Электродвигатель это генератор или нет

Генератор и двигатель — чем они отличаются

Все электрические машины функционируют в соответствии с законом электромагнитной индукции, а также с законом взаимодействия проводника с током и магнитного поля.

Электрические машины по типу питания подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Постоянный ток создается за счет источников бесперебойного питания. Для машин постоянного тока характерно свойство обратимости. Это означает, что они способны работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Данное обстоятельство можно объяснить с точки зрения аналогичных явлений в работе обеих машин. Более детально конструктивные особенности двигателя и генератора рассмотрим далее.

Двигатель

Двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. В промышленном производстве двигатели применяются в качестве приводов на станках и прочих механизмах, являющихся частью технологических процессов. Также двигатели используются в бытовых приборах, к примеру, в стиральной машине.

Электродвигатель постоянного тока

При нахождении в магнитном поле проводника в виде замкнутой рамки, силы, которые приложены к рамке, приведут данный проводник к вращению. В таком случае, речь будет идти о простейшем двигателе.

Как было указано ранее, работа двигателя постоянного тока осуществляется от источников бесперебойного питания, к примеру, от аккумуляторной батареи, блока питания. У двигателя имеется обмотка возбуждения. В зависимости от ее подключения, различают двигатели с независимым и самовозбуждением, которое, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным.

Подключение двигателя переменного тока производится от электрической сети. Исходя из принципа работы, двигатели подразделяются на синхронные и асинхронные.

Главным отличием синхронного двигателя является наличие обмотки на вращающемся роторе, а также имеющийся щеточный механизм, служащий для подведения тока на обмотки. Вращение ротора осуществляется синхронно вращению магнитного поля статора. Отсюда двигатель имеет такое название.

В асинхронном двигателе важным условием является то, что вращение ротора должно быть медленнее вращения магнитного поля. При несоблюдении данного требования наведение электродвижущей силы и возникновение электротока в роторе оказывается невозможным.

Асинхронные двигатели применяются чаще, однако у них имеется один значительный недостаток – без изменения частоты тока невозможно регулирование скорости вращения вала. Данное условие не позволяет достичь вращения с постоянной частотой. Также значительным недостатком является ограничение по максимальной скорости вращения (3000 об./мин.).

Генератор

Проводник, перемещаясь между двумя магнитными полюсами, способствует возникновению электродвижущей силы. Когда проводник замыкают, то при воздействии электродвижущей силы в нем возникает ток. На данном явлении основывается действие электрического генератора.

Генератор переменного тока

Генератор способен вырабатывать электрическую энергию из тепловой или химической энергии. Однако наиболее широкое распространение получили генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Основные составные элементы генератора постоянного тока:

• Якорь, выступающий в качестве ротора.
• Статор, на котором располагается катушка возбуждения.
• Корпус.
• Магнитные полюса.
• Коллекторный узел и щетки.

Генераторы постоянного тока используются не так часто. Основные сферы их применения: электрический транспорт, сварочные инверторы, а также ветроустановки.

Генератор постоянного тока

Генератор переменного тока имеет схожую конструкцию с генератором постоянного тока, но отличается строением коллекторного узла и обмотками на роторе.

Схема генератора переменного тока

Так же как и в случае с двигателями, генераторы могут быть синхронными и асинхронными. Разница между данными генераторами заключается в строении ротора. У синхронного генератора катушки индуктивности расположены на роторе, а у асинхронного генератора для расположения обмотки на валу имеются специальные пазы.

Чем отличается генератор от двигателя?

Подводя итог, важно отметить, что функционирование двигателей и генераторов основано на общем принципе электромагнитной индукции. Конструкция данных электрических машин аналогична, однако имеется различие в конфигурации ротора.

Главным же отличием является функциональное назначение генератора и двигателя: двигатель вырабатывает механическую энергию, потребляя электрическую, а генератор наоборот вырабатывает электрическую энергию, потребляя механическую, либо другой вид энергии.

