Автомобильный генератор переменного тока

Детали и материалы проекта

• Автомобильный генератор (требуется один, но рекомендуется два)

Старые генераторы можно купить по низким ценам на автосервисах. Во многих дворах для вашего удобства генераторы уже сняты с автомобилей. Я нет рекомендую платить полную цену за новый генератор, так как бывшие в употреблении блоки стоят гораздо меньше денег и работают так же хорошо, как и в целях этого эксперимента.

Я настоятельно рекомендую использовать генератор переменного тока марки Delco-Remy. Этот тип используется на автомобилях General Motors (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile). Одна конкретная модель выпускалась Delco-Remy с начала 1960-х годов с небольшими изменениями в дизайне. Это очень обычное устройство, которое можно разместить на свалке, и с ним очень легко работать.

Если у вас есть два генератора переменного тока, вы можете использовать один как генератор, а другой как двигатель. Шаги, необходимые для подготовки генератора переменного тока к трехфазному генератору и трехфазному двигателю, одинаковы.

Перекрестные ссылки

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 14:«Магнетизм и электромагнетизм»

Уроки электрических цепей , Том 2, глава 10:«Многофазные цепи переменного тока»

Цели обучения

• Для определения эффектов электромагнетизма.
• Для определения эффектов электромагнитной индукции
• Проиллюстрировать построение реальных электромагнитных машин.
• Для иллюстрации конструкции и применения трехфазных обмоток.

Схема автомобильного генератора переменного тока

Автомобильный генератор - это трехфазный генератор со встроенной выпрямительной схемой, состоящей из шести диодов. Поскольку шкив (большинство людей называют его «шкив») вращается с помощью ремня, соединенного с коленчатым валом автомобильного двигателя, магнит вращается мимо неподвижного набора трехфазных обмоток (называемых статором ), обычно соединяемые по Y-образной схеме.

Вращающийся магнит на самом деле является электромагнитом, а не постоянным магнитом. Генераторы сконструированы таким образом, чтобы можно было контролировать напряженность магнитного поля, чтобы выходное напряжение можно было контролировать независимо от скорости ротора.

Эта магнитная катушка ротора (называемая полевой катушкой , или просто поле ) питается от батареи, поэтому для генерации большого количества выходной мощности требуется небольшое количество электроэнергии, подаваемой на генератор.

Электроэнергия передается во вращающуюся обмотку возбуждения через пару медных «контактных колец», установленных концентрично на валу, которые контактируют с неподвижными угольными «щетками». Щетки плотно прилегают к контактным кольцам за счет давления пружины.

Многие современные генераторы переменного тока оснащены встроенными схемами «регулятора», которые автоматически включают и выключают питание от батареи на катушке ротора для регулирования выходного напряжения. Эта цепь, если она присутствует в генераторе переменного тока, который вы выбираете для эксперимента, не нужна и будет препятствовать вашему исследованию, только если ее оставить на месте.

Не стесняйтесь «удалить его хирургическим путем», просто убедитесь, что у вас есть доступ к клеммам щеток, чтобы вы могли запитать катушку возбуждения при полностью собранном генераторе.

Иллюстрация автомобильного генератора

Инструкции по эксперименту

Во-первых, обратитесь к руководству по ремонту автомобилей, чтобы узнать о конкретных деталях вашего генератора. Документация, представленная в книге, которую вы сейчас читаете, носит максимально общий характер и подходит для генераторов переменного тока различных марок. Вам может потребоваться более конкретная информация, и руководство по обслуживанию - лучшее место для ее получения.

Для этого эксперимента вы будете подключать провода к катушкам внутри генератора и вытягивать их за пределы корпуса генератора, чтобы упростить подключение к испытательному оборудованию и цепям. К сожалению, соединительные клеммы, предоставленные производителем, не подходят для наших нужд, поэтому вам придется выполнять подключения самостоятельно.

Разберите блок и найдите клеммы для подключения к двум угольным щеткам. Припаяйте пару проводов к этим клеммам (размером не менее 20 калибра) и протяните эти провода через вентиляционные отверстия в корпусе генератора, убедившись, что они не зацепятся за вращающийся ротор при повторной сборке и использовании генератора.

Найдите соединения трехфазной линии, идущие от обмоток статора, и подключите к ним провода, вытянув эти провода за пределы корпуса генератора через некоторые вентиляционные отверстия. Для этих проводов используйте провода самого большого сечения, с которыми удобно работать, так как они могут пропускать значительный ток.

Как и полевые провода, проложите их таким образом, чтобы ротор мог свободно вращаться при собранном генераторе. Клеммы линии обмотки статора легко найти:три из них подключаются к трем клеммам на диодной сборке, обычно с помощью клемм с кольцевыми наконечниками, припаянных к концам проводов.

Я рекомендую вам припаять клеммы с кольцевыми наконечниками к проводам и прикрепить их под гайками клемм вместе с концами проводов статора так, чтобы каждая клемма диодного блока закрепляла два кольцевых наконечника.

