Автомобильный генератор: Сборка трехфазного генератора для практического обучения

Детали и материалы проекта

• Автомобильный генератор (один обязателен, но два рекомендуются)

Б/у генераторы можно дешево купить на авторазборках, где многие блоки уже сняты для удобства. Новый генератор не нужен; хорошо кондиционированный б/у блок дает ту же производительность для этого эксперимента.

Рекомендую выбирать генератор Delco-Remy, который стоит на многих автомобилях GM (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile). Эта модель практически не менялась с начала 1960-х, поэтому она обильна на свалках и проста в разборке.

С двумя генераторами можно превратить один в трехфазный генератор, а другой в двигатель — шаги преобразования идентичны.

Перекрестные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapter 14: «Magnetism and Electromagnetism»

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapter 10: «Polyphase AC Circuits»

Цели обучения

• Понять принципы электромагнетизма и индукции
• Исследовать конструкцию реальных электромагнитных машин
• Применить знания о трехфазных обмотках на практике

Схема автомобильного генератора

Автомобильный генератор — это трехфазный генератор, включающий шестидиодный выпрямитель. Когда шкив (или шейка), приводимый коленчатым валом двигателя, вращается, вращающийся электромагнит проходит мимо неподвижного Y-соединенного набора статорных обмоток.

Ротор — это электромагнит, а не постоянный магнит, что позволяет настраивать силу магнитного поля небольшим постоянным током. Эта конструкция поддерживает выходное напряжение стабильным независимо от скорости вала.

Полевая катушка получает питание через медные коллекторные кольца и угольные щетки, удерживаемые пружинным давлением. Многие генераторы включают встроенный регулятор, который включает и выключает аккумулятор для управления полевой катушкой; если он есть, его можно удалить для упрощения эксперимента.

При удалении регулятора оставьте щеточные клеммы доступными, чтобы можно было питать полевое обмотку постоянным током, пока генератор остается полностью собранным.

Иллюстрация автомобильного генератора

Инструкции по эксперименту

Начните с ознакомления с сервисным руководством вашей конкретной модели генератора. Инструкции ниже общие и могут требовать адаптации для других брендов.

Поскольку заводские клеммы не подходят для нашего эксперимента, нужно создать собственные соединения. Аккуратно разберите генератор и найдите клеммы, питающие два угольных щетка. Припаяйте пару проводов 20 AWG к этим клеммам, выводя их через вентиляционные отверстия, чтобы не мешать ротору.

Затем определите три статорные клеммы, подключенные к диодному мосту. Припаяйте к каждой 18- или 20-калибровые провода и выведите их из корпуса. Используйте максимально возможный калибр, так как они проводят полный линейный ток.

Для надежности обоймите кольцевые наконечники на проводах и закрепите их под оригинальными гайками клемм. Это обеспечивает надежное соединение с диодным блоком и упрощает будущую разборку.

Соберите генератор обратно, убедившись, что щетки отозваны, чтобы не контактировать с ротором во время работы. У Delco-Remy часто есть небольшое технологическое отверстие; скрепка или тонкий провод может удерживать щетки назад против пружинного натяжения во время сборки.

После подтверждения того, что вал вращается свободно, подключите полевые выводы к 6-вольтовому аккумулятору, а вольтметр — к любым двум из трех линейных клемм:

С прибором в режиме DC вольт, медленно вращайте вал. Показания должны колебаться между положительными и отрицательными значениями, демонстрируя генерацию переменного тока. Переключив прибор на AC вольты и повторив тест на разных скоростях, вы проиллюстрируете связь между механическим входом и электрическим выходом.

Замкните любые два из трех линейных проводов и снова раскрутите генератор. Вы заметите увеличенное сопротивление вращению — это механическая нагрузка, накладываемая электрическим коротким замыканием.

Теперь запитайте полевое обмотку 12 В постоянного тока и повторите тесты DC, AC и короткого замыкания. Сравните результаты с полученными при 6 В; более высокое полевое напряжение повысит выходное напряжение и увеличит нагрузочный момент.

Подключите неполярную нагрузку, например маленькую лампу накаливания, к трем линейным клеммам. Намотайте веревку на шкив и быстро раскрутите генератор; лампа должна загореться, подтверждая, что генератор может запитать реальную нагрузку.

Если у вас есть второй генератор, выполните те же шаги монтажа, чтобы подготовить его как двигатель. Соедините линейные клеммы первого генератора с соответствующими клеммами второго. Подайте питание на полевое обмотку первого генератора от 6-вольтового аккумулятора, и замкните полевое обмотку второго для создания асинхронного двигателя.

Раскрутите генератор и наблюдайте за валом двигателя. Перестановка любых двух линейных соединений изменит порядок фаз, меняя направление вращения двигателя.

Альтернативно, подключите полевое обмотку двигателя к тому же 6-вольтовому аккумулятору, что и генератора. Двигатель теперь работает как синхронный, с ротором, зафиксированным к вращающемуся магнитному полю.

Доведите свой модифицированный генератор до нового уровня

Для обладающих навыками металлообработки можно установить генератор на велосипед, создав педальный генератор. Использованный мной дизайн соединяет шкив генератора с задним колесом через длинный V-ремень, который также поддерживает заднюю часть велосипеда и поддерживает натяжение во время езды.

Генератор поддерживается стальной рамой — здесь использовалась квадратная труба 2 дюйма, но деревянная рама тоже подойдет. Установка функционирует как практический тренажер и недорога в сборке.

Три 12-вольтовые лампы «RV» служат нагрузкой, управляемой переключателями на передней части велосипеда. Выпрямляя трехфазный выход, генератор может питать свою собственную полевое обмотку, устраняя необходимость в аккумуляторе после разгона системы. Начальный источник постоянного тока все равно нужен для возбуждения поля при запуске.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

• AC Generator Theory Worksheet
• Polyphase Power Systems Worksheet