Какой ток выдает генератор автомобиля
Вот почему автомобили используют генераторы переменного тока, хотя все устройства на борту работают от постоянного электричества
Задумывались ли вы когда-нибудь о том, что питает все системы вашего автомобиля? За счет чего заводится мотор, горят лампочки на приборной панели, движутся стрелки и работают бортовые компьютеры? Откуда берется электричество на борту? Конечно, их вырабатывает генератор и аккумулирует химический накопитель энергии многоразового действия – электрический аккумулятор. Это знают все. Скорее всего, вы также в курсе, что аккумуляторная батарея вырабатывает постоянный ток, который используется в любом автомобиле для запитывания приборов. Однако во всей этой стройной теории, проверенной практикой, присутствует одно странное звено, не желающее поддаваться логике, – генератор вырабатывает ток переменный, тогда как все механизмы на борту машины потребляют ток постоянный. Это не кажется вам странным? Почему так происходит?
На самом деле это интересный вопрос, потому что в этой истории на первый взгляд нет никакого смысла. Если все потребители электричества в вашем автомобиле работают на 12 вольтах постоянного тока, почему автопроизводители больше не используют генераторы, которые производят постоянный ток? Ведь раньше так и делали. Почему необходимо сперва сгенерировать переменный ток, а затем преобразовывать его в постоянное электричество?
Задавшись такого рода вопросами, мы начали докапываться до истины. Ведь есть же в этом какая-то тайная причина. И вот что мы выяснили.
Во-первых, давайте проясним, что мы подразумеваем под переменным и постоянным током. Автомобили используют постоянный ток, или прямой ток, как его еще называют. В названии скрыта суть феномена. Это тип электричества, который производится батареями, он течет в одном постоянном направлении. Этот же тип электричества производился генераторами, которые ставились на первые автомобили с начала 1900-х годов до 60-х годов прошлого века. На старушках ГАЗ М-20 «Победа» и ГАЗ-69 ставились именно генераторы постоянного тока.
Другой вид электричества – переменный ток – назван так из-за того, что он периодически обращает течение по направлению, а также изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи неизменным. Доступ к этому типу электричества можно получить в любой розетке обычной квартиры по всему миру. Мы используем его для питания электроприборов в частных домах, зданиях, огни больших городов также дают свет благодаря переменному току, потому что его легче передавать на большие расстояния.
Большая часть электроники, в том числе почти вся в вашем автомобиле, использует постоянный ток, преобразуя переменный ток в постоянный для выполнения полезной работы. В бытовых приборах установлены так называемые блоки питания, в которых происходит конвертация одного вида энергии в другой. Побочным результатом работы преобразования является немного тепла на выходе. Чем сложнее бытовая утварь, к примеру компьютер или Smart TV, тем сложнее цепочка преобразований. В некоторых случаях переменный ток частично не изменяется, а лишь корректируется его частота. Поэтому очень важно при замене вышедшего из строя блока питания заменять его на оригинальный, требуемого типа. Иначе технике наступит очень быстрый конец.
Но что-то мы отошли от главных вопросов, поставленных на повестку дня сегодня.
Итак, зачем в автомобилях вырабатывать «неправильный» вид электричества?
В общем, ответ очень прост: таков принцип работы генератора переменного тока. Наиболее высокий КПД при переводе механической энергии вращения двигателя в электрическую энергию происходит именно по такому принципу. Но есть нюансы.
Кратко принцип работы автомобильного генератора таков:
При включении зажигания на обмотку возбуждения подается напряжение через блок щеток и контактные кольца.
Инициируется появление магнитного поля.
Магнитное поле воздействует на обмотки статора, что приводит к появлению электрического переменного тока.
Далее переменный ток отправляется на выпрямительный блок, где происходит его преобразование в постоянный ток.
Завершающая стадия «готовки» правильного тока – регулятор напряжения.
После всего процесса часть электричества запитывает электропотребители, часть идет на подзарядку аккумулятора, некоторая часть уходит обратно на щетки альтернатора (так когда-то называли генератор переменного тока) для самовозбуждения генератора.
Выше был описан принцип работы современного генератора переменного тока, но так было не всегда. Ранние автомобили с двигателями внутреннего сгорания использовали магнето – простейшее приспособление для преобразования механической энергии в электрическую (переменного тока). Внешне, да и внутренне, эти машинки были даже схожи с более поздними генераторами, но использовались на очень простых автомобильных электрических системах без батарей. Все было просто и безотказно. Не зря некоторые сохранившиеся до наших времен 90-летние автомобили заводятся до сих пор.
Индукторы (второе название магнето) впервые были разработаны человеком с неподражаемым именем – Ипполит Пикси.
Смотрите также: Сколько стоит зарядить электромобиль?
