Меню

Управление генератором трехфазного тока

Трехфазный генератор: общее устройство, принцип действия, симметричная система фазных ЭДС

Структура трехфазной цепи.

Тема 5. Трехфазные цепи.

Трехфазными генераторами называются генераторы переменного тока, одновременно вырабатывающие несколько ЭДС одинаковой частоты, но с различными начальными фазами. Совокупность таких ЭДС называется трехфазной системой ЭДС.

Многофазными цепями называются цепи переменного тока, в которых действуют многофазные системы ЭДС. Любая из цепей многофазной системы, где действует одна ЭДС, называется фазой.

Наибольшее распространение получили трехфазные системы. История их возникновения и развития связана с изобретением М.О. Доливо-Добровольским трехфазного асинхронного двигателя и трехфазного трансформатора.

Трехфазные системы имеют ряд преимуществ перед другими системами (однофазными и многофазными):

— они позволяют легко получить вращающееся магнитное поле (на этом основан принцип работы разных двигателей переменного тока).

— трехфазные системы наиболее экономичны, имеют высокий КПД.

— конструкция трехфазных двигателей, генераторов и трансформаторов наиболее проста, что обеспечивает их высокую надежность.

— один трехфазный генератор позволяет получать два различных (по величине) напряжения.

Современные электрические системы, состоящие из генераторов, электростанций, трансформаторов, линий передачи электроэнергии и распределительных сетей, представляют собой в подавляющем числе случаев трехфазные системы переменного тока.

Трехфазная система электрических цепей представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии. Каждая из цепей, входящих в трехфазную цепь, принято называть фазой. В данном случае не следует путать понятие фазы в многофазной системе с понятием начальной фазы синусоидальной величины.

В зависимости от числа фаз цепи бывают однофазные, двухфазные, трехфазные, шестифазные и т.д. Трехфазные цепи более экономичны чем однофазные.

Трехфазная цепь включает в себя источник (генератор) трехфазной ЭДС, проводники, потребители (приемники) трехфазной электрической энергии.

Рассмотрим устройство трехфазного генератора переменного тока. В пазах статора расположены три фазных обмотки (они условно представлены единственными витками). Начала и концы обмоток трехфазного генератора принято обозначать буквами и . Первыми буквами латинского алфавита обозначают начала обмоток, последними — концы. Началом обмотки называют зажим, через который ток поступает во внешнюю цепь при положительных его значениях.

Ротор генератора выполняется в виде вращающегося постоянного магнита или электромагнита, питаемого через скользящие контакты постоянным током.

При вращении ротора с помощью двигателя в обмотках статора возникают периодически изменяющиеся ЭДС, частота которых одинакова, но фазы в любой момент времени различны, так как различны положения обмоток в магнитном поле. ЭДС в неподвижных витках обмоток статора индуктируются в результате пересечения этих витков магнитным полем вращающегося ротора. Обмотки фаз генератора совершенно одинаковы и расположены симметрично по поверхности статора, поэтому ЭДС имеют одинаковые амплитудные значения, но сдвинутые друг относительно друга по фазе на угол 120 .

Если ЭДС фазы принять за исходную и считать ее начальную фазу равной нулю, то при вращении ротора с угловой скоростью против часовой стрелки выражения для мгновенных значений ЭДС можно записать следующим образом:

Переходя к комплексам действующих значений, получим:

Подобные системы ЭДС принято называть симметричными. Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС представляет собой симметричную трехлучевую звезду. Из векторной диаграммы следует, что

Если ЭДС фазы отстает от фазы , а ЭДС фазы отстает от ЭДС фазы , то такую последовательность фаз называют прямой. Обратную последовательность фаз можно получить, если изменить направление вращения ротора.

Если отдельные фазные обмотки генератора не соединены между собой электрически, то такую цепь называют несвязанной. По сути дела несвязанная трехфазная цепь состоит из трех независимых однофазных цепей. В противном случае трехфазная цепь называется связанной. Наибольшее распространение получили связанные трехфазные цепи, как наиболее экономичные, имеющие минимальное число проводов. При нормальном режиме работы трехфазных установок последовательность фаз принимается прямая.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

АВТОСЕРВИС «АВТОМАСТЕР»

Ремонт иномарок, ДВС, КПП, ходовой и электрооборудования автомобилей.

