発生器 直流一定の電圧を生成する電気機械です。
この完全に平凡な定義の背後には、事実上技術的思考の完成である非常に複雑な装置が横たわっています。 実際、19 世紀末の発明以来、直流発電機の設計は大きな変更を受けていません。
エネルギーはどこからともなく現れるものではありません。 彼女は常に別の力の産物です。 これは電流にも当てはまります。 これを発生させるには、電磁誘導の効果、つまり回転する導体内での EMF の励起を利用できる磁場が必要です。
負荷が導体ループの端に接続され、その中で永久磁石が回転すると、交流電流が流れます。 これは磁石の極が変わるために起こります。 この効果は、定電圧マシンの双子の兄弟に基づいています。
結果として生じる電流の方向が変わらないため、重要なのは、磁石の回転と同じ速度で負荷接続点を切り替える時間を確保することです。 このタスクは、誘電体プレートで分離されたいくつかの導電性セクターで構成される特別なデバイスであるコレクタによってのみ実行できます。 電気機械の電機子に取り付けられ、電気機械と同期して回転します。
電気エネルギーは、電気伝導率が高く、滑り摩擦係数が低いグラファイト片であるブラシによってアーマチュアから収集されます。 コレクタの通電セクタが入れ替わる瞬間に、誘導起電力はゼロになりますが、ブラシは導体の他端に接続された集電セクタに移動するため、符号を変える時間がありません。 。
その結果、デバイスの出力は同じ大きさの脈動電圧を生成します。 電圧リップルを平滑化するために、いくつかの電機子巻線が使用されます。 数が多いほど、発電機出力の電圧サージは低くなります。
コレクタ上の集電セクタの数は常に電機子巻線の 2 倍です。
生成された電圧を固定子ではなく電機子巻線から除去することが、DC 機と AC 機の根本的な違いです。 これはまた、ブラシと整流子の間の摩擦損失、火花や発熱といった重大な欠点も事前に決定していました。
ユニットの仕組みを調べる
他の電気機械と同様に、DC 発電機は電機子と固定子で構成されます。
アーマチュアは、巻線が配置される凹部を備えた鋼板から組み立てられます。 それらの端は、誘電体で分離された銅板で構成されるコレクタに接続されています。 組み立て後のコレクタ、巻線を備えたアーマチュア、および電気機械のシャフトは単一の全体になります。
発電機の固定子はそのハウジングでもあり、その内面には数対の永久磁石または電磁石が固定されています。 通常は電動のものが使用され、コアを本体と一緒に鋳造することができます（機械用） 低電力）または金属板で作られています。
ハウジングには、集電ブラシを取り付けるためのスペースも提供されます。
ステーターの磁極の数に応じて、グラファイト要素の数も変わります。 ブラシの数と同じ数のポールのペアがあります。
電気ステータ磁石の接続の種類
DC 発電機は、固定子の電磁石の接続の種類が異なります。 それらは次のとおりです。
- 独立した励起を伴う。
- 平行;
- 一貫性のある。
で 独立励磁ステータ電磁石は独立した DC 電源に接続されています。 これは通常、レオスタットを通じて行われます。 このような方式の利点は、生成される電力を広い範囲で調整できることです。 欠点は、 追加のソース栄養。
残りの 2 つの方法は、発電機の自励式の特殊なケースであり、固定子の残留磁気が小さい場合に可能です。 で 並行作業 DC 発電機では、生成された電圧の一部によってステーター電磁石に電力が供給されます。 これは最も一般的なスキームです。
で 逐次励起 電磁石回路は電機子負荷回路と直列に接続されています。 電磁石を流れる電流の量は、発電機の負荷に大きく依存します。 したがって、このような回路は、ブレーキ時に発電モードに切り替わる DC トラクションモーターを接続するためにのみ使用されます。
励磁巻線を接続するための混合回路も使用されます - パラレルシリアル。 これを行うには、電磁石の各極に 2 つの絶縁された巻線が必要です (直列に接続された巻線は、通常 2 ～ 3 巻だけで構成されます)。
このような電気機械は、負荷の短絡電流を制限する必要がある場合に使用されます。 たとえば、移動式溶接ユニットなどです。
整流子とブラシのアセンブリの存在により、電気機械の設計が大幅に複雑になります。 さらに、生成されたエネルギーはそれを介して伝達されます。 大きな損失そして身体活動。 したがって、可能であれば、DC マシンはブリッジ整流器に置き換えられます。 たとえば、これらはすべて自動車の電源です。
ビデオ上の直流発電機の設計と動作原理
発電機は、エンジンの作動中に車両のすべての電気システムに電力を供給するように設計されています。 バッテリーはある程度のエネルギーを蓄えますが、容量が限られているため、再充電しないとすぐに消耗してしまいます。 バッテリーの充電を含むすべての電気需要は、ベルトドライブを介してエンジンによって駆動される発電機によって供給されます。 バッテリーの充電には定電流が必要なため、直流発電機（ダイナモ）またはオルタネーターが必要です 交流電流整流器付き。