Разница между электродвигателем и генератором

Электродвигатель против генератора Электричество стало неотъемлемой частью нашей жизни; более или менее весь наш образ жизни основан на электрическом оборудовании. Энергия преобразуется из многих фор

Содержание:

Электродвигатель против генератора

Электричество стало неотъемлемой частью нашей жизни; более или менее весь наш образ жизни основан на электрическом оборудовании. Энергия преобразуется из многих форм в форму электрической энергии для питания всех этих устройств. Электродвигатель — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. С другой стороны, устройства используются для преобразования электрической энергии в механическую по мере необходимости. Мотор — это устройство, которое выполняет эту функцию.

Подробнее об электрическом генераторе

Фундаментальный принцип работы любого электрического генератора — закон электромагнитной индукции Фарадея. Идея, сформулированная в этом принципе, состоит в том, что при изменении магнитного поля в проводнике (например, проволоке) электроны вынуждены двигаться в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля. Это приводит к созданию давления электронов в проводнике (электродвижущей силы), что приводит к потоку электронов в одном направлении. Говоря более технически, скорость изменения магнитного потока через проводник во времени вызывает в проводнике электродвижущую силу, и ее направление задается правилом правой руки Флеминга. Это явление в основном используется для производства электроэнергии.

Чтобы добиться этого изменения магнитного потока через проводящий провод, магниты и проводящие провода перемещаются относительно друг друга, так что магнитный поток изменяется в зависимости от положения. Увеличивая количество проводов, можно увеличить результирующую электродвижущую силу; поэтому провода скручены в катушку, содержащую большое количество витков. Установка либо магнитного поля, либо катушки во вращательное движение, в то время как другое неподвижное, позволяет непрерывно изменять поток.

Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная часть — статором. Часть генератора, генерирующая ЭДС, называется якорем, а магнитное поле — просто полем. Якорь может использоваться как статор или как ротор, а компонент поля — второй. Увеличение напряженности поля также позволяет увеличить наведенную ЭДС.

Поскольку постоянные магниты не могут обеспечить интенсивность, необходимую для оптимизации выработки энергии от генератора, используются электромагниты. Через эту цепь возбуждения протекает намного меньший ток, чем через цепь якоря, и меньший ток проходит через контактные кольца, которые поддерживают электрическую связь в ротаторе. В результате, большинство генераторов переменного тока имеют обмотку возбуждения на роторе, а статор — в качестве обмотки якоря.

Подробнее об электродвигателе

Принцип, используемый в двигателях, является еще одним аспектом принципа индукции. Закон гласит, что если заряд движется в магнитном поле, сила действует на заряд в направлении, перпендикулярном как скорости заряда, так и магнитному полю. Тот же принцип применяется к потоку заряда, это ток и проводник, по которому проходит ток. Направление этой силы задается правилом правой руки Флеминга. Простой результат этого явления состоит в том, что если ток течет по проводнику в магнитном поле, проводник перемещается. Все асинхронные двигатели работают по этому принципу.

Как и генератор, двигатель также имеет ротор и статор, где вал, прикрепленный к ротору, передает механическую энергию. Таким же образом на систему влияет количество оборотов катушек и сила магнитного поля.

В чем разница между электродвигателем и электрическим генератором?

• Генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а двигатель преобразует механическую энергию в электрическую.

• В генераторе вал, прикрепленный к ротору, приводится в движение механической силой, и в обмотках якоря создается электрический ток, в то время как вал двигателя приводится в движение магнитными силами, возникающими между якорем и полем; на обмотку якоря должен подаваться ток.

• Двигатели (обычно движущийся заряд в магнитном поле) подчиняются правилу левой руки Флеминга, в то время как генератор подчиняется правилу левой руки Флеминга.

Можно ли использовать электродвигатель как генератор

Содержание

1. Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор
2. Способы переделки электродвигателя в генератор
3. Торможение реактивной нагрузкой
4. Самовозбуждение электродвигателя
5. Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор
6. Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора

Всем известно, что работа электродвигателя – это преобразование электрической энергии в механическую. Удастся ли заставить его преобразовывать механическую энергию в электрическую, чтобы использовать электродвигатель как генератор? Благодаря действующему в электротехнике принципу обратимости это возможно. Но нужно четко знать принцип работы агрегата и создать условия, способствующие превращению.

Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор

В генераторе напряжение, обычно подаваемое с аккумулятора, возбуждает в обмотке якоря магнитное поле, вращение же обеспечивается любым физическим устройством. В электродвигателе возможность подачи напряжения на обмотку якоря не предусмотрена. Чтобы он не поглощал, а вырабатывал электроэнергию, магнитное поле необходимо создать искусственно.

В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле ротора «отстает» от поля статора, обеспечивая процесс перехода электроэнергии в механическую энергию. Следовательно, чтобы запустить обратный процесс, нужно сделать так, чтобы поле статора вращалось медленнее поля ротора, либо чтобы оно вращалось в противоположную сторону.

Способы переделки электродвигателя в генератор

Есть два способа «регулировки» магнитного поля статора.

Торможение реактивной нагрузкой

Сделать это можно с помощью мощной конденсаторной батареи. Включите ее в цепь питания двигателя, который работает в обычном режиме. Заряд, накопленный в батарее, будет в противофазе с зарядом, создаваемым питающим напряжением, что приведет к замедлению последнего. После этого двигатель вместо поглощения тока начинает генерировать его, отдавая в сеть.

Любой транспорт на электротяге работает именно благодаря этому эффекту – при «самостоятельном» движении под уклон механическая энергия не требуется, и конденсаторная батарея автоматически подключается к цепи питания. Вырабатываемая энергия подается в сеть, чтобы затем опять преобразоваться в механическую.

Самовозбуждение электродвигателя

Остаточное магнитное поле ротора может произвести ЭДС, достаточное для зарядки конденсатора. Вследствие этого возникает эффект самовозбуждения, что делает возможным переход двигателя в режим генерации электроэнергии. Непрерывность этого процесса обеспечивает конденсаторная батарея, подпитывающаяся от произведенного тока.

Этот способ является более действенным, и именно он подходит, если вы хотите применить асинхронный электродвигатель как генератор.

Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор

При переделке двигателя в генератор следует учитывать следующие технические детали:

• Не пытайтесь использовать электролитические конденсаторы – они не пригодны для подключения в цепь. Вам нужны неполярные конденсаторные батареи.
• В трехфазных машинах конденсаторы могут включаться по схеме «треугольник» или «звезда». В первом случае величина напряжения на выходе выше, а во втором генерация начинается на меньших оборотах ротора. Выбирайте оптимальный для достижения вашей цели вариант.
• Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором тоже могут генерировать электроэнергию. Запуск осуществляется с помощью фазосдвигающего конденсатора.

Поскольку определить необходимую величину емкости конденсаторной батареи невозможно, остается подбирать ее по весу – он должен быть равен весу двигателя или слегка превышать его.

Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора

У использования электродвигателя как генератора есть свои «плюсы»:

• Агрегат достаточно прост в обслуживании и экономичен, поскольку конденсатор получает энергию от остаточного поля ротора и от вырабатываемого тока.
• Практически отсутствуют «побочные» траты энергии на магнитные поля или бесполезный нагрев.

• Преобразованный в генератор двигатель чувствителен к перепадам нагрузки.
• Частота вырабатываемого тока часто нестабильна.
• Такой генератор не может обеспечить промышленную частоту тока.

Если в вашем случае преимущества перевешивают недостатки, то применение асинхронного генератора целесообразно.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

• главная
• инфо
• блог
• словарь электромеханика
• электроника
• крюинговые компании
  • Одесса/Odessa
  • Николаев/Nikolaev

• Обучение
  • Предметы по специальности
    • АГЭУ
    • АСЭЭС
    • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
    • Мехатронные системы
    • Микропроцессоры
    • Моделирование электромеханических систем
    • МПСУ
    • САЭП
    • САЭЭС
    • СДВС
    • СИВС
    • Силовая электроника
    • Судовые компьютерные ceти
    • СУЭ и ОСУ
    • ТАУ
    • Технология судоремонта
    • ТЭП
    • ТЭЭО и АС
  • Общие предметы
    • Безопасность жизнедеятельности
    • Высшая математика
    • Ділова українська мова
    • Интеллектуальная собственность
    • Культурология
    • Материаловедение
    • Охрана труда
    • Политология
    • Системы технологий
    • Судовые вспомогательные механизмы
    • Судовые холодильные установки
  • I курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • II курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • III курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • IV курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
  • V курс
    • конспекты
    • ргр
    • контрольные
    • лабораторные
    • курсовые
    • зачёты
    • экзамены
• Теория
  • английский
  • интернет-ресурсы
  • литература
  • тематические статьи
• Практика
  • типы судов
  • пиратство
  • видеоуроки
• мануалы
• морской словарь
• технический словарь
• история
• новости науки и техники
  • авиация
  • автомобили
  • военная техника
  • робототехника