На данный момент мы с вами выяснили, что тип вырабатываемого генераторами тока зависит от продуктивности перевода механической энергии в электрическую, но также немаловажную роль во всей этой истории сыграло снижение массы и габаритов устройства по сравнению с аналогичными по мощности устройствами-производителями постоянного тока. Разница в весе и габаритах оказалась почти в три раза! Но есть еще один секрет, почему автомобильные генераторы сегодня вырабатывают переменный ток. Вкратце это более передовой эволюционный путь развития генераторов постоянного тока, которых, признаться честно, по сути, и не существовало в чистом виде.
Историческая справка:
Более того, генераторы постоянного тока на самом деле также производили переменный ток, когда якорь (подвижная часть) вращался внутри статора (внешний «корпус», который имеет постоянное магнитное поле). Разве что частота тока была иной и «сгладить» ее в постоянный ток можно было проще – при помощи коммутатора.
Коммутатором тогда называлось механическое приспособление с вращающимся цилиндром, поделенным на сегменты с щетками для создания электрического контакта.
Система работала, но была неидеальна. В ней было множество механических частей, контактные щетки быстро изнашивались, и общая надежность системы была так себе. Тем не менее это был лучший способ получить постоянный ток, который был нужен вам для зарядки аккумулятора и системы запуска автомобиля.
Так было до конца 1950-х годов, когда начала появляться твердотельная электроника, ставшая решением проблемы преобразования переменного тока в постоянный посредством кремниевых диодных выпрямителей.
Эти выпрямители тока (иногда называемые диодным мостом) показали себя с гораздо лучшей стороны в качестве преобразователей переменного тока в постоянный, что, в свою очередь, позволило использовать более простые, а значит, более надежные генераторы переменного тока в автомобилях.
Первым зарубежным автопроизводителем, который развил эту идею и вывел ее на рынок легковых автомобилей, был Chrysler, имевший опыт работы с выпрямителями и электронными регуляторами напряжения благодаря исследовательской работе, спонсируемой Министерством обороны США. В Википедии отмечается, что американская разработка «…повторяла разработку авторов из СССР», первая конструкция генератора переменного тока была представлена в Советском Союзе за шесть лет до этого. Единственным, но важным улучшением американцев стало применение кремниевых выпрямительных диодов вместо селеновых.
Смотрите также: Разряд автомобильного аккумулятора: причины и как его избежать
В СССР же, хоть и опоздали на 7 лет с введением в серию генераторов переменного тока на легковые автомобили, опередили весь мир в самой разработке новых типов генераторов. Еще в 1955 году на Горьковском автозаводе было выпущено 2.000 машин с альтернаторами вместо магнето.
«Одними из ведущих разработчиков, благодаря которым в СССР и на европейском континенте появилась первая серийная конструкция генераторов переменного тока, были Ю. А. Купеев (НИИ автоприборов) и В. И. Василевский (КЗАТЭ г. Самара)», – говорится на страницах Википедии.
Итог. Почему генераторы на авто вырабатывают переменный ток?
Ну, а мы завершаем наш рассказ. Первым легковым автомобилем, в базовой комплектации которого устанавливался генератор новой конструкции, стал Plymouth 1960 года выпуска. Некоторыми из наиболее очевидных преимуществ генератора было то, что на низкой скорости или на холостом ходу он по-прежнему производил достаточно тока, чтобы заряжать аккумулятор, что большинство генераторов того времени были не в состоянии сделать.
Оказалось, что альтернаторы, после того как был налажен массовый выпуск, производить дешевле, чем генераторы старой конструкции, они надежнее, выносливее и производят больше электричества на разных скоростях вращения коленчатого вала. Они сделали настолько большой шаг вперед, что все их плюсы запросто перекрывали единственный минус – они не могли производить постоянный ток. Позиция закрепилась после того, как инженерами был разработан дешевый и надежный твердотельный выпрямитель.
Видите? В конце концов, в этом есть смысл!
Как работают автомобильные генераторы?
от Paul Favors
Dynamo
Автомобильный генератор - это динамо. Он способен вырабатывать электричество благодаря вращению плотно намотанных тонких проводов в магнитном поле. Это магнитное поле поддерживается за счет фиксированного расположения магнитов или электромагнитов, окружающих вращающиеся обмотки провода. Ток и напряжение зависят от скорости вращения проводов и напряженности магнитного поля.
Арматура
Прядение и намотка проводов в автомобильном генераторе называется арматурой. Этот компонент вращается через расположение ремней и шкивов, которые связаны с двигателем автомобиля. Скорость вращения, таким образом, регулируется скоростью двигателя. Автомобильный генератор может выдавать максимальную мощность только при минимальной частоте вращения двигателя или выше.