現在、自動車にはその利点から交流発電機のみが使用されています。 ただし、半導体が導入される前は、直流発電機が使用されていました。
のため デザインの特徴このような DC 電気機械には、たとえば、エンジンがアイドリングしているときにバッテリーを充電できないなど、重大な欠点がありました。
広く導入されているため、 電子機器車の設計では、回転子に電流が誘導されるため、回転する整流子からカーボンブラシを使って電力を取り出す必要があったため、DC 発電機では電気需要の増加に対応できませんでした。励磁巻線は固定されています (図 1a)。
米。 1. 発電機の概略図:
a) 直流（固定磁場）、
b) 交流（回転磁場）。
1アンカー; ブラシ付き2コレクター。 3ステータ。
F– 磁束; 私-現在; ω - 角速度
交流発電機 (図 1b) では、主電流が生成される巻線は固定されており、励磁巻線は非常に軽く、かなりの速度で回転できます。 より高速な直流発電機のローターよりも。 ドライブギア比を適切に選択すると、オルタネーターのローターが十分な速度で回転し、 アイドル回転数バッテリーを充電するための正の電力を供給します。
発電機がエンジンから受け取る機械エネルギーは、電磁誘導現象に従って電気エネルギーに変換されます。 変化する磁束が、電流が流れる導線の巻線が互いに絶縁されているコイルを貫通すると、巻数と磁束の変化率の積に比例して、コイルの端子に起電力が発生します。
E から =-WLBV、
どこ W– フレームの回転数。 B– 磁気誘導、T; L– フレーム部分（導体）の長さ、m。 V– ベクトル 線速度静止磁場に対するフレームの動き、m/s。
マイナス記号は、EMF の影響下にある場合を意味します。 Eに(負荷が接続されている場合) フレームに電流が流れ始め、この電流によって生成される磁場がフレームを回転させる機械的な力に対抗します。
いくつかのタイプの交流発電機の設計と動作原理を考えてみましょう。 自動車やトラクターの発電機では、電磁石の磁束を変化させることによってコイル内の EMF が誘導されます。
サイズと方向別（ブラシバルブジェネレーター）。
サイズのみ（ブラシレスインダクター式発電機）。
機械エネルギーが電気エネルギーに変換される交流発電機の主要コンポーネント (図 2):– 励磁巻線と磁束が流れる磁気回路の鋼部分を備えた磁気システム F;
– 回転子の磁束が変化すると EMF が誘導される固定子巻線。 
米。 2. 回路図バルブ同期発電機
最も一般的なタイプのオルタネーター。 その中に磁束が発生します 励磁巻線 4 (図 2) 電流がシステムとシステムを流れるとき 極 3. 極の数は常に 2 の倍数であり、実際の発電機設計では通常、極は 12 個あります。
界磁巻線付きポール、 指輪からの電流が流れます。 ブラシ励磁巻線に接続されており、 軸その他 構造要素回転を形成する ローター.
ステータ７は鋼板から組み立てられた磁気回路である。 固定磁気回路の溝に配置 固定子巻線 2、それが誘発される 電気。 巻線は独立した 3 つの巻線で構成されています 相巻線(図3)、これら(従来は文字A、B、Cで指定されていました)は、隣接するステータ歯上に配置されており、ステータ歯内で誘導されるEMFが周期の1/3または120度だけ相対的にシフトされます。 。 各相には 6 つのコイルが直列に接続されています。
米。 3. 隣接するステータ歯に生じる誘導 EMF の 120 度の変位
相巻線は星形または三角形で相互に接続できますが (図 4)、星形接続の方がよく使用され、より多くの出力が得られます。 高電圧デルタ接続と比較して、任意の端子ペア間での接続が可能です。 線間電圧値は相電圧の√3(1.732)です。 デルタ接続すると、線間電圧は相電圧に等しく、1 対のコイルからの線電流は 1.732 になります。 したがって、高出力の発電機ではデルタ結線がよく使用されます。これは、より低い電流値で巻線をより細いワイヤで巻くことができ、より技術的に進んでいるからです。 スター接続には細いワイヤも使用できます。 この場合、固定子巻線は 2 つの並列巻線で構成され、それぞれが星型に接続され、「ダブル」スターが得られます。
固定子巻線の相リードは整流器 1 に接続されています (図 2)。
米。 4. 相巻線の接続: a) スター型。 b) 三角形
ローターが回転すると、ローターの北側の N 極または南側の S 極が、相巻線が配置されたステーターの歯の反対側に現れます。 磁束 F、固定子巻線を貫通すると、大きさと方向が変化します。ファラデーの法則によれば、その端子に交流電圧が現れるにはこれで十分です。
この場合、EMF の大きさと方向の変数が相巻線に誘導されます。
F について E f =4.44fw k、
どこ f– 現在の周波数、Hz; w– 1 相の巻線の巻数。 kについて– 巻線係数は、極および相ごとの固定子スロットの数に依存します。 F– 磁束;