Время работы: понедельник-пятница с 8:00 до 18:00; суббота, воскресенье-выходной

Появились услуги шиномонтажных работ!

Новочебоксарск, ул. Силикатная 17,
8-903-357-80-02 (приём заказов),
(8352) 73-35-49 (автозапчасти)

Записаться на обслуживание автомобиля

  • Статьи автомастера
  • /
  • Электрика
  • /
  • Устройство автомобильных генераторов

Устройство и схемы управления генератором автомобиля

Источником электричества в автомобиле является генератор, который приводится во вращение ременным приводом от коленвала двигателя. Конструктивно генератор состоит из трехфазного генератора переменного тока, выпрямителя и регулятора напряжения.

Генерация переменного тока в обмотках статора происходит за счет вращающегося внутри ротора, который соответственно создает вращающееся магнитное поле.

 1

Рис 1 Составные части генератора.

Так как обороты двигателя и мощность потребителей электричества постоянно меняется есть необходимость регулировать мощность генератора. Регулирование осуществляется подачей напряжения на обмотку возбуждения (на якоре генератора) регулятором напряжения. Изменяя продолжительность подачи напряжения на эту обмотку мы можем изменять отдачу генератора на выходе. Параметром обратной связи при регулировании является напряжение сети (напряжение на дополнительных диодах) т.е. оно выдерживается с помощью регулятора напряжения в заданных пределах.

При пуске двигателя, для возбуждения генератора, напряжение на якорь подается от АКБ, через контрольную лампу, она при этом горит сигнализируя о том что генератор еще не работает. После запуска двигателя, на выводах генератора «D+» и «В+» появляется практически одинаковый потенциал и лампа гаснет. Если генератор при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть, что является сигналом об отказе генератора или обрыве приводного ремня.

 1

Рис2 Принцип регулирования мощности генератора на примере регулятора типа ЕЕ 14V3 фирмы Bosch:

1 — генератор, 2 — регулятор напряжения, SA — замок зажигания, HL — контрольная лампа на панели приборов.

 2

Рис. 3 Схема соединений генератора Лада Калина ВАЗ 1118:

1 — аккумуляторная батарея; 2 — генератор; 3 — сигнальная лампа разряда аккумуляторной батареи; 4 — монтажный блок; 5 — выключатель зажигания

Как только генератор начинает работать регулирование мощности осуществляется регулятором напряжения, который подает напряжение возбуждения на якорь до момента достижения заданного напряжения на трех дополнительных диодах (обычно 14В). По достижении заданного напряжения регулятор отключает обмотку возбуждения, чувствительным элементом при этом является стабилитрон VD2 в регуляторе напряжения. Таким образом регулирование напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения в цепь питания.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот.

Переменный трех фазный ток на выходе генератора преобразуется в постоянный однофазный с помощью диодного выпрямителя, плюсовым выходом которого является клемма В+. Диодный выпрямитель содержит также дополнительные диоды с которых берется контрольное напряжение для работы регулятора (сигнал обратной связи). Диоды являются также препятствием для утечек тока когда зажигание включено, а двигатель не работает, так как они пропускают ток только в одном направлении. Диоды обрезают нижнюю часть синусоиды переменного тока, поэтому выпрямленное напряжение на осциллограмме выглядит в виде волнистой линии на уровне 14В. На современных генераторах силовые диоды заменены на стабилитроны которые выполняют еще и защитную функцию при бросках напряжения (например при отключении аккумулятора).

Вследствие работы регулятора напряжения, на осциллограмме могут быть видны колебания или «скачки» напряжения с небольшими пиками (максимумами напряжения), особенно при изменениях нагрузки на генератор, например, при включении / выключении головного освещения автомобиля. Кроме того, могут быть заметны небольшие дополнительные пики напряжения, возникающие вследствие работы системы зажигания и других мощных потребителей электроэнергии.

 3

Рис 4 Осциллограмма выходного напряжения генератора. Броски напряжения на осциллограмме указывают на моменты вкл./выкл. регулятора напряжения

Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр.

Какие бывают проблемы у генераторов такого типа.