Соберите генератор переменного тока, зафиксировав угольные щетки во втянутом положении, чтобы ротор не повредил их при повторной установке. В генераторах Delco-Remy на задней половине корпуса, а также на передней части узла держателя щеток имеется небольшое отверстие, через которое можно вставить канцелярскую скрепку или тонкую проволоку, чтобы удерживать щетки против давления пружины. . Более подробную информацию о сборке генератора см. В руководстве по обслуживанию.

Когда генератор будет собран, попробуйте покрутить вал и прислушайтесь к любым звукам, указывающим на столкновение деталей или заедание проводов. Если возникнет такая проблема, снова разобрать ее и исправить то, что не так.

Если и когда он будет вращаться свободно, как следует, подключите два «полевых» провода к 6-вольтовой батарее. Подключите вольтметр к любым двум соединениям трехфазной линии:

Установив мультиметр на функцию «Вольт постоянного тока», медленно провернуть вал генератора. Показания вольтметра должны меняться между положительными и отрицательными по мере вращения вала:демонстрация очень медленного генерирования переменного напряжения (переменного напряжения). Если этот тест прошел успешно, переключите мультиметр на настройку «Вольт переменного тока» и повторите попытку. Попробуйте вращать вал медленно и быстро, сравнивая показания вольтметра между этими двумя условиями.

Замкните накоротко любые два провода трехфазной сети и попробуйте покрутить генератор. Вы должны заметить, что вал генератора становится все труднее вращать. Сильная электрическая нагрузка, создаваемая коротким замыканием, вызывает большую механическую нагрузку на генератор переменного тока, поскольку механическая энергия преобразуется в электрическую.

Теперь попробуйте подключить 12 вольт постоянного тока к полевым проводам. Повторите описанные выше испытания вольтметра постоянного тока, вольтметра переменного тока и короткого замыкания. Какие различия вы заметили?

Найдите какие-нибудь нечувствительные к полярности нагрузки на 6 или 12 вольт, такие как небольшие лампы накаливания, и подключите их к трехфазным линейным проводам. Оберните тонкую веревку или тяжелую веревку вокруг канавки шкива («шкива») и быстро вращайте генератор, и нагрузки должны работать.

Если у вас есть второй генератор, измените его так же, как и первый, подключив пять собственных проводов к полевым щеткам и клеммам линии статора соответственно. Затем вы можете использовать его как трехфазный двигатель с питанием от первого генератора переменного тока.

Подключите каждый из трехфазных линейных проводов первого генератора к соответствующим проводам второго генератора. Подключите полевые провода одного генератора к 6-вольтовой батарее. Этот генератор будет генератором. Оберните веревку вокруг шкива, чтобы подготовить его к вращению. Возьмите два полевых провода второго генератора и замкните их вместе. Этот генератор будет двигателем:

Проверните вал генератора, наблюдая за вращением вала двигателя. Попробуйте поменять местами любые два соединения трехфазной линии между двумя блоками и снова включите генератор. Что изменилось на этот раз?

Подключите полевые провода моторного блока к 6-вольтовой батарее (вы можете соединить это поле параллельно с полем генераторного блока через те же клеммы батареи, если батарея достаточно сильна, чтобы выдавать ток в несколько ампер одновременно). катушки будем стягивать). Это намагнитит ротор двигателя. Попробуйте еще раз покрутить генератор и обратите внимание на любые различия в работе.

В первой настройке двигателя, когда полевые провода просто закорачивались вместе, двигатель работал как асинхронный двигатель . . Во втором случае, когда ротор двигателя был намагничен, он работал как синхронный двигатель . .

Выведите свой модифицированный генератор на новый уровень

Если вы чувствуете себя особенно амбициозно и хорошо разбираетесь в технологиях изготовления металла, вы можете сделать свою собственную платформу мощного генератора, подключив модифицированный генератор переменного тока к велосипеду. Я построил схему, которая выглядит так:

Заднее колесо приводит в движение шкив генератора с длинной клиновой ремень. Этот ремень также поддерживает заднюю часть велосипеда, поддерживая постоянное натяжение, когда велосипедист крутит педали. Генератор висит на стальной опорной конструкции (я использовал сварные 2-дюймовые квадратные трубы, но каркас можно было сделать и из бруса). Этот тренажер не только практичен, но и достаточно надежен для использования в качестве тренажера, и его изготовление недорого:

Позади велосипедного блока (в нижнем левом углу фотографии) вы видите ряд из трех 12-вольтовых лампочек «RV», которые я использую в качестве нагрузки при езде на велосипеде в качестве тренажера. Набор из трех переключателей установлен в передней части велосипеда, где я могу включать и выключать нагрузки во время езды.

Выпрямляя трехфазную мощность переменного тока, можно использовать для питания генератора переменного тока собственную катушку возбуждения с постоянным напряжением, что устраняет необходимость в батарее. Однако для запуска по-прежнему будет необходим независимый источник постоянного напряжения, так как катушка возбуждения должна быть под напряжением перед . может производиться любая мощность переменного тока.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочая таблица по теории генераторов переменного тока
• Рабочий лист по многофазным энергосистемам