f=pn/60、k=z/(午後2時)、
どこ z– 溝の数; メートル– フェーズの数; p– 極のペアの数。
バルブジェネレータ内 R通常は 6 に等しいため、交流の周波数はローター速度の 10 分の 1 です。
ローター速度が高く、磁束の大きさが大きくなるほど、ステーター位相コイル内でその変化がより速く発生し、コイル内に誘導される電圧が高くなります。
米。 5. くちばし状のローターを備えたバルブジェネレーターの図:
1 ステータ。 2ブラシ。 3 ステータ巻線。 4くちばしのポール。
5励磁巻線。 6ピンリング（コレクタ）。 7分袖
くちばし状のローターを備えたバルブジェネレーター (図 5) は同期式です。 電気自動車半導体整流器を内蔵しています。 自動車バルブジェネレータのロータは、２つの極の半分から構成され、その突出部（くちばし）４は、一方の半分で北極システムを形成し、他方の半分で南極システムを形成する。 Ｓ極はＮ極の間に位置し、スチールスリーブ７上に置かれた励磁巻線５は、極の半分の間に挟まれている。 ロータのくちばし状のデザインにより、1 つのコイルを使用して多極システムを形成することができます。 したがって、ローターは回転する交流電磁場を備えた電磁石であり、その起磁力は次のように定義されます。
F=I in W in 、
励磁電流を変更することで調整できます 私V、 どこ WV– 励磁巻線の巻数。
ステータパッケージ１は渦電流を低減するために電磁鋼板で作られている。 固定子スロットには三相巻線 3 のコイルが含まれています。極および相ごとのスロット数を増やすことで、出力電圧の正弦波および効率に対する高い要件を満たすことが可能になります。 スリップリング6とブラシ2を使用して、界磁巻線に電流を供給します。 私Vローターの交番磁場を形成します。
さらに、バルブジェネレーター（図6）には、ステーター4の巻線5に生成された交流電圧を整流するための整流ユニット3、ローターを駆動するためのプーリー14、および加熱を冷却するためのファン13が装備されています。巻き線。
米。 6.オルタネーター:
裏表紙1枚。 2本のブラシ。 3ダイオード。 4ステータ。 5 ステータ巻線。 6 ローリングベアリング;
7-コレクター。 8,9 - 電磁石の北極と南極。 10 ローター巻線。
11-表紙。 12 個の換気窓。 13 冷却インペラ。
14プーリードライブ
現在、国内外の産業界は、広範な要求を満たす、くちばし状ローターを備えた多種多様な交流発電機を製造しています（表1）。
表1
一部の発電機モデルの基本パラメータ
モード。
一般的な
無負荷回転数、rpm
ノム。 例：V±0.5
ノム。
電流、A
追加。 整流器
統合
reg-r
例えば
G222
1250
14,3
がある
37-3701
1100
14,1
がある
がある
16.3701
1100
581.3701
1400
13,9
がある
955.3701
1050
14,2
がある
がある
インダクタ発電機
インダクタ発電機は、片側電磁励起を備えた非接触の同極同期交流電気機械です (図 7)。 鋼製ロータースプロケット２は、固定ブッシュ８内を通るシャフト５とともに回転する。励磁巻線７はブッシュに固定され、固定子巻線６は固定子歯に取り付けられる。 励磁巻線に直流電流が流れると発電機の磁気回路に磁束が発生し、 電力線これは、図 7 の破線で示されています。磁束は、ブッシングとシャフトの間のエア ギャップ、ローター スプロケット、ローターとステーターの間の作動ギャップ、ステーター パッケージ、側面のカバーを通して閉じられます。界磁コイルとブッシングの厚肉ワッシャーまたはフランジの固着。
米。 7. インダクタ型発生回路:
1ステータ磁気回路。 2-ローター (スチールスプロケット);
3-リアカバー（フロントカバーは磁気回路の一部です）。
4ベアリング。 5軸。 6 ステータ巻線。 7励磁巻線。
8 磁気インダクター システム (フランジ付きスリーブ); 9永久磁石
スプロケットの歯はすべて同じ極性です。 磁束の変化は、ステーター歯の下の空隙の磁気伝導率の変化に関連しています。 ステータ歯の磁束が最大値に達する F 最大値(図 8)、ローターとステーターの歯の軸が一致し、 最小値 Ф分、ステーターの歯の軸がローターのスプロケットキャビティの軸と一致する場合。 その結果、ステータティース内の磁束は脈動し、方向は変化せずに大きさのみが変化します。
米。 8. ステータティース内の磁束の時間変化
のために より大きな範囲で磁束の変化とその結果としての発電機の出力の増加を考慮して、永久磁石がロータースプロケットの空洞に固定されています。 インダクタ発電機は単相でも多相でもよく、相ステータコイルの数、その位置、接続方法によって異なります。 三相インダクタ発電機では、ステータには通常、巻線を備えた 9 つの歯があります。
各相の巻線には、直列、並列、および混合接続された複数のコイルを含めることができ、固定子巻線の各相はマルチビーム スター型または多角形に接続されます。
