Générateur courant continu est une machine électrique qui produit une tension constante.
Derrière cette définition assez banale se cache une réalité très appareil complexe, ce qui est pratiquement la perfection de la pensée technique. En effet, depuis son invention à la fin du XIXème siècle, la conception du générateur de courant continu n’a pas subi d’évolutions significatives.
Aucune énergie n’apparaît de nulle part. Elle est toujours le produit d’une autre force. Cela s'applique également au courant électrique. Pour que cela se produise, vous avez besoin d'un champ magnétique qui vous permet d'utiliser l'effet de l'induction électromagnétique - excitation des champs électromagnétiques dans un conducteur en rotation.
Si une charge est connectée aux extrémités de la boucle conductrice, à l'intérieur de laquelle tourne un aimant permanent, un courant alternatif y circulera. Cela se produira parce que les pôles de l’aimant changent de place. Cet effet est basé sur les frères jumeaux des machines à tension constante.
L'astuce, grâce à laquelle le courant résultant ne change pas de direction, est d'avoir le temps de commuter les points de connexion de charge à la même vitesse que la rotation de l'aimant. Cette tâche ne peut être accomplie que par un collecteur - un dispositif spécial composé de plusieurs secteurs conducteurs séparés par des plaques diélectriques. Il est fixé à l'induit d'une machine électrique et tourne de manière synchrone avec celle-ci.
L'énergie électrique est collectée à partir de l'armature par des brosses - des morceaux de graphite, qui ont une conductivité électrique élevée et un faible coefficient de frottement de glissement. Au moment où les secteurs porteurs de courant du collecteur changent de place, la FEM induite devient nulle, mais elle n'a pas le temps de changer de signe, puisque le balai est transféré vers le secteur collecteur de courant connecté à l'autre extrémité du conducteur. .
En conséquence, la sortie de l’appareil produit une tension pulsée de même amplitude. Pour lisser l'ondulation de tension, plusieurs enroulements d'induit sont utilisés. Plus il y en a, plus les surtensions à la sortie du générateur sont faibles.
Le nombre de secteurs collecteurs de courant sur le collecteur est toujours deux fois plus grand que le nombre d'enroulements d'induit.
Supprimer la tension générée de l'enroulement d'induit, et non du stator, constitue la différence fondamentale entre une machine à courant continu et une machine à courant alternatif. Cela a également prédéterminé leur inconvénient important : pertes par frottement entre les balais et le collecteur, étincelles et échauffement.
Découvrez le fonctionnement de l'unité
Comme toute machine électrique, un générateur DC se compose d’un induit et d’un stator.
L'ancre est assemblée à partir de plaques d'acier avec des évidements dans lesquels sont placés les enroulements. Leurs extrémités sont reliées à un collecteur constitué de plaques de cuivre séparées par un diélectrique. Le collecteur, l'armature avec les enroulements et l'arbre de la machine électrique après assemblage deviennent un tout.
Le stator du générateur est aussi son boîtier, sur la surface intérieure duquel sont fixées plusieurs paires d'aimants permanents ou électriques. On utilise généralement des électriques, dont les noyaux peuvent être coulés avec le corps (pour les machines batterie faible) ou constitués de plaques métalliques.
Le boîtier offre également un espace pour fixer des balais collecteurs de courant.
En fonction du nombre de pôles magnétiques sur le stator, le nombre d'éléments en graphite change également. Il y a autant de paires de perches que de brosses.
Types de connexion des aimants du stator électrique
Les générateurs à courant continu diffèrent par le type de connexion des aimants électriques du stator. Ils peuvent être:
- avec excitation indépendante;
- parallèle;
- cohérent.
À excitation indépendante Les aimants électriques du stator sont connectés à une source CC indépendante. Cela se fait généralement via un rhéostat. L’avantage d’un tel système est la possibilité de réguler la puissance électrique générée sur une large plage. L'inconvénient est la nécessité d'avoir source supplémentaire nutrition.
Les deux méthodes restantes sont des cas particuliers d'auto-excitation du générateur, possibles avec un faible magnétisme résiduel du stator. À travail parallèle Dans le générateur DC, les électroaimants du stator sont alimentés par une partie de la tension générée. C'est le schéma le plus courant.
À excitation séquentielle le circuit électromagnétique est connecté en série avec le circuit de charge d'induit. La quantité de courant circulant à travers les électro-aimants dépend largement de la charge du générateur. Par conséquent, un tel circuit n'est utilisé que pour connecter des moteurs de traction à courant continu, qui passent en mode génération lors du freinage.
Un circuit mixte pour connecter l'enroulement d'excitation est également utilisé - parallèle-série. Pour ce faire, chaque pôle de l'électro-aimant doit avoir deux enroulements isolés (celui connecté en série ne comporte généralement que deux à trois tours).
De telles machines électriques sont utilisées lorsqu'il est nécessaire de limiter le courant court-circuit sous charge. Par exemple dans les unités de soudage mobiles.
La présence d'un ensemble collecteur-balais complique considérablement la conception d'une machine électrique. De plus, l'énergie générée y est transférée avec grosses pertes et l'activité physique. Par conséquent, lorsque cela est possible, les machines à courant continu sont remplacées par un pont redresseur. Il s’agit par exemple de toutes les sources d’électricité automobiles.
La conception et le principe de fonctionnement d'un générateur de courant continu en vidéo
Le générateur est conçu pour alimenter tous les systèmes électriques du véhicule pendant que le moteur tourne. Bien que la batterie stocke une certaine énergie, en raison de sa capacité limitée, elle s’épuisera rapidement sans être rechargée. Tous les besoins électriques, y compris la recharge de la batterie, sont assurés par le générateur, qui est entraîné par le moteur via un entraînement par courroie. La recharge de la batterie nécessite un courant constant, il faut donc soit un générateur de courant continu (dynamo), soit un alternateur. courant alternatif avec redresseur.