Во-первых, негорящая контрольная лампа заряда вовсе ещё не гарантирует наличие этого самого заряда . И причин этому несколько:

1. контрольная лампа может не гореть вообще, даже при незапущенном двигателе. (или горит очень тускло) Это означает, что ток в цепи возбуждения генератора отсутствует. Возможно, из-за изношенных щёток, или нерабочего регулятора напряжения. А, может, просто тонкий провод к клемме 61 генератора отскочил, или оборвался.

2. Вы продвинутый владелец «семёрки», или «девятки», и в свете нанотехнологий поменяли все лампы приборной панели на светодиоды. В том числе, и контрольную генератора. В этом случае генератор не сможет возбудиться из-за высокого сопротивления светодиода.

3. Система контроля заряда изначально несовершенна. Потухание контрольной лампы после запуска означает лишь то, что на обоих её выводах присутствует одинаковое напряжение. А вот какое — 14 вольт, или 12 – лампочке об этом, как и о жизни на марсе, неизвестно. Почему же может быть снижено напряжение? Начнём с обрыва или пробоя одного из силовых диодов. При этом регулятор напряжения, меряющий напряжение на выходе дополнительных диодов, считает, что всё в порядке, напряжение увеличивать не надо. У него и в самом деле всё в порядке. Непорядок на силовом выходе, но регулятор этого не видит.

На многих иномарках применяют схемы регулирования напряжения с обратной связью не от дополнительных диодов, а непосредственно от напряжения бортовой цепи или даже в качестве контрольного напряжения берется переменное напряжение до диодного моста. Контрольная лампа при этом включается самим регулятором напряжения. Такая схема считается более продвинутой так как измерение контрольного напряжения от бортовой сети позволяет избежать погрешности которая может возникнуть если контрольное напряжение брать от доп.диодов.

 4

Рис.5. Схема регулирования мощности генератора Хендай Гетц. Управляющий сигнал для работы регулятора берется с фазных обмоток статора.

Следующим шагом в развитии конструкций генераторов иномарок стали схемы регулирования мощности генератора которые учитывают не только изменения нагрузки и температуру окружающей среды но и гораздо большее количество факторов. Рассмотрим один типичный пример от Toyota.

 5

Рис 6 Схема управления генератором Toyota

При расчете заданного напряжения , помимо стандартной логики здесь могут учитываться параметры движения автомобиля (разгоняется он или тормозит), и то какой оптимальный ток необходим для зарядки АКБ. Расчет заданного напряжения осуществляет ЭБУ двигателя. Сформированный сигнал воздействует на регулятор напряжения (клемма RLO), который фактически является только усилителем сигнала. С клеммы М снимается сигнал обратной связи т.е. отслеживается то как выполняются заданные параметры. Такая схема управления позволяет также диагностировать генератор с помощью кодов неисправности (т.е. лучше чем просто контрольная лампа)

 6

Рис 7. Интенсивность зарядки АКБ (фактическая) определяется по датчику силы тока установленном на минусовом проводе АКБ.

Итак как же учитывается режим движения при управлении мощностью генератора. Здесь возможны два варианта развития событий:

  1. если разрядка АКБ составляет больше 90% то зарядка осуществляется по стандартной схеме (по принципу поддержания стандартного напряжения 14В).
  2. если же разряд АКБ меньше 90% тогда при разгоне и холостом ходе мощность необходимая на привод генератора уменьшается методом снижения напряжения до 12.5В, это нужно для увеличения отдачи двигателя на этих режимах. Если автомобиль тормозит двигателем напряжение наоборот максимально поднимается (до 14.8В) чтобы эффективнее использовать энергию торможения.
Читайте также:  Вычислить токи по законам кирхгофа

Зарядка рассчитывается по входному/выходному току и определяется на уровне не менее 90% если сила зарядного тока остается низкой (не более 5А)в течении 5 минут.

 7

Рис8. Алгоритм управления генератором в зависимости от нагрузки.

 8

Рис9. Алгоритм управления мощностью генератора.

