объектах, где необходимо строго контролировать электромагнитное излучение, или там, где требуется высокая изоляция от переходных импульсных перенапряжений.

Мотор-генератор сегодня

Для некоторых целей мотор-генераторные установки были заменены полупроводниковыми приборами . В прошлом комплекты MG широко использовались в лифтах . Поскольку требовалось точное управление скоростью подъемной машины, непрактичность изменения частоты для мощного двигателя переменного тока означала, что использование комплекта MG с подъемным двигателем постоянного тока было почти стандартным для отрасли решением. Современные частотно-регулируемые приводы переменного тока и совместимые двигатели все чаще вытесняют традиционные лифтовые установки с приводом от MG, поскольку приводы переменного тока обычно более эффективны на 50% или более, чем механизмы с питанием от постоянного тока.

Еще одно применение MG было в южном районе British Rail . Они использовались для преобразования линейного напряжения питания 600 В — 850 В постоянного тока с третьей шины в 70 В постоянного тока для питания органов управления используемого запаса EMU . С тех пор они были заменены твердотельными преобразователями на новом подвижном составе.

Точно так же комплекты MG использовались в трамвае PCC для выработки выхода 36 В постоянного тока от тягового источника 600 В постоянного тока. Низковольтный выход заряжает аккумуляторные батареи трамвая и подает ток на управляющее и вспомогательное оборудование (включая фары, гонгеры, двигатели дверей и электромагнитные гусеничные тормоза).

С другой стороны, в промышленных условиях, где требуется подавление гармоник, преобразование частоты или изоляция линий, наборы MG остаются популярным решением. Полезная особенность двигателей-генераторов заключается в том, что они могут выдерживать большие кратковременные перегрузки лучше, чем полупроводниковые устройства с такой же средней номинальной нагрузкой. Учтите, что термически ограниченные по току компоненты большого полупроводникового инвертора представляют собой твердотельные переключатели массой несколько граммов с тепловой постоянной времени на их радиаторах, вероятно, более 100 мс, тогда как термически ограниченные по току компоненты MG представляют собой медные обмотки. массой в несколько сотен килограммов, которые по своей природе связаны с их собственной большой тепловой массой. Они также обладают отличной устойчивостью к электростатическому разряду (ESD).

Современное использование термина

В принципе, любой электрогенератор также может служить электродвигателем, или наоборот. В гибридных транспортных средствах и других легких энергетических системах «двигатель-генератор» представляет собой отдельную электрическую машину, которая может использоваться как электродвигатель или генератор , преобразующий электрическую энергию в механическую .

Начиная с сезона 2014 года гоночные автомобили Формулы 1 будут иметь два так называемых «мотор-генераторных агрегата» (MGU). Это делает автомобили более экономичными за счет сбора энергии от турбокомпрессора и при торможении . Однако это не мотор-генераторы , как описано здесь, но больше похожи на dynamotors , отдельные единицы , которые могут выступать в качестве либо генератора или двигателя. Их можно использовать для обеспечения дополнительных 160 л.с. колесам для ускорения и обгона, или их можно использовать для раскрутки турбонагнетателя, чтобы быстрее увеличить давление наддува, тем самым уменьшая турбо-лаг .

Читайте также:  21179 мотор ваз характеристики

Источник

Генератор авто. Устройство и как работает

Генератор в автомобиле

Генератор появился в автомобильной промышленности в начале 20 века наряду с АКБ, который требовал постоянно подзарядки. Это были огромные узлы постоянного тока, требующие постоянного обслуживания. Современные генераторы стали компактными, высокая надежность отдельных деталей обусловлена внедрением новых технологий производства. Далее разберем устройство, принцип работы и типичные неисправности генератора подробнее.

Что такое генератор авто

Автомобильный генератор — узел, который преобразовывает механическую энергию в электрическую и выполняет следующие функции:

  • обеспечивает постоянный и непрерывный заряд аккумулятора при работающем двигателе;
  • обеспечивает электропитанием все системы во время запуска двигателя, когда стартер потребляет большое количество электроэнергии.