26.07.2013

Система генератор — двигатель

Для широкого и плавного регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока применяется система генератор — двигатель (Г — Д). Основной принцип этой системы заключается в изменении приложенного к якорю двигателя напряжения при неизменном напряжении цепи возбуждения.

Система Г—Д (рис. 1) состоит из двигателя постоянного тока с независимым возбуждением М2, непосредственно связанного с рабочим механизмом (исполнительный двигатель). Он питается электрической энергией от генератора G, приводимого во вращение двигателем M1. Обмотки возбуждения генератора LG и двигателя LM2 получают питание от независимого источника постоянного тока с неизменным напряжением.

Первичный двигатель M1, вращающий якорь генератора G, представляет собой механический или электрический двигатель, причем приводимый им генератор не требует ни реверсирования, ни регулирования частоты вращения.

Основным требованием, предъявляемым к первичному двигателю, является жесткость его механической характеристики, поэтому механические двигатели снабжают всережимными регуляторами частоты вращения, а электрические выбирают с жесткой характеристикой. Итак, первичный двигатель вращается с n = const и не реверсируется

Исполнительный двигатель управляется изменением значения и направления тока в обмотках возбуждения LG и LM2.

Механическая характеристика исполнительного двигателя в си-стеме Г—Д подобна механическим характеристикам двигателя с независимым возбуждением.

Естественная механическая характеристика 0 (см. рис. 2.3) возможна при номинальной частоте вращения генератора и отсутствии добавочных резисторов в цепях возбуждения генератора и исполнительного двигателя.

Ее наклон несколько больше, чем характеристики двигателя, работающего от сети, так как к сопротивлению якоря двигателя добавляется сопротивление якоря генератора.

При увеличении сопротивления реостата R1 уменьшаются ток возбуждения генератора и его э.д.с. Частота вращения двигателя М2 при этом уменьшится (характеристика 3).

Увеличение сопротивления реостата R2 вызывает уменьшение магнитного потока двигателя М2, частота вращения его увеличится (характеристика 2).

Двигатель реверсируется изменением направления тока в обмотке возбуждения генератора, при этом меняется направление его э. д. с. и тока в цепи якоря двигателя (магнитный поток двигателя остается неизменным).

Механические характеристики системы Г—Д жесткие. Для предотвращения поломок механизма необходимо ограничивать максимальный момент двигателя М2, что достигается смягчением характеристик.

Существуют следующие способы смягчения механических характеристик исполнительного двигателя: применение исполнительного электродвигателя со смешанным возбуждением; применение генератора со смешанным возбуждением и встречно включенной последовательной обмоткой.

Использование последовательной обмотки у исполнительного двигателя (рис. 2, а) позволяет получить более мягкие характеристики (рис. 2, б) по сравнению с характеристиками двигателя только с независимым возбуждением. Однако этот способ имеет недостаток, заключающийся в том, что при реверсировании двигателя изменяется направление тока в обмотке LM2.2 и она начинает противодействовать обмотке LM2.1, размагничивая двигатель. Во избежание этого последовательную обмотку включают не непосредственно в цепь якоря, а через мостовой полупроводниковый выпрямитель U, обеспечивающий постоянное направление тока в ней.
Применение размагничивающей обмотки генератора лишено указанного недостатка, поэтому используется наиболее часто.

Принцип смягчающего действия размагничивающей обмотки LG2 (рис. 3, а) заключается в следующем: с увеличением нагрузки исполнительного двигателя ток якоря увеличивается, размагничивающее действие обмотки возрастает, э.д.с. генератора и частота вращения двигателя уменьшаются.