誘導EMFの大きさは、磁束の振幅、固定子巻線の巻き数、および周波数に依存します。 nローターの回転。 巻き数が多いほど、ローター速度が低くても必要な電圧を得ることができます。 磁束の振幅は界磁巻線の励磁電流の大きさに依存します。
現在、国内産業は、固定軸縦励磁コイルを備えた 955.3701 交流インダクタ発電機を製造しています。 発電機には 5 相固定子巻線と 5 相整流器が装備されています。 この発電機の回転子は、電気鋼の薄いシートでできており、6 条の星の形で作られています。 星の空洞には永久磁石があり、発電機の自励の開始に寄与し、その出力をわずかに増加させます。 また、主励磁巻線に加えて、 この発電機永久磁石の影響を中和する追加の消磁巻線があります。 高速発電機のローター。 固定子巻線は固定子磁気回路の 10 個の歯 (歯ピッチ - 36°) 上に配置されており、各セクションに 2 つの歯付きコイルを備えた 5 つの相セクションに分割されています。 同じ位相セクションの歯付きコイルは、ステーターの周囲に沿って 180 度の間隔で配置されます。
ステーター設計およびインダクター発電機の相巻線の接続に関する他のオプションも可能です。 しかし、現時点では、効率、重量、寸法などのパラメータの点で、インダクタ発電機はスリップリングを備えた発電機よりも劣っています。
ブラシレスバルブ発電機
ブラシレス発電機は、くちばし状のローターを備えた発電機の設計に基づいて開発されたものです（図9）。
米。 9. ブラシレス発電機:
a) と 空冷式の：1プーリー。 2ファン。 3-表紙。 4回転磁気回路。 5ステータ。 6固定励磁巻線。 7軸。 裏表紙8枚。 9電圧レギュレータ。 10ダイオード。 11-取り付けブラケット。 12ベアリング。
b) 液体冷却付き: 1 プーリー; 2整流器; 3-表紙。 4 つの発電機ハウジング。 5-冷却剤; 6冷却ジャケットケーシング; 7ローター。 8 ステータ巻線。 9 ステータ。 10個の非磁性中間リング。 11 回転磁気回路 (極)。 12 固定励磁巻線。 13電圧レギュレータ
このタイプの発電機では、くちばし状の極１１のみが回転し（図９ｂ）、励磁巻線１２は静止したままである。 極の半分の一方は、非磁性リング１０によって他方の反対側に保持される。磁束は、通常の作動ギャップに加えて、２つの追加の空隙を横切らなければならない。 整流器 2 は、電圧レギュレータ 13 を介して直接界磁巻線に電流を供給します。
このような発電機の質量は、同じ出力のくちばし状の極を備えたブラシ発電機の質量よりも若干大きくなります。
ブラシレス発電機 液体冷却ファンがないため騒音が少なく、エンジンのシリンダーブロックと一体化できます。
短いくちばしを備えた発電機の設計もあります (図 10)。これは、ブラシ発電機のポールのくちばし状の半分が互いに重なり合わず、固定要素 4 (非固定) になるように離れるように移動すると構造的に得られます。 -磁気クリップ) と界磁巻線の電線が、結果として生じるギャップ 1 に通されます。
米。 10. ポールを短くしたブラシレスバルブ発電機の図:
1励磁巻線。 くちばしが短くなった 2 極の半分。 3スリーブ。
4-励磁巻線の固定要素。 5ステータ。 6 ステータ巻線
界磁巻線は、2 つの極半体 2 の間の鋼製ブッシング 3 の上に吊り下げられています。発電機のシャフトが回転すると、磁化されたスプロケットのみが回転しますが、その磁極片の面積は（ブラシ発電機と比較して）小さいため、ステータ歯上の交流磁束の振幅が小さくなり、 電力そのような発電機によって生成される電力は低くなります。 しかし、この設計の利点は、ローターの質量が小さいことであり、これにより発電機の動作速度が向上し、その結果、生成される電力が増加します。
交流整流
バルブジェネレーターの交流は半導体シリコンダイオードによって整流されます。 ダイオードには 2 つの端子があり、アノードに正の電位が印加されると、アノード端子からカソード端子へのみ電流が流れます。 逆方向では、逆電圧が許容値を超えない限り、ダイオードは電流を流しません。
発電機の整流器では、正極性と逆極性のダイオードが使用されます。 ストレート極性ダイオードは、カソードがボディに接続され、ダイオードが接続されています。 逆極性– アノード。 発電機の相数に応じて、三相整流器と五相整流器が使用されます。
米。 11. 発電機の交流整流:
a) 単相交流の半波整流。
b) 単相交流の全波整流。
c) 三相電流の半波整流。
d) 三相電流の全波整流。
G - 発電機。 VD - 整流器 (ダイオード); R - 負荷; A、B、C - 発電機フェーズ
整流された電圧の形状に基づいて、単波整流器と全波整流器が区別されます。 単相電源の半波整流器 G(図 11a) 交流は 1 つのダイオードによって供給されます VD、負荷と直列に接続されています R.