Генератор устанавливается в подкапотное пространство. За счет кронштейнов крепится к блоку ДВС, приводится в движение посредством приводного ремня от шкива коленчатого вала. Подключен электрогенератор в электроцепи параллельно аккумуляторной батареи. Заряд АКБ производится только тогда, когда вырабатываемое электричество превышает напряжение батареи. Мощность вырабатываемого тока зависит от оборотов коленчатого вала, соответственно напряжение возрастает с оборотами шкива с геометрической прогрессией. Для предотвращения перезаряда генератор оснащен регулятором напряжения, который регулирует количество напряжения на выходе, обеспечивая 13.5-14.7V.

Устройство и особенности конструкции

Автомобильные генераторы выполняют одну и ту же функцию, работают по одинаковому принципу, но отличаются друг от друга размером, схемой реализации деталей узла, размерами шкива, характеристиками выпрямителей и регулятора напряжения, наличием охлаждения (жидкостное или воздушное часто применяются на дизельных двигателях). Генератор состоит из:

  • корпуса (передняя и задняя крышка);
  • статор;
  • ротор;
  • диодный мост;
  • шкив;
  • щеточный узел;
  • регулятор напряжения.

Корпус

Абсолютное большинство генераторов имеют корпус состоящий из двух крышек, которые соединяются между собой шпильками и стягиваются гайками. Исполнение детали из легкосплавного алюминия, который отличается хорошим теплоотводом и не намагничивается. На корпусе имеются вентиляционные отверстия, обеспечивающие теплообмен.

Статор

Имеет кольцевидную форму, установлен внутри корпуса . Является одним из главных деталей, который служит для создания переменного тока за счет магнитного поля ротора. Состоит статор из сердечника, который собран из 36 пластин. В пазах сердечника находится медная обмотка, которая служит для образования тока. Чаще всего обмотка трехфазная, по типу соединения:

  • звезда — концы обмотки соединены между собой;
  • треугольник — концы обмотки выводятся отдельно.

Ротор

Вращающаяся делать, ось которой вращается на шариковых подшипниках закрытого типа. На валу установлена обмотка возбуждения, которая служит для создания магнитного поля для статора. Для обеспечения правильного направления магнитного поля над обмоткой установлена два полюсных сердечника с шестью зубами для каждого. Также вал ротора оснащен двумя медными кольцами, иногда латунными или стальными, через которые поступает ток от аккумулятора на катушку возбуждения.

Диодный мост/ выпрямительный блок

Также один из главных компонентов, задача которого преобразовывать переменный ток в постоянный, обеспечивая стабильный заряд автомобильного аккумулятора. Диодный мост состоит из положительной и отрицательной радиаторной полосы, а также диодов. Диоды герметично впаяны в мост.

Ток подается на диодный мост с обмотки статора, выпрямляется и поступает на АКБ через выводной контакт в задней крышке.

Шкив посредством приводного ремня, передает крутящий момент на генератор от коленчатого вала. Размер шкива определяет передаточное число, чем больше его диаметр — тем меньше необходимо энергии на вращение генератора. Современные автомобили переходят на обгонную муфту, смысл которой сглаживать колебания вращения шкива, сохраняя натяжение и целостность ремня.

Щеточный узел

На современных авто, щетки объединены в один узел с регулятором напряжение, им меняются только в сборе, так как их срок службы довольно большой. Щетки служат для передачи напряжения на контактные кольца вала ротора. Графитовые щетки прижимаются пружинками.

Регулятор напряжения

Полупроводниковый регулятор обеспечивает поддержание необходимого напряжения в заданных параметрах. Находится на блоке щеткодержателей или может выводиться отдельно.

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.

Читайте также:  Бланк договора купли продажи лодочного мотора гимс

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 нужен регулятор напряжения

Ситуация: при работающем двигателе заряд аккумулятора резко уменьшается, либо происходит перезаряд. Сначала необходимо проверить АКБ, и если он исправен, значит проблема в регуляторе напряжения. Регулятор может быть выносным, либюо интегрированным в щеточный узел.

При высоких оборотах двигателя напряжение от генератора может повышаться до 16 Вольт, а это пагубно влияет на соты аккумулятора. Регулятор “снимает” лишний ток, получая его с АКБ, а также регулирует напряжение в роторе.