Actuellement, seuls les générateurs de courant alternatif sont utilisés dans les véhicules automobiles en raison de leurs avantages. Cependant, avant l’introduction des semi-conducteurs, des générateurs à courant continu étaient utilisés.
À cause de caractéristiques de conception, de telles machines électriques à courant continu présentaient des inconvénients importants, par exemple l'incapacité de charger la batterie lorsque le moteur tournait au ralenti.
En raison de la mise en œuvre généralisée appareils électriques Dans la conception de la voiture, la demande accrue d'électricité n'a pas pu être satisfaite par le générateur à courant continu en raison du fait que l'énergie a dû être retirée du collecteur rotatif à l'aide de balais de charbon, car le courant est induit dans le rotor, tandis que les enroulements d'excitation sont fixes (Fig. 1 a).
Riz. 1. Schémas schématiques des générateurs :
a) courant continu (champ magnétique fixe),
b) courant alternatif (champ magnétique tournant) ;
1-ancre ; 2-collecteur avec brosses ; 3 stators ;
F- Flux magnétique; je-actuel; ω - vitesse angulaire
Dans un générateur de courant alternatif (Fig. 1 b), les enroulements dans lesquels le courant principal est généré sont fixes et les enroulements d'excitation sont assez légers et peuvent tourner de manière significative vitesse plus élevée que le rotor d’un générateur à courant continu. Avec une sélection appropriée du rapport de démultiplication d'entraînement, le rotor de l'alternateur peut tourner à une vitesse suffisante pour ralenti fournir une puissance positive pour charger la batterie.
La conversion de l'énergie mécanique reçue par le générateur du moteur en énergie électrique se produit conformément au phénomène d'induction électromagnétique. Si un flux magnétique changeant pénètre dans une bobine avec des spires d'un fil porteur de courant isolées les unes des autres, alors une force électromotrice apparaît aux bornes de la bobine, proportionnelle au produit du nombre de spires et du taux de variation du flux magnétique :
E à =-WLBV,
Où W– nombre de tours de cadre ; B– l'induction magnétique, T ; L– longueur de la partie du cadre (conducteur), m ; V– vecteur vitesse linéaire mouvement du cadre par rapport à un champ magnétique stationnaire, m/s.
Le signe moins signifie que si sous l'influence d'EMF EÀ Un courant commencera à circuler à travers le cadre (lorsqu’une charge est connectée), puis le champ magnétique créé par ce courant contrecarrera la force mécanique qui fait tourner le cadre.
Considérons la conception et le principe de fonctionnement de certains types de générateurs de courant alternatif. Dans les générateurs d'automobiles et de tracteurs, la CEM dans les bobines est induite par la modification du flux magnétique de l'électro-aimant :
Par taille et direction (générateur de vanne à brosse) ;
Uniquement en taille (générateur de type inducteur sans balais).
Les principaux composants du générateur de courant alternatif (Fig. 2), dans lesquels l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique :– un système magnétique avec un bobinage d’excitation et des sections en acier du circuit magnétique à travers lesquelles circule le flux magnétique F;
– les enroulements du stator dans lesquels une CEM est induite lorsque le flux magnétique du rotor change. 
Riz. 2. Diagramme schématique générateur synchrone à soupape
Le type d'alternateur le plus courant. Un flux magnétique y est créé enroulement d'excitation 4 (Fig. 2) lorsque le courant électrique le traverse et que le système poteaux 3. Le nombre de pôles est toujours un multiple de deux et, en règle générale, dans les conceptions réelles de générateurs, il y en a douze.
Poteaux avec enroulement de champ, anneaux, à travers lequel le courant provenant de pinceaux est connecté à l'enroulement d'excitation, arbre et d'autres éléments structurels former une rotation rotor.
Le stator 7 est un circuit magnétique assemblé à partir de plaques d'acier. Placé dans les rainures du circuit magnétique fixe enroulement du stator 2, dans lequel il est induit électricité. Le bobinage se compose de trois indépendants enroulements de phase(Fig. 3), qui (classiquement désignés par les lettres A, B, C) sont situés sur les dents du stator adjacentes de telle manière que les champs électromagnétiques induits dans celles-ci sont décalés les uns par rapport aux autres de 1/3 de période ou 120º. . Chaque phase comporte six bobines connectées en série.
Riz. 3. Déplacement de 120º de la FEM induite sur les dents du stator adjacentes
Les enroulements de phase peuvent être connectés les uns aux autres en étoile ou en triangle (Fig. 4), mais une connexion en étoile est plus souvent utilisée, ce qui donne plus haute tension entre n’importe quelle paire de terminaux par rapport à une connexion delta. La valeur de la tension de ligne est √3 (1,732) de la tension de phase. Lorsqu'elle est connectée par un triangle, la tension de ligne sera égale à la tension de phase et le courant de ligne sera de 1,732 à partir d'une paire de bobines. Par conséquent, dans les générateurs de haute puissance, une connexion en triangle est souvent utilisée, car à des valeurs de courant plus faibles, les enroulements peuvent être enroulés avec un fil plus fin, ce qui est plus avancé technologiquement. Un fil plus fin peut également être utilisé pour les connexions en étoile. Dans ce cas, le bobinage du stator est constitué de deux bobinages parallèles dont chacun est connecté en étoile, on obtient une étoile « double ».
Les fils de phase de l'enroulement du stator sont connectés au redresseur 1 (Fig. 2).
Riz. 4. Connexion des enroulements de phase : a) étoile ; b) triangle
Lorsque le rotor tourne, les pôles nord N ou sud S du rotor apparaissent en face des dents du stator sur lesquelles se trouvent les enroulements de phase. Flux magnétique F, pénétrant dans les enroulements du stator, des changements d'amplitude et de direction, ce qui, selon la loi de Faraday, est suffisant pour l'apparition d'une tension électrique alternative à leurs bornes.