Механические характеристики показаны на рис. 3, б. Искривленная форма характеристик 0,1,3 объясняется насыщением генератора. При насыщенном генераторе размагничивающее влияние обмотки меньше, чем при ненасыщенном, в начале участка характеристики более жесткие, а затем при больших нагрузках насыщение исчезает и характеристики становятся круче. Если же ток независимой обмотки возбуждения генератора невелик и насыщение отсутствует, характеристика становится прямой (характеристика 2).

При изменении направления тока в независимой обмотке возбуждения генератора меняется направление тока в якоре и последовательной обмотке возбуждения; таким образом, размагничивающее действие последовательной обмотки сохраняется.

Торможение исполнительного двигателя в системе Г — Д выполняют всеми методами, рассмотренными в статье «Регулирование частоты вращения, пуск, реверсирование и торможение электродвигателей постоянного тока».

Преимущества системы Г — Д:

• возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне до 16:1;
• быстрый разгон исполнительного двигателя без помощи пускового реостата, т. е. с минимальными потерями энергии;
• легкий пуск первичного двигателя, вращающего невозбужденный генератор;
• быстрое и четкое торможение исполнительного электродвигателя.

Недостатки системы Г — Д:

• низкий к.п.д. всей системы, вызванный многократным преобразованием энергии;
• большие массы, стоимость и габаритные размеры, инерционность.

Следует отметить, что снижение к. п. д. в значительной мере компенсируется возможностью экономичного управления исполнительным электродвигателем при его пуске и регулировании частоты вращения. Эта экономия энергии особенно заметна в электроприводах, требующих частых пусков и реверсов двигателя.

Вместо системы Г — Д целесообразно использовать систему управляемый выпрямитель — двигатель постоянного тока (УВ—Д), силовая цепь которой приведена на рис. 4.

К якорю двигателя М приложено выпрямленное напряжение, регулируемое с помощью полупроводникового выпрямителя VI — V6, собранного по мостовой схеме. Силовая цепь выпрямителя состоит из трех тиристоров VI — V3 и трех неуправляемых диодов V4 — V6. Управление осуществляют изменением фазы открытия тиристоров.

Система УВ — Д имеет по сравнению с системой Г—Д следующие преимущества: отсутствует вращающийся преобразователь; высокий к.п.д. (к.п.д. выпрямителя 0,96 — 0,99); малая инерционность.

Электродвигатель это генератор или нет

Рис. 10.1. Принципиальная схема генератора

Рис. 10.2. Принципиальная схема электродвигателя.

Если в магнитное поле поместить проводник с током в виде замкнутой рамки (рис. 10.2), то под действием сил, приложенных к сторонам рамки, она придет во вращение. Таким образом, проводник с током в магнитном поле можно рассматривать как элементарный электрический двигатель.

У большинства электрических машин магнитное поле создается не постоянным .магнитом, а электрическим током, протекающим по специальным катушкам машины. Эти катушки называют обмотками возбуждения.

Электрическая схема электрических машин состоит из неподвижных и подвижных обмоток.

Электрические машины являются машинами вращательного действия. Основными частями их являются: неподвижный статор и вращающийся ротор, разделенные зазором (рис. 10.3).

Статор и ротор имеют стальные сердечники. Сердечник набран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На внутренней стороне сердечника статора и на наружной стороне сердечника ротора имеются параллельные продольные пазы, в которые укладываются обмотки. Ротор закрепляется на валу, который вращается в подшипниках. Подшипники встроены в торцовые крышки, которые болтами крепятся к станине. На валу ротора устанавливается также вентилятор, служащий для охлаждения обмоток и сердечников.

Станина имеет лапы для крепления машины к фундаменту или специальный фланец с отверстиями под крепления.

Рис. 10.3. Конструктивная схема электрических машин.

Асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели состоят из двух основных частей: статора и ротора. На статоре располагается трехфазная обмотка (у трехфазных двигателей). Концы обмоток присоединяют к питающей сети. Обмотка имеет шесть выводных концов с металлическими бирками, расположенных в коробке и имеющих обозначение начал трехфазной обмотки С1, С2, СЗ и концов С4, С5, Сб. Ротор также имеет обмотку. В зависимости от типа обмотки асинхронные электродвигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным ротором.