単相電流の全波整流の場合、ブリッジ整流器は 4 つのダイオードで組み立てられます VD1 – VD4(図11b)。 交流電圧の正の半波（最初の半サイクル）によりダイオードが開きます。 VD1そして VD4。 後半の半サイクルではダイオードがオープンになります。 VD2そして VD3。 負荷にブリッジ整流器を備えた発電機の全動作時間中 R整流された電圧が供給されます ウド一つのサイン。
三相バルブ発電機の各相にダイオードを1個接続した場合 VD1, VD2そして VD3(図 11 c)、三相電流用の半波整流器を得ることができます。 各整流ダイオードは、電圧が順方向に印加されている期間の 1/3 の間だけ電流を流します。
全波三相整流器には 3 対のダイオードがあります。 VD1 – VD6(図11d)。 整流器の一方のアームはダイオードで形成されています VD1 – VD3直接極性。陰極によってバルブジェネレータの正端子に接続されます。 ダイオードは整流器の第 2 アームに取り付けられています VD4 – VD6逆極性。 それらのアノードはグランドに接続されています。 ダイオードの 1 つが導通方向に動作します VD1, VD2または VD3、アノードの電位が最も高く、ダイオードのグループ内で VD4 – VD6– 最低電位のダイオード。 同相の場合 あ電圧は正で最大、同相です でそして と電圧は負で等しい、負荷への電流 R開いたダイオードを経由して来る VD1と 2 つのダイオード VD5そして VD6。 相電圧の場合 あゼロに等しい、同位相 で– 正、同相 と– 負、ダイオードが電流を流す VD2そして VD4。 残りのダイオードには電流が流れません。
リップル周波数 f p全波三相電圧整流器により整流 ウド AC周波数の6倍。
交流整流;
モードに応じた最低回転速度で定格電圧が得られる巻線データの選択 アイドルムーブエンジン;
自己制限電流出力。
バルブジェネレータの主なパラメータは次のとおりです。 整流電圧 ウド、ローター速度 nそして力 P(または現在の 私は所定の電圧で発電機によって与えられます）。
整流された電圧依存性 ウド励起電流の強さについて私は入っています負荷をオフにし、ローター速度を一定にした場合 nこれをアイドル回転特性といいます（図12）。 無負荷モードでは、整流された電圧は起電力に等しくなります。 エド。 バルブジェネレータの無負荷特性は独立励磁で得られます。
バルブジェネレータの外部特性は整流電圧の依存性です ウド(図 12 b) 負荷電流に応じて 私はローター速度が一定の場合、界磁巻線の端子の電圧とその抵抗。 負荷が増加すると、ステータ (電機子) 回路と整流器の電圧が低下する結果、電機子反作用の作用により整流電圧が低下します。また、ステータ巻線の電圧降下は大きく、次の条件に依存します。ローターの速度。
米。 12. バルブジェネレーターの特徴:
a) アイドリング。 b) 外部。 n最大値, 平均, np, n0– ローター回転速度、それぞれ最大値、平均値、計算値、反動の開始速度。 うだん– 整流された定格電圧
バルブジェネレータの外部特性は自励式と独立励磁によって決まります。 負荷の増加に伴う電圧の低下は、アクティブ巻線だけでなく、固定子巻線の誘導抵抗でも発生します。 バルブジェネレータが自励式の場合、励磁巻線自体の電圧が低下します。 電機子反作用の消磁効果により、ローターとステーターの間の動作中のエアギャップ内の磁束が減少します。
家族ごと 外部特性整流電流の最大強度が決定されます 私はdmaxこれは、指定されたまたは調整可能な電圧値で作成されます。
バルブジェネレータの速度制御特性（図13a）は励磁電流強度に依存します。 私は入っていますローターの速度について nで 定電圧 うーん発生器 通常、いくつかの負荷電流値で決定されます。
最小励磁電流は、負荷電流がゼロのとき、発電機ファンロータの最大回転速度で決まります。 速度制御特性により、定電圧での負荷の変化から励磁電流強度の変化範囲を決定することができます。
ローターの速度を上げると nおよびバルブジェネレータの定負荷電流の強さ 私は入っています励磁は減少するはずであり (図 13 a)、負荷電流の増加に伴って増加するはずです (図 13 b)。
発電機の電圧は、ローター速度の範囲内で一定に維持する必要があります。 n0前に n最大値この場合、励起電流の強度は最大値から変化します。 私はマックスです最小限に 私はミンミン意味。
励磁電流の強さに関する調整の頻度は、ローター速度に関する調整の頻度よりも大きくなります。 これは、バルブジェネレーターの磁化特性が非線形であり、磁気回路が深い飽和を起こすために起こります。 アイドルモードでは、最高周波数の励磁電流調整が可能です。
米。 13. 発電機電圧と励磁電流の依存性:
a) ローター速度について。
b) 負荷電流について。
うーん- 定格電圧
車両の運転モードは継続的に変化し、その結果としてローター速度とバルブジェネレーターの負荷が変化するため、整流電流強度の依存性の電流速度特性が重要になります。 私は、バルブ発電機は、ローターの速度に応じて、所定の電圧で消費者に供給できます。 n(図14)。
電流速度特性は一定の整流電圧で測定されます。 U d = 定数一定の励起電流 I in = const。 制御値は初期周波数値です n0発電機出力、最大電流 私はdmaxで n最大値。 ローター速度の設計 npそして現在の強さ IDP、流速特性 1 と原点から引いた直線 2 の接点で求められます。 この点は、計算された電力比の最大値に対応します。 ＰＤＰ計算されたローター速度に np(バルブジェネレーターの最大加熱モード)。
米。 14. 電流速度特性
電流速度特性はバルブジェネレータの開発時や選定時に使用されます。 独立励磁、自励、および電圧調整器を備えたバルブ発電機の動作により決定できます。
最新の自動車発電機はすべて、最大電流を自己制限する特性を備えています。 広範囲のローター速度にわたって電流はゆっくりと増加し、最大ローター速度でも指定された最大値を超えることはありません。 これは、発電機ロータの回転速度が増加すると、したがって固定子巻線に誘導される電流の周波数が増加すると、巻線の誘導抵抗が増加するため、電流強度の増加がより遅くなり、漸近的に増加する傾向があるという事実によるものです。ある限界値。
機械エネルギーから電気エネルギーへの変換は、電流発生器を使用して行われます。 基本的には回転電機発電機を使用することになります。 回転すると、変化する磁場の影響を受けて導体に起電力が発生します。 発電機の磁界を作る部分をインダクタ、起電力を発生させる部分をアーマチュアと呼びます。
動作原理
発電機の回転部分はローターと呼ばれ、固定部分はステーターと呼ばれます。 交流発電機にはステーターとローターがあり、設計によりアーマチュアとインダクターの両方になることができます。
世界の発電所のほぼすべての電気は交流発電機によって生成されます。 インダクタが回転すると磁界が発生し、磁界が回転して固定子巻線に交流起電力を誘導します。 その周波数はローターの速度と完全に一致します。
ジェネレータ要素
ステータ磁気システムは、パッケージにプレスされた薄い鋼板で構成されています。 固定子巻線はこのパッケージの溝に配置されます。 これには 3 つの相が含まれており、ステータの周囲の 3 分の 1 だけ相互にシフトされています。 起電力各相巻線に誘導される巻線も、相互に 1200 度シフトされます。各相には、互いに並列または直列に接続された多くの巻数のコイルで構成される巻線があります。 コイルの溝からはみ出している部分をステーターエンドジョイントと呼びます。
インダクタとステータでは、極の数が 2 つ以上になる場合があります。 極の数はローターの速度に完全に依存します。 ローターの回転が遅くなるにつれて、極の数が増加する可能性があります。
巨大なスチール製ローター コアには、発電機の励磁巻線が含まれています。 この設計は、次の条件で動作する交流発電機に使用されます。 高周波回転。 これは、次のような場合に発生します。 高速回転すると、ローターの巻線は大きな遠心力を受けます。 極数が多いと、各極に個別の励磁巻線が必要になりますが、これは低速で動作する発電機では一般的です。
水力タービンでは、オルタネータが垂直軸設計になっている場合があります。 動作時は、電力に応じて、空冷、水素冷、水冷、油冷を使用できます。
交流発電機または直流発電機は、機械エネルギーを変換することによって電気を生成する装置です。
オルタネーターはどのようなものですか?
オルタネーターはどのように動作するのですか? 磁場の影響下で導体に電流が発生します。 静止磁場内で長方形の導電性フレームを回転させることによって電流を生成するのに便利です。 永久磁石彼女の中に。
磁場の軸を中心に回転すると、フレーム内に次のような磁界が生成されます。 角速度ω、回路の垂直辺は磁力線と交差しているためアクティブになります。 磁場の方向と一致する水平側面には影響はありません。 したがって、それらに電流は誘導されません。
磁気ローターを備えた発電機はどのようなものですか?
フレーム内の EMF は次のようになります。
e = 2 Bマックス レベル 罪 ωt,
Bマックス– 最大誘導、T;
私– フレームの高さ、m;
v– フレーム速度、m/s;
t – 時間、s。
したがって、変化する磁場の作用により導体内に交流起電力が誘導されます。
ターン数が多い場合 w、式を最大流量で表します。 FM、次の式が得られます。
e = wFm 罪 ω t.