Dans ce cas, une variable d'amplitude et de direction de la FEM sera induite dans les enroulements de phase :
E f = 4,44fw k autour de F,
Où F– fréquence actuelle, Hz ; w– nombre de tours de l'enroulement d'une phase ; kà propos– coefficient d'enroulement, en fonction du nombre d'encoches statoriques par pôle et par phase ; F- Flux magnétique;
f=pn/60, k=z/(14h),
Où z– nombre de rainures ; m– nombre de phases ; p– nombre de paires de pôles.
Dans les générateurs de vannes R. généralement égale à 6, donc la fréquence de leur courant alternatif est 10 fois inférieure à la vitesse du rotor.
Plus la vitesse du rotor est élevée et plus l'amplitude du flux magnétique est élevée, plus son changement se produit rapidement à l'intérieur des bobines de phase du stator et plus la tension induite dans celles-ci est élevée.
Riz. 5. Schéma d'un générateur de vannes avec un rotor en forme de bec :
1 stator ; 2 pinceaux ; Enroulement à 3 stators ; Poteaux à 4 becs ;
Enroulement à 5 excitations ; Anneaux à 6 broches (collecteur) ; 7 manches
Les générateurs de vannes avec un rotor en forme de bec (Fig. 5) sont un système synchrone Voiture électrique avec redresseur semi-conducteur intégré. Le rotor d'un générateur de soupapes automobile se compose de deux moitiés de pôles dont les saillies (becs) 4 forment un système de pôles nord dans une moitié et un système de pôles sud dans l'autre. Les pôles sud sont situés entre les pôles nord, et l'enroulement d'excitation 5, posé sur un manchon en acier 7, est pris en sandwich entre les moitiés de pôles. La conception en forme de bec du rotor permet de former un système multipolaire utilisant une seule bobine. Ainsi, le rotor est un électroaimant à champ électromagnétique alternatif tournant dont la force magnétomotrice est définie comme
F=I dans W dans ,
et peut être ajusté en modifiant le courant d'excitation jeV, Où WV– nombre de tours de l'enroulement d'excitation.
Le paquet de stator 1 est constitué de plaques d'acier électriques pour réduire les courants de Foucault. Les encoches du stator contiennent des bobines de l'enroulement triphasé 3. L'augmentation du nombre d'encoches par pôle et par phase permet de satisfaire des exigences élevées en matière de sinusoïdalité de la tension de sortie et de rendement. À l'aide des bagues collectrices 6 et des balais 2, le courant est fourni aux enroulements de champ jeV pour former un champ magnétique alternatif du rotor.
De plus, le générateur de vannes (Fig. 6) est équipé d'un bloc redresseur 3 pour redresser Tension alternative, créé dans les bobinages 5 du stator 4, par une poulie 14 pour entraîner le rotor et un ventilateur 13 pour refroidir les bobinages chauffants.
Riz. 6. Alternateur :
1 couverture arrière ; 2 pinceaux ; 3 diodes ; 4 stators ; Enroulement à 5 stators ; 6 roulements;
7-collecteur ; 8,9 - pôles nord et sud de l'électro-aimant ; Enroulement à 10 rotors ;
Couverture 11 avant ; Fenêtre à 12 ventilations ; 13-roue de refroidissement ;
Entraînement à 14 poulies
Actuellement, l'industrie nationale et étrangère produit de nombreux générateurs de courant alternatif différents avec un rotor en forme de bec (tableau 1), satisfaisant un large éventail d'exigences qui leur sont imposées.
Tableau 1
Paramètres de base de certains modèles de générateurs
Maud.
général
Vitesse de rotation sans charge, tr/min
Nom. par exemple V ± 0,5
Nom.
courant, A
Ajouter. redresseur
Intégré.
reg-r
Par exemple
G222
1250
14,3
Il y a
37-3701
1100
14,1
Il y a
Il y a
16.3701
1100
581.3701
1400
13,9
Il y a
955.3701
1050
14,2
Il y a
Il y a
Générateurs d'inducteurs
Le générateur d'inductance est une machine électrique à courant alternatif synchrone à même pôle, sans contact, avec excitation électromagnétique unilatérale (Fig. 7). Le pignon de rotor en acier 2 tourne avec l'arbre 5, qui passe à l'intérieur de la douille fixe 8. L'enroulement d'excitation 7 est fixé à la douille et l'enroulement de stator 6 est fixé aux dents du stator. Lorsqu'un courant continu traverse l'enroulement d'excitation, un flux magnétique apparaît dans le circuit magnétique du générateur, les lignes électriques qui est représenté par la ligne pointillée sur la figure 7. Le flux magnétique est fermé à travers l'entrefer entre la bague et l'arbre, le pignon du rotor, l'espace de travail entre le rotor et le stator, l'ensemble du stator, le couvercle sur le côté de la bobine de champ et de la rondelle ou de la bride à paroi épaisse de la traversée.
Riz. 7. Circuit générateur de type inducteur :
Circuit magnétique à 1 stator ; 2- rotor (pignon en acier);
3-couvercle arrière (le capot avant fait partie du circuit magnétique) ;
4 roulements ; 5 arbres ; Enroulement à 6 stators ; Enroulement à 7 excitations ;
Système à 8 inducteurs magnétiques (manchon avec bride) ; 9 aimants permanents
Toutes les dents du pignon ont la même polarité. La modification du flux magnétique est associée à une modification de la conductivité magnétique de l'entrefer sous les dents du stator. Le flux dans la dent du stator atteint sa valeur maximale Fmax(Fig. 8), lorsque les axes des dents du rotor et du stator coïncident, et diminue jusqu'à valeur minimum Ф min, lorsque l'axe de la dent du stator coïncide avec l'axe de la cavité du pignon du rotor. Par conséquent, le flux magnétique dans les dents du stator est pulsé et ne change que d’amplitude sans changer de direction.