Коммутатор
К якорю прикреплен коммутатор, и основное назначение этого устройства - преобразование переменного тока, генерируемого вращающейся якорью, в постоянный ток (DC).Этот шаг необходим, потому что другие электрические устройства автомобиля, такие как фары и гудок, работают только в постоянном токе. В собранной конструкции коммутатора и якоря имеются две подпружиненные щетки, которые скользят по поверхности коммутатора. Когда сборка вращается, эти щетки касаются различных точек контакта на коммутаторе, и именно благодаря этому механическому действию ток преобразуется.
Соединения
Автомобильный генератор имеет три соединения: поле, якорь и заземление.Как и все электрические системы, заземление защищает всю систему от чрезмерного напряжения. В электрической системе автомобиля, и особенно в автомобильном генераторе, это данность, так как большинство компонентов сделаны из металла. Соединение якоря с маркировкой «А» является основным звеном и несет электрический выход генератора. Полевое соединение, обозначенное «F», является меньшим звеном, и оно подает питание на электромагниты, окружающие якорь, и контролирует напряженность магнитного поля.Все три соединения соединены с регулятором автомобиля.
Регулятор
Регулятор обычно расположен во внутреннем крыле автомобиля, и его функция состоит в том, чтобы регулировать электрическую мощность генератора так, чтобы постоянно поддерживалось надлежащее напряжение. Это осуществляется путем контроля напряженности магнитного поля в генераторе. Старые блоки работают механически, быстро замыкая и открывая ряд реле, пока не будет достигнуто правильное напряжение.
Генератор переменного тока
Генератор переменного тока является улучшением по сравнению с автомобильным генератором.Современные модели автомобилей больше не используют генераторы. Структура полностью изменена в генераторе. Вместо того, чтобы вращать намотанные провода в фиксированном магнитном поле, магниты вращаются внутри обмотки. Эта конструкция больше не нуждается в коммутаторе, а использует диоды. Это полупроводниковые устройства, которые позволяют электричеству перемещаться только в одном направлении, успешно обеспечивая преобразование переменного тока в постоянный ток. Генераторы переменного тока более эффективны, потому что они могут вырабатывать большую мощность даже при низких оборотах двигателя, а это означает, что они могут заряжать автомобильный аккумулятор даже в режиме холостого хода, функция, которую автомобильный генератор не способен выполнить.
Еще статьи
.Понимание выходной мощности генератора | HowStuffWorks
В первые дни автомобили использовали генераторы , а не генераторы для питания электрической системы автомобиля и зарядки аккумулятора. Это больше не так. По мере развития автомобильных технологий росла и потребность в большей мощности. Генераторы вырабатывают постоянного тока , который движется в одном направлении, в отличие от переменного тока для электричества в наших домах, которое периодически меняет направление.Как доказал Тесла в 1887 году, переменный ток стал более привлекательным, поскольку он генерирует более высокое напряжение более эффективно, что необходимо в современных автомобилях. Но автомобильные аккумуляторы не могут использовать переменный ток, поскольку они производят постоянный ток. В результате выходная мощность генератора переменного тока подается через диода , которые преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока.
Ротор и статор являются двумя компонентами, вырабатывающими энергию. Когда двигатель вращает шкив генератора, ротор вращается мимо трех неподвижных обмоток статора или проволочных витков, окружающих неподвижный железный сердечник, который составляет статор.Это называется трехфазным током . Обмотки катушки равномерно расположены с интервалом 120 градусов вокруг железного вала. Переменное магнитное поле от ротора создает последующий переменный ток в статоре. Этот переменный ток подается через выводов статора в соединительный набор диодов. Два диода подключаются к каждому проводу статора для регулирования тока. Диоды используются, чтобы по существу блокировать и направлять ток. Поскольку батареи требуют постоянного тока, диоды становятся односторонним клапаном, который пропускает ток только в одном направлении.
Трехфазные генераторы имеют три комплекта обмоток; они более эффективны, чем однофазный генератор переменного тока, который производит однофазный переменный ток. При правильной работе три обмотки создают три тока, которые составляют три фазы. Сложение всех трех вместе дает общую выходную мощность статора.
Две основные конструкции обмоток статора - с перемычкой и с кольцом типа .Дельта-рана легко определяется по форме, так как она треугольная. Эти обмотки обеспечивают высокий ток при более низких оборотах. Витые обмотки напоминают конденсатор потока, который можно увидеть в «Назад в будущее». Эти обмотки идеально подходят для дизельных двигателей, так как они вырабатывают более высокое напряжение, чем дельта-статоры, даже при более низких оборотах.
После преобразования AC / DC полученное напряжение готово к использованию в батарее. Слишком большое или слишком низкое напряжение может повредить батарею, а также другие электрические компоненты.Для обеспечения правильного значения регулятор напряжения определяет, когда и какое напряжение требуется в батарее. В большинстве генераторов встречается один из двух типов регуляторов: заземленный регулятор работает, контролируя количество отрицательного или заземления батареи, идущего в обмотку ротора, а заземленный тип работает наоборот - путем управления количество батареи положительное. Ни один из них не обладает преимуществом перед другим.