В короткозамкнутом роторе обмотка представляет собой цилиндрическую клетку, образованную отдельными стержнями, уложенными в пазы ротора и соединенными с торцовых сторон кольцами («беличье колесо»).

Обмотка фазного ротора выполнена изолированным проводом и уложена в пазы ротора. Как и обмотка статора, она состоит из трех (или группы) катушек. Начала катушек соединены в звезду, а концы подведены к контактным кольцам на валу ротора. По кольцам скользят щетки, закрепленные в неподвижных щеткодержателях. Щетки соединяют обмотку ротора с реостатом, находящимся вне двигателя и служащим для уменьшения пусковых токов или регулирования скорости вращения.

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяют в электроприводе, не требующем регулирования скорости. Основным недостатком их является большая сила тока в момент пуска двигателя, превышающая в 5…7 раз ток при установившихся оборотах.

Двигатели с фазным ротором позволяют регулировать скорость вращения. Кроме того, включение в цепь ротора пускорегулирующе- го реостата позволяет уменьшить силу пускового тока и увеличить пусковой момент.

Каждый двигатель снабжается паспортом — металлической табличкой, закрепляемой на корпусе двигателя, на которой указывается завод-изготовитель, марка двигателя и основная характера стика двигателя.

Если в паспорте указано напряжение 220/380 В, то электродвигатель можно включать в сеть напряжением 220 и 380 В.

При напряжении 220 В обмотки статора соединяют треугольником (рис. 10.4, а) —начало первой обмотки С1 соединяют с концом третьей С6, начало второй С2 с концом первой С4, а конец второй С5 с началом третьей СЗ. Соединенные концы подводят к трем фазам сети.

Рис. 10.4. Схемы соединения обмоток статора трехфазного двигателя.

При напряжении 380 В обмотки соединяют звездой (рис. 10.4, б, в) — все начала или все концы обмоток соединяют вместе, а свободные концы включают в трехфазную сеть.

Двигатели постоянного тока применяют в тех случаях, когда требуется плавное и глубокое регулирование скорости вращения.

Двигатель постоянного тока (рис. 10.5) состоит из неподвижной станины, вращающегося якоря с коллектором и щеток со щеткодержателями. Внутри станины укрепляют главные полюсы с обмотками возбуждения, которые создают магнитный поток. Стержни обмотки якоря соединены по определенной схеме с пластинами коллектора. Щетки, скользящие по пластинам коллектора, соединяют обмотку якоря с внешней сетью. С внешней сетью соединяется также обмотка возбуждения;

Для уменьшения искрения на коллекторе на станине установлены дополнительные полюса.

Регулирование частоты вращения ротора достигается изменением силы тока обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока питаются постоянным током. Различают двигатели с независимым возбуждением и с самовозбуждением. В двигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от постороннего источника. В машинах же с самовозбуждением она питается от якорной обмотки этого же двигателя. Возбуждение при этом может осуществляться при параллельном, последовательном или смешанном соединениях, когда одна обмотка возбуждения соединена с якорной параллельно, а другая — последовательно. Соответственно этому электродвигатели называются шунтовые, сериесные и ком- паундные.

Все электрические машины характеризуются обратимостью, т. е. возможностью работать как в качестве электродвигателя, так и в качестве генератора.

Рис. 10.5. Электродвигатель постоянного тока:
1 — коллектор; 2 — щеткодержатель; 3 — якорь; 4 — главный полюс; 5 — обмотка возбуждения; 6 — станина; 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор; 9 — обмотка якоря.

Генератор устроен принципиально так же, как и электродвигатель. В отличие от него в генераторе принудительно вращается ротор (якорь). С помощью генератора механическая энергия вращающегося якоря превращается в электрическую. Подобно электродвигателям, генераторы бывают переменного и постоянного тока. Генераторы постоянного тока бывают шунтовые, сериесные и компаундные.

Как работают электрические двигатели и генераторы?

Большинство людей понимают, что электродвигатель работает от электричества, мы каждый день наблюдаем это на примерах нашей бытовой техники- стиральные машины, пылесосы, кухонные комбайны. Но идея о том, что двигатель может «бежать назад», фактически вырабатывая электричество, а не потребляя его, кажется похожей на магию. Однако именно эта «магия», называемая генерацией тока, лежит в основе работы всех автомобилей, причем не только бензиновых, но и электрических.