Riz. 8. Modification du flux magnétique dans la dent du stator au fil du temps
Pour dans une plus grande mesure modifications du flux magnétique et, par conséquent, augmentation de la puissance du générateur, des aimants permanents sont fixés dans les cavités du pignon du rotor. Un générateur d'inductance peut être monophasé ou multiphasé, cela dépend du nombre de bobines de stator de phase, de leur emplacement et de la méthode de connexion. Dans les générateurs à inducteurs triphasés, le stator comporte généralement neuf dents avec des enroulements.
L'enroulement de chaque phase peut avoir plusieurs bobines connectées en série, parallèles et mixtes. Les phases de l'enroulement du stator sont connectées en étoile ou polygone multifaisceaux.
L'ampleur de la FEM induite dépend de l'amplitude du flux magnétique, du nombre de tours de l'enroulement du stator et de la fréquence. n rotation des rotors. Plus le nombre de tours est grand, plus la vitesse du rotor est faible et plus la tension requise peut être obtenue. L'amplitude du flux magnétique dépend de l'ampleur du courant d'excitation de l'enroulement de champ.
Actuellement, la branche de production nationale produit le générateur à inductance de courant alternatif 955.3701 doté d'une bobine d'excitation axiale-longitudinale fixe. Le générateur est équipé d'un enroulement de stator à cinq phases et d'un redresseur à cinq phases. Le rotor de ce générateur est réalisé sous la forme d'une étoile à six rayons, constituée de fines feuilles d'acier électrique. Dans les cavités de l'étoile se trouvent des aimants permanents qui contribuent au début de l'auto-excitation du générateur et augmentent légèrement sa puissance. De plus, en plus de l'enroulement d'excitation principal dans ce générateur il y a un enroulement démagnétisant supplémentaire qui neutralise l'effet des aimants permanents sur grande vitesse rotor du générateur. L'enroulement du stator est situé sur 10 dents du circuit magnétique du stator (pas des dents - 36º) et est divisé en cinq sections de phase avec deux bobines dentées dans chaque section. Les bobines dentées de la même section de phase sont espacées de 180º le long du périmètre du stator.
D'autres options pour la conception du stator et la connexion des enroulements de phase dans les générateurs à inductance sont également possibles. Mais à l'heure actuelle, en termes de paramètres tels que l'efficacité, le poids, les dimensions, les générateurs à inducteurs sont inférieurs aux générateurs à bagues collectrices.
Générateurs de vannes sans balais
Les générateurs sans balais sont un développement basé sur la conception d'un générateur avec un rotor en forme de bec (Fig. 9).
Riz. 9. Générateur sans balais :
a) avec air conditionné: 1-poulie; 2 ventilateurs ; Couverture à 3 faces ; Circuit magnétique à 4 rotations ; 5 stators ; 6-enroulement d'excitation fixe ; 7 arbres ; Couverture arrière à 8 ; Régulateur 9 tensions ; 10 diodes ; support de montage à 11 ; 12 roulements ;
b) avec refroidissement liquide : 1 poulie ; 2-redresseur ; Couverture à 3 faces ; Boîtier à 4 générateurs ; 5-liquide de refroidissement ; Boîtier à 6 vestes de refroidissement ; 7 rotors ; Enroulement à 8 stators ; 9 stators ; 10 anneaux intermédiaires non magnétiques ; Circuit magnétique à 11 rotations (pôle); 12 enroulements d'excitation fixes ; Régulateur 13 tensions
Dans les générateurs de ce type, seuls les pôles en forme de bec 11 tournent (Fig. 9b) et l'enroulement d'excitation 12 reste fixe. L'une des moitiés polaires est maintenue en face de l'autre par un anneau amagnétique 10. Le flux magnétique, en plus de l'entrefer normal, doit traverser deux entrefers supplémentaires. Le redresseur 2 fournit du courant à l'enroulement de champ directement via le régulateur de tension 13.
La masse de ces générateurs est légèrement supérieure à celle des générateurs à balais dotés de pôles en forme de bec de même puissance.
Générateurs sans balais refroidissement liquideémettent moins de bruit en raison de l'absence de ventilateur et sont capables de s'intégrer au bloc-cylindres du moteur.
Il existe également des conceptions de générateurs à becs raccourcis (Fig. 10), qui peuvent être obtenues structurellement si les moitiés en forme de bec du pôle du générateur à balais sont écartées de manière à ne pas se chevaucher et l'élément de fixation 4 (non -clip magnétique) et les fils électriques du bobinage inducteur sont passés dans l'entrefer 1 résultant.
Riz. 10. Schéma d'un générateur de vannes sans balais avec pôles raccourcis :
1-enroulement d'excitation ; Moitiés à 2 pôles avec bec raccourci ; 3 manches ;
4 éléments de fixation du bobinage d'excitation ; 5 stators ; Enroulement à 6 stators
L'enroulement de champ est suspendu au-dessus de la bague en acier 3 entre les deux moitiés polaires 2. Lorsque l'arbre du générateur tourne, seuls les pignons magnétisés tournent, cependant, la surface de leurs pièces polaires est petite (par rapport aux générateurs à balais), et en raison à la plus faible amplitude du flux magnétique alternatif sur les dents du stator, pouvoir électrique généré par un tel générateur sera inférieur. Mais l'avantage de la conception réside dans la faible masse du rotor, qui permet d'augmenter la vitesse de fonctionnement du générateur et, par conséquent, la puissance qu'il produit.
Rectification CA
Le courant alternatif des générateurs de vannes est redressé par des diodes semi-conductrices au silicium. Les diodes ont deux bornes et transmettent le courant uniquement de la borne anodique à la borne cathodique lorsqu'un potentiel positif est appliqué à l'anode. Les diodes ne font pas passer le courant dans la direction opposée si tension inverse ne dépasse pas la valeur admissible.
Dans les redresseurs générateurs, des diodes de polarité directe et inverse sont utilisées. Une diode à polarité droite possède une cathode connectée au corps et une diode polarité inversée– anode. En fonction du nombre de phases du générateur, des redresseurs triphasés et cinq phases sont utilisés.