Вредные правила эксплуатации генератора (по Остеру)

Далее приведены ключевые правила, соблюдение которых позволит без проблем вывести из строя генератор как можно скорее:

  • правило “переполюсовки” — поменяйте местами провода АКБ и вы устроите необычную яркую вспышку в генераторе, а также легкое облако, доносящееся от него. В тоже время почувствуете незабываемое акустическое удовольствие, слушая щелчки и шипение, а также невероятный запах горящих проводов, и самое главное — ожог 1-3 степени в зависимости от ваших амбиций. Такой “фокус” выводит из строя диодный мост, статор и регулятор частично, к счастью возгорание авто имеет шансы 1:1000. Из “побочек” могут быть выведены из строя комбинация приборов, бортовой компьютер, магнитола и другие комплектующие бортовой сети. Достоинство — осваивается новичками без долгих теорий;
  • правило мойки — как можно чаще и тщательнее мойте силовой агрегат, побольше воды и пены, особенно на альтернатор и стартер. Главное, чтобы поток воды обильно вымывал генератор изнутри, сушить категорически запрещается, сразу же запускаем мотор, включаем все энергопотребители и наблюдаем за эффектов. Если его нет — повторяем процедуру. Достоинство — сгоревший “гена” будет чистым;
  • дедовский метод — сдергивание провода с “+” клеммы, чтобы проверить заряд на работающем моторе, это главное правило! Вероятность выхода из строя всевозможных реле 50:50, главное обеспечить много искр для эффекта, а также включить все, что питается от электричества;
  • “летим” по лужам — многие даже не догадываются, что пользуются данным правилом в дождь. Главное быть всегда уверенным, что ваше авто вне всякого сравнения с водонепроницаемостью подводной лодки, чем глубже лужа — тем ярче эффект. Немаловажно выбирать скорость, при которой больше воды попадает в подкапотное пространство, главное выбросить все пластиковые кожухи и защиты! Главное достоинство — трюк можно повторять везде, где есть вода (даже ручьи и реки), не выходя из авто;
  • “меломан” — необходимо установить самую дорогую магнитолу, а лучше две, как можно больше динамиков, пару десятков минимум, усилителей и пару сабвуферов, включаем любимую музыку на всю громкость при работающем моторе, если из-под капота не пошел дым, а воздух остается чистым — значит вы приобрели слишком дешёвую аппаратуру;
  • “старый аккумулятор” — способ требует некоторых знаний физики, хотя бы закона Ома. Берем самый старый АКБ, и чем старше, тем вероятнее в нем окажется замкнутая банка. Возможно батарея будет издавать признаки бурной работы, обязательно будет потреблять дикое количество энергии, зато работа инжектора будет нестабильной, а за дальний свет можно забыть. Главное побольше эксплуатировать старый аккумулятор — эффект не заставит себя ждать.

Неисправности автомобильного генератора

Для генератора присущи неисправности механические и электрические.

  • обрыв приводного ремня — требуется замена;
  • сглаживание ребер шкива, из-за чего ремень проворачивается;
  • износ щеток;
  • повреждение корпуса генератора;
  • выход из строя подшипников.
  • износ токосъемных колец за счет трения;
  • выход из строя регулятора напряжения;
  • замыкание витков статора;
  • выгорание диодов выпрямительного моста;
  • выгорание конечных проводов заряда;
  • выгорание обмотки ротора.

Неисправность любой детали генератора влечет за собой недозаряд или наоборот. Чаще всего выходит из строя регулятор напряжения и подшипники, приводной ремень меняется согласно регламенту ТО.

Кстати, если при случае вы хотите установить улучшенные подшипники и регулятор — обращайте внимание на их характеристики, иначе высока вероятность того, что замена детали не даст нужного эффекта. Все остальные поломки требуют снятия генератора и его разборки, что лучше доверить специалисту. Главное запомните — если вы не будете соблюдать правила по Остеру, то есть все шансы на долгую и беспроблемную работу генератора.

Источник

Поделиться с друзьями