С таким количеством компонентов, которые работают для создания электричества, необходимого для наших автомобилей, можно с уверенностью сказать, что генератор является важным компонентом под капотом.Но, как и многие детали на наших автомобилях, они выходят из строя. В следующем разделе вы узнаете, как определить, собираетесь ли вы оказаться в затруднительном положении, и что вы можете сделать, если вам нужно заменить генератор.
,Как работает система зарядки
Внутри генератора ротор с ременным приводом становится электромагнитом, когда на него подается ток. Когда ротор вращается, он генерирует более высокий ток в обмотках статора. Автомобиль использует довольно много электричества для работы зажигание и другое электрооборудование.
Если власть пришла от обычного аккумулятор Скоро сбежит. Таким образом, автомобиль имеет аккумулятор аккумулятор и система зарядки, чтобы держать его доливым.
Аккумулятор имеет пары свинца тарелки погружают в смесь серной кислоты и дистиллированной воды.
Половина плит подключены к каждому Терминал , Электричество, подаваемое на батарею, вызывает химическую реакцию, которая откладывает дополнительный свинец на один набор пластин.
Когда батарея подает электричество, происходит прямо противоположное: лишний свинец растворяется с пластин в результате реакции, которая производит электричество ток ,
Аккумулятор заряжается от генератор на современных автомобилях или динамо на более ранних.Оба типа генератор и приводятся в движение ремнем из двигатель ,
генератор состоит из статор - стационарный комплект проводов катушка обмотки, внутри которых вращается ротор.
ротор электромагнит поставляется с небольшим количеством электроэнергии через углерод или медь-углерод щетки (контакты) касаясь двух вращающихся металлов кольца скольжения на его валу.
Вращение электромагнита внутри катушек статора генерирует гораздо больше электричества внутри этих катушек.
Электричество есть переменный ток - направление его потока меняется назад и вперед при каждом повороте ротора. Должно быть выпрямленный - превратился в односторонний поток, или постоянный ток ,
Динамо дает постоянный ток, но менее эффективно, особенно при низких двигатель Скорость и весит больше, чем генератор.
Сигнальная лампа на панель приборов светится, когда батарея не заряжается должным образом, например, когда двигатель останавливается.
Также может быть амперметр чтобы показать, сколько электроэнергии вырабатывается, или индикатор состояния батареи, показывающий состояние батареи обвинение ,
Как работает генератор
Как течет ток в генераторе
Перемещение магнита по замкнутому контуру провода приводит к протеканию электрического тока в проводе. Представьте себе петлю из проволоки с магнитом внутри.
Северный полюс магнита проходит верхушку петли как Южный полюс проходит дно. Оба прохода создают поток тока в одном направлении вокруг контура.
Полюса удаляются, и ток перестает течь, пока южный полюс не достигнет вершины, а северный полюс - дна.
Это снова делает поток тока, но в противоположном направлении.
Автомобильный генератор использует электромагнит для повышения мощности электрического тока.
Как работает динамо
Обмотки поля внутри тела являются электромагнитом динамо. Ток генерируется во вращающейся арматуре.В динамо электромагниты являются стационарными, и называются поле катушки. Ток производится в арматура - другой набор катушек, намотанных на вал и вращающихся внутри полевых катушек.
Принцип тот же, что и у генератора, но ток идет на коммутатор - металлическое кольцо, разделенное на сегменты, которые соприкасаются угольными щетками, установленными в Подпружиненный гиды. Два сегмента касаются пары кистей и подают ток к ним.
Когда якорь поворачивается, ток меняет направление.Но к тому времени другая пара коммутационных сегментов попала под щетки, и эта пара была подключена наоборот - так что выходящий ток всегда течет в одном направлении.
Регулирование тока на аккумулятор
Ток от генератора выпрямляется в постоянный ток с помощью набора диоды которые позволяют току течь через них только в одном направлении.
Для зарядки аккумулятора напряжение, подаваемое на него, не должно быть слишком низким или слишком высоким.
Генератор переменного тока имеет транзисторное управляющее устройство, которое регулирует напряжение путем подачи более или менее тока - по мере необходимости - на электромагнит.
Выпрямитель и регулятор обычно находятся внутри корпуса генератора, но на некоторых генераторах они снаружи, смонтированы на корпусе генератора.
Динамо не нуждается в выпрямителе - есть регулятор напряжения в отдельной коробке, которая имеет реле ,
Одно реле контролирует уровень напряжения путем кратковременного отключения тока в полевых катушках.
Второе реле предотвращает перезарядку динамо и повреждение аккумулятора.
,