Riz. 11. Rectification CA du générateur :
a) redressement demi-onde du courant alternatif monophasé ;
b) redressement double alternance du courant alternatif monophasé ;
c) redressement demi-onde du courant triphasé ;
d) redressement double alternance du courant triphasé ;
G - générateur ; VD - redresseur (diode); R - charge ; A, B, C - phases du générateur
En fonction de la forme de la tension redressée, on distingue les redresseurs simple et double alternance. Redresseurs demi-onde de source monophasée g(Fig. 11 a) le courant alternatif est fourni par une diode VD, qui est connecté en série avec la charge R..
Pour le redressement double alternance du courant monophasé, un pont redresseur est assemblé à partir de quatre diodes VD1 – VD4(Fig. 11b). L'alternance positive (premier demi-cycle) de tension alternative ouvre les diodes VD1 Et VD4. Dans le deuxième demi-cycle les diodes sont ouvertes VD2 Et VD3. Pendant toute la durée de fonctionnement du générateur avec un pont redresseur sur la charge R. la tension redressée est fournie Oud un signe.
Si une diode est connectée à chaque phase d'un générateur de vannes triphasé VD1, VD2 Et VD3(Fig. 11 c), vous pouvez vous procurer un redresseur demi-onde pour courant triphasé. Chaque diode de redressement ne conduit le courant que pendant 1/3 de la période pendant laquelle une tension lui est appliquée dans le sens direct.
Le redresseur de courant triphasé pleine onde comporte trois paires de diodes - VD1 – VD6(Fig. 11d). Un bras du redresseur est formé de diodes VD1 – VD3 polarité directe, qui sont reliées par des cathodes à la borne positive du générateur de vannes. Les diodes sont installées dans le deuxième bras du redresseur VD4 – VD6 polarité inversée. Leurs anodes sont reliées à la terre. Une des diodes fonctionne dans le sens conducteur VD1, VD2 ou VD3, dans lequel l'anode a le potentiel le plus élevé, et dans le groupe de diodes VD4 – VD6– la diode au potentiel le plus bas. En phase UN la tension est positive et maximale, et en phases DANS Et AVEC les tensions sont négatives et égales, courant à charger R. passe par une diode ouverte VD1 et deux diodes VD5 Et VD6. Si la tension de phase UNégal à zéro, en phase DANS– positif, et en phase AVEC– négatif, les diodes conduisent le courant VD2 Et VD4. Les diodes restantes ne laissent pas passer le courant.
Fréquence d'ondulation fp redressé par un redresseur de tension triphasé double alternance Oud 6 fois la fréquence AC.
Rectification CA ;
Sélection des données d'enroulement qui fournissent la tension nominale à fréquence minimale rotation du rotor correspondant au mode mouvement inactif moteur;
Sortie de courant auto-limitée.
Les principaux paramètres du générateur de vannes sont : la tension redressée Oud, vitesse du rotor n et le pouvoir P.(ou actuel Identifiant donnée par le générateur à une tension donnée).
Dépendance à la tension redressée Oudsur l'intensité du courant d'excitationje suis dans sans charge et fréquence constante rotation du rotor n appelée caractéristique de régime de ralenti (Fig. 12). En mode sans charge, la tension redressée est égale à la force électromotrice E d. Les caractéristiques à vide des générateurs de vannes sont obtenues avec une excitation indépendante.
Les caractéristiques externes des générateurs de vannes sont les dépendances de la tension redressée Oud(Fig. 12 b) en fonction du courant de charge Identifiantà vitesse de rotor constante, la tension aux bornes du bobinage inducteur et sa résistance. À mesure que la charge augmente, la tension redressée chute sous l'action de la réaction d'induit, en raison d'une diminution de la tension dans le circuit du stator (induit) et dans le redresseur, et la chute de tension dans les enroulements du stator est importante et dépend de la vitesse du rotor.
Riz. 12. Caractéristiques du générateur de vannes :
a) au ralenti ; b) externe ; n max, n moyenne, np, n°0– vitesse de rotation du rotor, respectivement maximale, moyenne, calculée et début du recul ; U dн– tension assignée redressée
Les caractéristiques externes des générateurs de vannes sont déterminées par l'auto-excitation et l'excitation indépendante. Une diminution de la tension avec l'augmentation de la charge se produit non seulement sur la résistance active, mais également sur la résistance inductive des enroulements du stator. En cas d'auto-excitation du générateur de vanne, la tension sur l'enroulement d'excitation lui-même chute. L'effet démagnétisant de la réaction d'induit réduit le flux magnétique dans l'entrefer de fonctionnement entre le rotor et le stator.
Par famille caractéristiques externes l'intensité maximale du courant redressé est déterminée Idmax qui est créé à une valeur de tension donnée ou réglable.
La caractéristique de contrôle de vitesse (Fig. 13 a) d'un générateur de vannes dépend de l'intensité du courant d'excitation. je suis dans sur la vitesse du rotor nà courant continu U gn Générateur Il est généralement déterminé à plusieurs valeurs de courant de charge.
Le courant d'excitation minimum est déterminé lorsque le courant de charge est nul et la vitesse de rotation maximale du rotor du ventilateur du générateur. Les caractéristiques du contrôle de vitesse permettent de déterminer la plage de changements dans l'intensité du courant d'excitation à partir des changements de charge à tension constante.
Avec une vitesse de rotor croissante n et charge constante de l'intensité du courant du générateur de valve je suis dans l'excitation devrait diminuer (Fig. 13 a) et avec l'augmentation du courant de charge, elle devrait augmenter (Fig. 13 b).
La tension du générateur doit être maintenue constante dans la plage de vitesse du rotor de n°0 avant n max dans ce cas, l'intensité du courant d'excitation variera du maximum J'inmax au minimum J'entre significations.