別のタイプの交流発電機の動作原理は、反対の極を備えた 2 つの永久磁石の間で通電フレームが回転することに基づいています。 最も単純な例を次の図に示します。 そこに現れる電圧はスリップリングによって除去されます。
永久磁石電流発生器
ローターに大電流が流れると可動接点に負荷がかかるため、この装置の使用はあまり一般的ではありません。 最初に指定されたオプションの設計にもそれらが含まれていますが、回転電磁石のターンを通じてそれらに供給される直流電流ははるかに少なく、主電力は固定固定子巻線から除去されます。
同期発電機
このデバイスの特別な機能は、周波数が等しいことです。 f EMF とローター速度によってステーターに誘導される ω :
ω = 60・f/ p回転数、
どこ p– 固定子巻線の極対の数。
同期発電機は固定子巻線に EMF を生成します。その瞬間値は次の式で求められます。
e = 2π B max lwDn sinω て、
どこ 私そして D– ステーターコアの長さと内径。
同期発電機は、正弦波特性の電圧を生成します。 消費者がその端子 C 1、C 2、C 3 に接続されている場合、回路には単相または三相の電流が流れます。以下の図のようになります。
三相同期発電機回路
電気的負荷が変化すると、機械的負荷も変化します。 同時に回転速度が増減し、その結果電圧や周波数が変化します。 このような変化が起こらないようにするには、 電気的特性～によって自動的に所定のレベルに維持されます フィードバック回転子巻線の電圧と電流によって変化します。 発電機の回転子が永久磁石で作られている場合、電気パラメータを安定させる能力には限界があります。
ローターは強制的に回転させられます。 その巻線に誘導電流が供給されます。 固定子では、同じ速度で回転する回転子の磁場により、位相がずれた 3 つの交流起電力が誘導されます。
発電機の主磁束は、ローター巻線を通過する直流電流の作用によって生成されます。 電力は別の電源から供給される場合があります。 また、交流電流の一部が固定子巻線から取り出され、予備整流後に回転子巻線を通過する自励式の方法も一般的です。 このプロセスは残留磁気に基づいており、発電機を始動するには十分です。
世界中のほぼすべての電気を生成する主な装置は、同期水力発電機またはターボ発電機です。
非同期ジェネレータ
非同期式交流発電機の装置は起電力回転周波数の違いで区別されます ω とローター ω r. これは、スリップと呼ばれる係数によって表されます。
s = (ω - ω r)/ ω。
動作モードでは、磁界によりアーマチュアの回転が遅くなり、その周波数が低くなります。
非同期モーターは、ω r >ω の場合、電流の方向が変わり、エネルギーがネットワークに戻されるとき、発電機モードで動作できます。 ここで電磁トルクが制動となります。 この特性は、負荷を下げるときや電気自動車でよく使用されます。
非同期発電機は、電気パラメータの要件がそれほど高くない場合に選択されます。 始動過負荷が存在する場合には、同期発電機の使用が推奨されます。
デバイス 車の発電機電流を発生させる通常のものと変わりません。 交流を生成し、整流します。
車の発電機はどのようなものですか?
この設計は、プーリーを介して駆動される 2 つのベアリング内で回転する電磁ローターで構成されています。 巻線は 1 つだけで、2 つの銅リングとグラファイト ブラシを介して直流が供給されます。
電子リレーレギュレーターは、回転速度に関係なく、安定した 12V の電圧を維持します。
車の発電機回路
バッテリーからの電流は、電圧レギュレーターを介してローター巻線に供給されます。 回転トルクはプーリーを介して伝達され、固定子巻線の回転時に EMF が誘導されます。 生成された三相電流はダイオードによって整流されます。 一定の出力電圧は、励起電流を制御するレギュレータによって維持されます。
エンジンの速度が上がると界磁電流が減少し、出力電圧を一定に維持します。
クラシックジェネレーター
この設計には、発電機を回転させる液体燃料で動作するエンジンが含まれています。 ローターの速度が安定していなければ、発電の質が低下します。 発電機が摩耗すると回転速度が低下し、装置の大きな欠点となります。
発電機の負荷が公称値を下回ると、発電機は部分的にアイドル状態になり、余分な燃料を消費します。
したがって、購入するときは、必要な電力を正確に計算し、正しく負荷されるようにすることが重要です。 耐久性に影響を与えるため、25%未満の負荷は禁止します。 パスポートには、遵守する必要があるすべての可能な動作モードが示されています。
クラシックモデルには多くの種類があり、 許容できる価格、高い信頼性と広い出力範囲。 適切に積み込み、時間通りに技術検査を実行することが重要です。 下の図はガソリン発電機とディーゼル発電機のモデルを示しています。
古典的な発電機: a) – ガソリン発電機、b) – ディーゼル発電機
ディーゼル発電機