Электромагнетизм

Выработка электроэнергии начинается с работы электромагнетизма — физической связи между магнитом и электричеством. Электромагнит — это устройство, которое действует как магнит, но его магнитная сила проявляется и контролируется электричеством. Когда провод из проводящего материала (например, меди) перемещается в магнитном поле, в проводнике (рудиментарный генератор) создается ток. И наоборот, когда электричество проходит через провод, намотанный вокруг железного сердечника, и это ядро находится в присутствии магнитного поля, проводник приходит в движение и начинает вращаться.

Моторы и генераторы

Мотор / генератор — это действительно одно и то же устройство, которое способно работать в двух противоположных режимах. Вопреки тому, что иногда думают некоторые люди, понятие «противоположный режим» никак не связано с направлениями вращения вала. Вал всегда вращается одинаково. Изменение направления происходит в потоке электричества. В качестве двигателя он потребляет электроэнергию (ток втекает в его контакты), чтобы производить механическую мощность, а в качестве генератора потребляет механическую энергию для производства электроэнергии (вытекает из его контактов).

Электромеханичекое вращение

Электродвигатели/генераторы могут быть двух типов:

• Переменного тока;
• Постоянного тока.

В случае с переменным током могут быть также двухфазные моторы и трехфазные. Не вдаваясь в подробности, поясним это различие на пальцах: переменный ток меняет направление (чередуется), когда он протекает через цепь. Постоянные токи протекают однонаправленно (остаются неизменными) когда они проходят через цепь. Тип используемого тока в основном связан со стоимостью устройства и его эффективностью (двигатель переменного тока/генератор, как правило, дороже, но также намного эффективнее). Достаточно сказать, что большинство машин гибридного типа, а также электромобили используют двигатели/генераторы переменного тока.

Ротор автомобильного генератора

Электродвигатель переменного тока / генератор состоит из 4 основных частей:

• Арматура с проволочной намоткой (ротор).
• Магниты, которое индуцируют электрическую энергию, уложенную бок о бок в корпус (статор).
• Скользящие кольца, которые переносят переменный ток в/из арматуры.
• Щетки, которые контактируют с кольцами скольжения и передают ток в / из электрической цепи.

Арматура (якорь) управляется механическим источником мощности (например, при коммерческом производстве электроэнергии это будет паровая турбина, в случае с автомобилем – коленвал, приводимый в движение шатунами). Когда этот ротор вращается, его проводная катушка проходит через постоянные магниты в статоре, и электрический ток создается в проводах якоря. Но поскольку каждая отдельная петля в катушке проходит сначала северный полюс, а затем южный полюс каждого магнита последовательно (когда он вращается на своей оси), индуцированный ток непрерывно и быстро меняет направление. Каждое изменение направления называется циклом, и оно измеряется в циклах в секунду или герцах (Гц). В Соединенных Штатах скорость цикла составляет 60 Гц (60 раз в секунду), тогда как в России и других развитых странах мира она составляет 50 Гц. На каждом из двух концов ротора установлены отдельные кольца скольжения, чтобы обеспечить путь для выхода тока из якоря. Щетки (которые на самом деле являются углеродными контактами) движутся по кольцам скольжения и завершают путь тока в цепь, к которой подключен генератор.

Полезное видео, наглядно показывающее принцип раоты автомобильного генератора:

Процесс вращения электродвигателя, генерация механической мощности, который по сути является, обратным действию генератора, работает наоборот – при попадании тока в катушки, начинается вращение якоря. Ток подается через цепь, через щеточки и кольца скольжения непосредственно в якорь. Этот ток, протекающий через катушечный ротор (якорь), превращает его в электромагнит. Постоянные магниты в статоре «отталкиваются» от электромагнитов и заставляют якорь вращаться. И вновь-таки смена полюсов: именно постоянная, частая смена полюсов и заставляют систему вращаться. Пока электричество проходит через цепь, двигатель будет работать. И наоборот – пока вал генератора/мотора вращается – на клеммах будет электрический ток.