La fréquence de régulation en termes d'intensité du courant d'excitation est supérieure à la fréquence de régulation en termes de vitesse du rotor. Cela se produit parce que la caractéristique de magnétisation du générateur de valve est non linéaire et qu'une profonde saturation du circuit magnétique se produit. La fréquence la plus élevée de régulation du courant d'excitation est possible en mode veille.
Riz. 13. Dépendance de la tension du générateur et du courant d'excitation :
a) sur la vitesse du rotor ;
b) sur le courant de charge ;
U gn- Tension nominale
En raison du changement continu du mode de conduite du véhicule et, par conséquent, de la vitesse du rotor et de la charge du générateur de soupapes, la caractéristique courant-vitesse de la dépendance de l'intensité du courant redressé est importante. Identifiant, qu'un générateur de vannes peut fournir aux consommateurs à une tension donnée, en fonction de la vitesse du rotor n(Fig.14).
La caractéristique courant-vitesse est mesurée à une tension redressée constante U d = const et courant d'excitation constant Je suis = const. Les valeurs de contrôle sont les valeurs de fréquence initiales n°0 sortie du générateur, courant maximum Idmaxà n max. Vitesses de rotor de conception np et la force actuelle Idp, sont déterminés au point de tangence entre la caractéristique courant-vitesse 1 et la droite 2 tracée à partir de l'origine. Ce point correspond à la valeur maximale du rapport de puissance calculé PDPà la vitesse du rotor calculée np(mode de chauffage maximum du générateur de vannes).
Riz. 14. Caractéristique courant-vitesse
La caractéristique courant-vitesse est utilisée lors du développement ou de la sélection d'un générateur de vannes. Il peut être déterminé avec une excitation indépendante, une auto-excitation et le fonctionnement d'un générateur de vannes avec un régulateur de tension.
Tous les générateurs de voitures modernes ont la propriété de limiter automatiquement le courant maximum. Sur une large plage de vitesses du rotor, le courant augmente lentement et, à la vitesse maximale du rotor, il ne dépasse pas la valeur maximale spécifiée. Cela est dû au fait qu'avec l'augmentation de la vitesse de rotation du rotor du générateur, et donc avec l'augmentation de la fréquence du courant induit dans l'enroulement du stator, la résistance inductive de l'enroulement augmente, de sorte que l'intensité du courant augmente plus lentement, tendant asymptotiquement vers une certaine valeur limite.
La conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique s'effectue à l'aide d'un générateur de courant. Fondamentalement, la pratique consiste à utiliser des générateurs de machines électriques tournantes. Lors de la rotation, une force électromotrice apparaît dans le conducteur sous l'influence d'un champ magnétique changeant. La partie du générateur qui crée le champ magnétique s’appelle l’inducteur, et la partie où la force électromotrice est générée s’appelle l’induit.
Principe de fonctionnement
La partie tournante du générateur s'appelle le rotor et sa partie fixe est le stator. Un générateur de courant alternatif possède un stator et un rotor qui, de par leur conception, peuvent être à la fois un induit et un inducteur.
Presque toute l’électricité des centrales électriques du monde est produite par des générateurs à courant alternatif. Lorsque l'inducteur tourne, un champ magnétique est créé, qui tourne et induit une force électromotrice alternative dans l'enroulement du stator. Sa fréquence coïncide complètement avec la vitesse du rotor.
Éléments générateurs
Le système magnétique du stator est constitué de fines tôles d'acier pressées dans un emballage. Le bobinage du stator est placé dans les rainures de ce boîtier. Il comprend trois phases décalées les unes par rapport aux autres d'un tiers du périmètre du stator. Forces électromotrices Les enroulements induits dans les phases sont également décalés entre eux de 1 200. Chaque phase possède un enroulement constitué de bobines à plusieurs spires connectées les unes aux autres en parallèle ou en série. Les parties des bobines dépassant des rainures sont appelées joints d'extrémité du stator.
Dans un inducteur et un stator, le nombre de pôles peut être supérieur à deux. Le nombre de pôles dépend entièrement de la vitesse du rotor. À mesure que la rotation du rotor ralentit, le nombre de pôles peut augmenter.
Le noyau massif du rotor en acier contient l’enroulement d’excitation du générateur. Cette conception est utilisée pour les générateurs électriques à courant alternatif fonctionnant avec haute fréquence rotation. Cela est dû au fait que lorsque vitesses élevées rotation, l’enroulement du rotor est soumis à d’importantes forces centrifuges. Un grand nombre de pôles nécessite la présence d'un enroulement d'excitation séparé sur chaque pôle, ce qui est typique des générateurs électriques fonctionnant à basse vitesse.
Dans les turbines hydrauliques, les alternateurs peuvent avoir une conception à arbre vertical. Lors du fonctionnement, selon la puissance, un refroidissement par air, hydrogène, eau ou huile peut être utilisé.
Un générateur de courant alternatif ou un générateur de courant continu est un dispositif permettant de produire de l'électricité par conversion d'énergie mécanique.
A quoi ressemble un alternateur ?
Comment fonctionne un alternateur ? Le courant est généré dans un conducteur sous l'influence d'un champ magnétique. Il est pratique de générer du courant en faisant tourner un cadre rectangulaire électriquement conducteur dans un champ stationnaire ou aimant permanent en elle.
Lorsqu'il tourne autour de l'axe du champ magnétique, il crée à l'intérieur un cadre avec vitesse angulaireω, les côtés verticaux du circuit seront actifs car ils sont coupés par des lignes magnétiques. Il n’y a aucun effet sur les côtés horizontaux coïncidant avec la direction du champ magnétique. Aucun courant n’y est donc induit.
À quoi ressemble un générateur à rotor magnétique ?
L'EMF dans le cadre sera :
e = 2 Bmax lv péché ωt,
Bmax– induction maximale, T ;
je– hauteur du cadre, m;
v– vitesse de trame, m/s ;
t – temps, s.
Ainsi, une force électromotrice alternative est induite dans le conducteur par l’action d’un champ magnétique changeant.
