Генераторы
Электрические двигатели
Что такое электродвигатель?
Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию. Принцип работы электродвигателя выглядит как одинаковые магнитные полюса оказывают сопротивление друг другу, в то время как противоположные полюса притягивают друг друга.
При прохождение электрического тока через проводник возникает магнитное поле вокруг проводника. Если проводник расположен между двумя магнитами, то под взаимодействием двух электромагнитных полей проводник начнёт двигаться.
Напряженность магнитного поля будет распространяться с Северного полюса к Южному. Линия действия силы магнитного поля расположена ниже проводника, движущегося в том же направлении. Это приводит к увеличению напряженности магнитного поля, воздействующей на нижнюю часть проводника. Линия действия силы магнитного поля расположенная выше проводника движется в противоположном направлении. Это приводит к уменьшению напряженности магнитного поля, воздействующей на верхнюю часть проводника. Разница в напряженности магнитного поля приводит к движению проводника по вверх.
Как работает электродвигатель?
1 Якорь
2 Коллектор
3 Щётки
4 Магниты.
Электродвигатель состоит из якоря, расположенного между парой постоянных магнитов.
Магниты расположены так, что противоположные полюса каждого магнита обращёны к друг другу, что обеспечивает сильное магнитное поле. Якорь имеет возможность свободного вращения, и состоит из обмотки проводника через который протекает ток. Постоянный ток проходя через обмотку обеспечивает воздействие напряженности магнитного поля как было описано ранее. Это приводит к вращению якоря.
Как только обмотка достигнет среднего положения по отношению к двум магнитам, необходимо изменить направление движения тока через обмотку на обратное для обеспечения вращения. Это происходит за счёт коллектора, который работает как вращающийся переключатель. Коллектор получает питание от батареи через пару щёток.
Электродвигатели с электромагнитным возбуждением
В электродвигателях с электромагнитным возбуждением постоянные магниты заменены на электромагниты. При малой частоте вращения якоря, электрический ток проходя через электродвигатель, производит большой крутящий момент. При увеличении частоты вращения якоря, сила тока проходящего через электродвигатель снижается.
Как работает генератор?
1 Магнит с четерьмя полюсами
2 Статор
3 Обмотка статора
4 Цифровой мультиметр.
На иллюстрации изображён магнит с четырьмя полюсами закреплённый на вращающемся валу. Рядом с вращающимися магнитами расположен проводник, называемый статором.
Вокруг статора намотана индукционная катушка из токопроводящего провода, которая соединена с измерительным прибором, позволяющим снимать показания силы тока А (ампер).
Северный и южный полюса вращающегося магнита последовательно изменяют своё положение по отношению к статору, генерируя ток в обмотке статора. Ток генерируемый в обмотке статора изменяет своё направление в соответствии с изменением магнитной полярности на статоре. Это можно увидеть, наблюдая изменение показаний измерительного прибора, которые изменяются между отрицательными (–) и положительными (+) значениями. значениями. Это явление называется переменный ток (АС).
Что такое переменный ток?
Синусоидальная волна
A = Сила тока; B = Время.
Когда двигатель вращается, генератор снабжает системы автомобиля электрической энергией. Напряжение возрастает до своего максимального значения, затем снижается до нуля. Генератор при этом обеспечивает напряжение противоположной полярности. Вновь напряжение возрастает до максимального значения и затем снижается до нуля. Этот процесс происходит каждый раз поворот шкива генератора на 360 градусов. Форма генерированного выходного сигнала, приведённая на иллюстрации выше, называется синусоидальной волной.
Так как под воздействием толкающей силы напряжение изменяет направление с положительного на отрицательное, то сила тока в цепи также меняет своё направление. Это явление называется переменный ток (АС). Несмотря на то, что генератор производит переменный ток, в электрооборудование автомобилей используется постоянный ток (DC).
Как генератор производит постоянный ток?
1 Магнит с четерьмя полюсами
2 Статор
3 Обмотка статора
4 Цифровой мультиметр
5 Диод.
Генератор использует диоды для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Размещение диода в электрической цепь между обмоткой статора и измерительным прибором позволяет току двигаться в цепи только в одном направлении. Это явление известно как полуволновое преобразование и показано на иллюстрации синусоидальной волны ниже.
Полуволновое преобразование
Полуволновое преобразование 'отсекает' 50% электрического тока. Наиболее эффективной формой преобразования является преобразование за 'полный' период.
На иллюстрации выше показана электрическая цепь, содержащая четыре диода. Эта электрическая цепь известна как диодный мост. При отсекании отрицательной (–) части электрического тока, мост преобразует её в положительную (+). Это явление известно как полноволновое преобразование и показано на иллюстрации синусоидальной волны ниже.
Полноволновое преобразование
Выходной сигнал генератора показанный выше известен как однофазный сигнал. Данный выходной сигнал характеризуется большими колебаниями между максимальными и минимальными значениями.
Как выходной сигнал генератора может быть увеличен?
Выходной сигнал генератора может быть увеличен за счёт увеличения количества витков в обмотке статора. В предыдущем примере использовалась цепь с одной обмоткой. Этот сигнал известен как однофазный выходной сигнал.
Трехфазные генераторы имеют три основных преимущества по отношению к однофазному генератору:
• Высокий выходной сигнал
• Более ровный выходной сигнал
• Улучшенное соотношение мощности к массе.
Три набора обмоток расположены под 120° по отношению к друг другу, и могут быть соединены по двум вариантам:
1 Треугольник
2 Звезда.
Соединение звездой позволяет иметь выходной сигнал с низкой силой тока/высоким напряжением. Соединение звездой позволяет иметь выходной сигнал с низкой силой тока/высоким напряжением.
Трехфазное преобразование
1 Обмотки ротора
2 Обмотки статора
3 Цепь моста.
Для трёхфазного переменного тока в постоянный ток используется шесть диодов, по два диода на обмотку каждой фазы. Положительные (+) и отрицательные (–) значения для каждой обмотки преобразуются в положительное (+) значение, соответственно сглаживая выходной сигнал. Этот процесс можно увидеть на синусоидальной кривой на следующей странице.
ПРИМЕЧАНИЕ: Генератор также имеет три дополнительных диода. Эти диоды используются для управления лампой индикатора зарядки.