発電機はエンジンに電力を供給し、エンジンは作動します ディーゼル燃料。 内燃機関は、機械部品、制御パネル、燃料供給システム、冷却および潤滑装置から構成されます。 発電機の出力は内燃機関の出力に依存します。 家庭用電化製品などで少量必要な場合は、ガソリン発電機を使用することをお勧めします。 ディーゼル発電機は、より多くの電力が必要な場合に使用されます。
ICE は主にオーバーヘッド バルブとともに使用されます。 よりコンパクトで信頼性が高く、修理が簡単で、有害な廃棄物の排出が少なくなります。
プラスチックは耐久性に劣るため、彼らは金属製の本体を備えた発電機を選択することを好みます。 ブラシのないデバイスは耐久性が高く、生成される電圧もより安定しています。
容量 燃料タンク 1回の補充で7時間以内の動作が可能です。 定置式設置では、大容量の外部タンクが使用されます。
ガソリン発電機
最も一般的な機械エネルギー源は 4 ストロークです。 キャブレターエンジン。 ほとんどの場合、1 ～ 6 kW のモデルが使用されます。 一定レベルのカントリーハウスに電力を供給できる最大10 kWのデバイスがあります。 価格 ガソリン発電機ディーゼルエンジンより少ないとはいえ、資源は十分にあります。
負荷に応じて発電機を選択します。
始動電流が高く、電気溶接を頻繁に使用する場合は、同期発電機を使用することをお勧めします。 より強力な非同期発電機を使用すると、始動電流に対処できます。 ただし、ここではガソリンを積むことが重要です。そうでないとガソリンが無駄になります。
インバータ発電機
機械は電気が必要な場所で使用されます 高品質。 連続的にまたは断続的に動作することができます。 ここでのエネルギー消費の対象は、電力サージが許されない施設です。
インバータ発電機の基本は、 電子ユニット、整流器、マイクロプロセッサ、コンバータで構成されます。
インバータ発電機のブロック図
発電は古典的なモデルと同じ方法で始まります。 まず交流が生成され、整流されてインバータに供給され、必要なパラメータを用いて再度交流に変換されます。
インバータ発電機の種類により、出力電圧の性質が異なります。
- 長方形 - 最も安価で、電動工具のみに電力を供給できます。
- 台形パルス - 敏感な機器 (中価格帯) を除く、多くの機器に適しています。
- 正弦波電圧 – 安定した特性、あらゆる電化製品に適しています（最高価格）。
インバータ発電機の利点:
- 寸法と重量が小さい。
- 消費者が現在必要としている電力量の生産を調整することにより、燃料消費量を削減します。
- 過負荷による短期間の動作の可能性。
欠点は、価格が高いこと、電子部品の温度変化に敏感であること、消費電力が低いことです。 さらに、電子ユニットの修理には費用がかかります。
インバータ機種は以下の場合に選択されます。
- 価格が高いため、この装置は従来の発電機が適さない場合にのみ購入されます。
- 必要な電力は 6 kW 以下です。
- クラシックジェネレーターオプションは、通常の使用に適しています。
- 家庭用電化製品に部分的に電力を供給する必要がある。
- 家庭で使用する場合は、単相デバイスを使用することをお勧めします。
ビデオ。 オルタネーター。
交流発電機は、定置型機器が故障した場合に家庭内の電力を補充することができ、また、電力供給が必要なあらゆる場所で使用されます。
最も快適な生活を確保するために、人類は多種多様な技術装置や複雑なシステムを開発、発明してきました。 しかし、電気の使用を可能にする最も効果的かつ効率的な装置の 1 つは交流発電機です。 RCDの種類とタイプをよく理解してください。
現在、建設には主に 2 つのタイプがあります。
- 固定部分（ステーター）と回転要素（磁極）を備えたデバイス。 要素 このタイプの固定巻線の存在により、ユーザーが過剰な電気負荷を除去する必要がなくなるため、国民の間で広く使用されています。
- 回転電機子と固定磁極を備えた電気機器。
発電機の設計は、可動部分と固定部分の 2 つの主要部分と、それらの間の接続リンクとして機能する要素 (ブラシとワイヤー) の存在によって決まることがわかりました。
動作原理
車のオルタネーターの動作原理:
- ローターの回転部分または機構の駆動部は、名目上、電磁石とみなされます。 生成された磁場をステーターの「本体」に伝達するのは彼です。 これはデバイスの外部要素であり、ワイヤーが接続されたコイルで構成されます。
- 電圧はリングと整流子パネルを介して伝送されます。 リングは銅製で、ローターとクランクシャフトと同時に回転します。 移動中、ブラシはリングの表面に押し付けられます。 その結果、電流はシステムの固定部分から可動部分に伝達されます。
仕様
オルタネーターを購入するときは、次の技術的特性に注目する必要があります。
- 電力;
- 動作電圧;
- 発電機の回転部分の回転数。
- 正味の力率。
- 現在の強さ。
これらの量は基本的な量です 技術特性交流電流。
種類
今日は領地で ロシア連邦販売を実施する さまざまな種類認定されたオルタネーターと無認可のオルタネーター。 家計の見直し ハロゲンランプここでの選択方法: これらのデバイスの中で最も人気のあるものは次のとおりです。