Pour un grand nombre de tours w, exprimant la formule en termes de débit maximum FM, on obtient l'expression suivante :
e = wF m péché ω t.
Le principe de fonctionnement d'un autre type de générateur de courant alternatif repose sur la rotation d'un cadre porteur de courant entre deux aimants permanents de pôles opposés. L'exemple le plus simple est présenté dans la figure ci-dessous. La tension qui y apparaît est supprimée par des bagues collectrices.
Générateur de courant à aimant permanent
L'utilisation de l'appareil n'est pas très courante en raison de la charge sur les contacts mobiles avec un courant important traversant le rotor. La conception de la première option donnée les contient également, mais beaucoup moins de courant continu est fourni à travers eux à travers les spires d'un électro-aimant rotatif, et la puissance principale est retirée de l'enroulement stationnaire du stator.
Générateur synchrone
Une particularité de l'appareil est l'égalité entre la fréquence F induit dans le stator par la FEM et la vitesse du rotor ω :
ω = 60∙F/ p tr/min,
Où p– nombre de paires de pôles dans l'enroulement du stator.
Un générateur synchrone crée une FEM dans l'enroulement du stator dont la valeur instantanée est déterminée à partir de l'expression :
e = 2π B max lwDn sinω t,
Où je Et D– longueur et diamètre intérieur du noyau du stator.
Un générateur synchrone produit une tension avec une caractéristique sinusoïdale. Lorsque des consommateurs sont connectés à ses bornes C 1, C 2, C 3, un courant monophasé ou triphasé circule dans le circuit, le schéma ci-dessous.
Circuit générateur synchrone triphasé
L’action d’une charge électrique changeante modifie également la charge mécanique. Dans le même temps, la vitesse de rotation augmente ou diminue, ce qui entraîne un changement de tension et de fréquence. Pour éviter un tel changement, Caractéristiques électriques automatiquement maintenu à un niveau donné grâce à commentaires par tension et courant sur l'enroulement du rotor. Si le rotor du générateur est constitué d’un aimant permanent, ses capacités de stabilisation des paramètres électriques sont limitées.
Le rotor est forcé en rotation. Un courant d'induction est fourni à son enroulement. Dans le stator, le champ magnétique du rotor, tournant à la même vitesse, induit 3 FEM alternées avec un déphasage.
Le flux magnétique principal du générateur est créé par l'action du courant continu traversant l'enroulement du rotor. L'alimentation peut provenir d'une autre source. La méthode d'auto-excitation est également courante, lorsqu'une petite partie du courant alternatif est prélevée sur l'enroulement du stator et traverse l'enroulement du rotor après une rectification préalable. Le procédé est basé sur le magnétisme résiduel, suffisant pour démarrer le générateur.
Les principaux appareils qui produisent presque toute l’électricité dans le monde sont les générateurs hydroélectriques ou turbogénérateurs synchrones.
Générateur asynchrone
Le dispositif d'un générateur de courant alternatif de type asynchrone se distingue par la différence de fréquence de rotation EMF ω et le rotor ω r. Elle s'exprime à travers un coefficient appelé glissement :
s = (ω - ωr)/ ω.
En mode fonctionnement, le champ magnétique ralentit la rotation de l'induit et sa fréquence est plus faible.
Un moteur asynchrone peut fonctionner en mode générateur si ω r >ω, lorsque le courant change de direction et que l'énergie est restituée au réseau. Ici le couple électromagnétique devient freinage. L'utilisation de cette propriété est courante lors de la descente de charges ou sur les véhicules électriques.
Un générateur asynchrone est choisi lorsque les exigences en matière de paramètres électriques ne sont pas très élevées. En présence de surcharges au démarrage, un générateur synchrone serait préférable.
Appareil générateur de voiture pas différent d'un modèle ordinaire qui génère du courant électrique. Il produit du courant alternatif qui est ensuite redressé.
A quoi ressemble un générateur de voiture ?
La conception consiste en un rotor électromagnétique tournant dans deux roulements entraînés par une poulie. Il ne comporte qu'un seul enroulement, alimenté en courant continu par 2 anneaux de cuivre et des balais en graphite.
Le relais-régulateur électronique maintient une tension stable de 12V, indépendante de la vitesse de rotation.
Circuit générateur de voiture
Le courant de la batterie est fourni à l'enroulement du rotor via un régulateur de tension. Le couple de rotation lui est transmis via une poulie et une FEM est induite dans les spires de l'enroulement du stator. Le courant triphasé généré est redressé par des diodes. La tension de sortie constante est maintenue par un régulateur qui contrôle le courant d'excitation.
À mesure que le moteur accélère, le courant de champ diminue, contribuant ainsi à maintenir une tension de sortie constante.
Générateur classique
La conception contient un moteur fonctionnant au carburant liquide qui fait tourner un générateur. La vitesse du rotor doit être stable, sinon la qualité de la production d'électricité diminue. Lorsque le générateur s'use, la vitesse de rotation diminue, ce qui constitue un inconvénient important de l'appareil.
Si la charge sur le générateur est inférieure à la valeur nominale, il fonctionnera partiellement au ralenti, consommant un excès de carburant.
Par conséquent, lors de son achat, il est important de faire un calcul précis de la puissance requise afin qu'elle soit chargée correctement. Une charge inférieure à 25 % est interdite car cela affecte sa durabilité. Les passeports indiquent tous les modes de fonctionnement possibles qui doivent être respectés.
De nombreux types de modèles classiques ont prix acceptables, une grande fiabilité et une large plage de puissance. Il est important de le charger correctement et d'effectuer le contrôle technique à temps. La figure ci-dessous montre des modèles de générateurs à essence et diesel.
Générateur classique : a) – générateur à essence, b) – générateur diesel
Générateur diesel
Le générateur alimente le moteur qui fonctionne au Gas-oil. Le moteur à combustion interne se compose d'une partie mécanique, d'un panneau de commande, d'un système d'alimentation en carburant, de refroidissement et de lubrification. La puissance du générateur dépend de la puissance du moteur à combustion interne. S'il est nécessaire en petites quantités, par exemple pour les appareils électroménagers, il est conseillé d'utiliser un générateur à essence. Générateurs diesel utilisé là où une puissance élevée est nécessaire.
Les ICE sont principalement utilisés avec des soupapes en tête. Ils sont plus compacts, plus fiables, faciles à réparer et émettent moins de déchets toxiques.
Ils préfèrent choisir un générateur avec un corps en métal, car le plastique est moins durable. Les appareils sans balais sont plus durables et la tension générée est plus stable.
Capacité réservoir d'essence Permet de fonctionner avec une seule recharge pendant 7 heures maximum. Dans les installations fixes, un réservoir externe de grand volume est utilisé.
Générateur d'essence
La source d'énergie mécanique la plus courante est le moteur à quatre temps. moteur à carburateur. Pour la plupart, des modèles de 1 à 6 kW sont utilisés. Il existe des appareils jusqu'à 10 kW qui peuvent alimenter une maison de campagne à un certain niveau. Des prix générateurs à essence sont acceptables, et la ressource est tout à fait suffisante, bien que inférieure à celle des moteurs diesel.
Le générateur est sélectionné en fonction des charges.
Pour des courants de démarrage élevés et une utilisation fréquente du soudage électrique, il est préférable d'utiliser un générateur synchrone. Si vous prenez un générateur asynchrone plus puissant, il supportera les courants de démarrage. Cependant, il est important ici qu'il soit chargé, sinon l'essence sera gaspillée.
Générateur onduleur
Les machines sont utilisées là où l'électricité est nécessaire Haute qualité. Ils peuvent travailler en continu ou par intermittence. Les objets de consommation d'énergie ici sont des institutions où les surtensions ne sont pas autorisées.
La base du générateur onduleur est l'unité électronique, qui se compose d'un redresseur, d'un microprocesseur et d'un convertisseur.
Schéma fonctionnel d'un générateur onduleur
La production d'électricité commence de la même manière que dans le modèle classique. Tout d'abord, du courant alternatif est généré, qui est ensuite redressé et fourni à l'onduleur, où il est à nouveau converti en courant alternatif, avec les paramètres nécessaires.
Les types de générateurs onduleurs diffèrent par la nature de la tension de sortie :
- rectangulaire - le moins cher, capable d'alimenter uniquement des outils électriques ;
- impulsion trapézoïdale - convient à de nombreux appareils, à l'exception des équipements sensibles (catégorie de prix moyen) ;
- tension sinusoïdale – caractéristiques stables, adaptées à tous les appareils électriques (prix le plus élevé).
Avantages des générateurs onduleurs :
- petites dimensions et poids;
- une faible consommation de carburant en régulant la production de la quantité d'électricité dont les consommateurs ont actuellement besoin ;
- Possibilité de fonctionnement à court terme avec surcharge.
Les inconvénients sont des prix élevés, une sensibilité aux changements de température dans la partie électronique et une faible consommation. De plus, la réparation de l'unité électronique coûte cher.
Le modèle d'onduleur est sélectionné dans les cas suivants :
- l'appareil n'est acheté que dans les cas où un générateur conventionnel ne convient pas, car son prix est élevé ;
- la puissance requise ne dépasse pas 6 kW ;
- les options de générateurs classiques sont mieux adaptées à une utilisation régulière ;
- il est nécessaire d'alimenter partiellement les appareils électroménagers en électricité ;
- Pour un usage domestique, il est préférable d'utiliser des appareils monophasés.
Vidéo. Alternateur.
Les générateurs de courant alternatif sont capables de reconstituer l'électricité dans la maison en cas de panne d'un appareil fixe et sont également utilisés partout où l'alimentation électrique est nécessaire.
Afin d'assurer l'existence la plus confortable, l'homme a développé et inventé une grande variété de dispositifs technologiques et de systèmes complexes. Mais l’un des appareils les plus efficaces et efficients permettant d’utiliser l’électricité est devenu un générateur de courant alternatif. Familiarisez-vous avec les types et les types de RCD.
Il existe aujourd'hui deux grands types de construction :
- Appareils avec une partie fixe - un stator et un élément rotatif - un pôle magnétique. Éléments de ce genre sont largement utilisés parmi la population, car la présence d'un enroulement fixe élimine le besoin pour l'utilisateur de supprimer une charge électrique excessive.
- Un appareil électrique avec une armature rotative et un pôle magnétique fixe.
Il s'avère que la conception du générateur se résume à la présence de deux parties principales : mobile et fixe, ainsi que d'éléments qui servent de lien de liaison entre elles (balais et fils).
Principe d'opération
Principe de fonctionnement d'un alternateur de voiture :
- la partie rotative du rotor ou de l'entraînement du mécanisme est nominalement considérée comme un aimant électrique. C'est lui qui transmettra le champ magnétique créé au « corps » du stator. Il s'agit d'un élément externe de l'appareil, constitué de bobines auxquelles sont connectés des fils.
- la tension est transmise à travers des anneaux et des panneaux de commutation. Les anneaux sont en cuivre et tournent simultanément avec le rotor et le vilebrequin. Pendant le mouvement, les brosses sont pressées contre la surface des anneaux. Par conséquent, le courant sera transféré de la partie fixe vers la partie mobile du système.
Caractéristiques
Lors de l'achat d'un alternateur, vous devez vous concentrer sur les caractéristiques techniques suivantes :
- Pouvoir électrique;
- Tension de fonctionnement;
- Nombre de tours de la partie tournante du générateur ;
- Facteur de puissance net ;
- Force actuelle.
Ces quantités sont basiques caractéristiques techniques courant alternatif.
Types
Aujourd'hui sur le territoire Fédération Russe mettre en œuvre la vente divers types alternateurs certifiés et sans licence. Examen du ménage lampes halogènes et comment choisir ici : . Les plus populaires de ces appareils sont les suivants :