Появившиеся на автомобилях CAN шины позволили отделить блок управления генератором от блока управления двигателем. Типичная схема теперь выглядит так: -блок управления генератором использует входящие сигналы от датчиков двигателя (по CAN шине) и датчика тока АКБ и используя их для расчетов формирует управляющий ШИМ сигнал на щеточный узел генератора, который в зависимости от скважности ШИМ сигнала, формирует ток на обмотке возбуждения. Таким образом щеточный узел фактически выполняет роль усилителя (или ключа) управляющего сигнала от блока управления генератором. Блок управления выполняет также функции диагностики генератора и по CAN шине управляет включением лампочки исправности генератора.

Например на генераторах Форд изменение управляющего ШИМ сигнала на входе (LIN) от 5 до 95% изменяет напряжение на выходе генератора от 12.5 до 16.5 В. При отсутствии сигнала генератор отключается, при сигнале 50% напряжение составляет 14.5В.

 9

Рис 10. В+ выход генератора. КлючField Driver коммутирует обмотку возбуждения на массу и определяет таким образом ток возбуждения. Через клемму Р обеспечивается контроль фактического напряжения (сигнал снимается с обмоток статора). Через клемму LIN подводится управляющий ШИМ сигнал. Через клемму Voltage Sense подводится сигнал с датчика тока АКБ.

 10

Рис 11. Блок схема управления генератором. BCM-блок управления генератором, EECU- блок управления двигателем. Эти блоки обмениваются между собой по CAN-шине. LIN Controlled Voltage Regulator –щеточный узел генератора.

В некоторых продвинутых автомобилях Ауди, Фольсваген, Ленд Ровер блок управления генератором позволяет также производить диагностику АКБ и электрических цепей автомобиля, используя для анализа токи саморазряда АКБ и токи утечки в момент когда двигатель не работает.

Диагностика неисправностей генератора

Признаки неисправности генератора:

  1. Генератор не развивает мощность. Признаки:
    1. низкое напряжение бортовой сети при включенных потребителях (13.5В и ниже).
    2. Горит контрольная лампа (или горит в полнакала) при работающем двигателе.
  2. Генератор создает напряжение выше нормы (14.5В и выше). Признаком будет выкипание электролита АКБ, сильный нагрев генератора, моргание лампочек.
  3. Механические неисправности:
    1. Повышенный шум вследствие износа подшипников.
    2. Проскальзывание ремня или ослабление приводного шкива.

Если есть подозрение на неисправность генератора первое что нужно сделать это визуально осмотреть генератор и замерить напряжение в сети на разных оборотах двигателя с включенными потребителями (с помощью мультиметра). Если есть отклонения напряжения от нормы алгоритм поиска неисправности будет зависеть от электросхемы генератора (то о чем мы писали выше).

Примерный алгоритм поиска неисправности при недостаточном напряжении.

  1. Проверяем натяжение ремня и весь механический привод.
  2. Проверяем есть ли напряжение на регуляторе напряжения (для Жигулей напряжение на дополнительных диодах D+ или клемма 61). Если напряжение есть снимаем реле регулятор напряжения и проверяем его (или если незнаем как проверить тупо меняем на новый). Если реле регулятор исправен тогда снимаем генератор.
  3. Снятый генератор частично разбираем и проверяем диодный мост, обмотку возбуждения, обмотки статора. Данные проверки сделать сможет не каждый так как диодные мосты желательно проверять под нагрузкой, а катушки помимо К.З. желательно проверять на межвитковое замыкание. Диагностику данных узлов можно делать и не снимая с автомобиля с помощью осциллографа. Например осциллограмма напряжения генератора со сгоревшим диодом будет выглядеть так.

 11

 12

Рис 12 Осциллограмма напряжения с пробитым диодом.

  1. Если генератор с ШИМ управлением тогда первым делом нужно считать ошибки сканером.

На рис 13 указан алгоритм поиска неисправностей из заводского мануала ВАЗ

 13

Рис 13. Алгоритм поиска неисправностей генератора ВАЗ.

Проверка генератора на испытательном стенде

Наиболее полно и достоверно генератор проверяется на соответствие его характеристик номинальным с помощью стенда, который имитирует все режимы работы генератора и по оборотам и по нагрузке. Для генераторов с ШИМ управлением, при этом необходимо имитировать еще и управляющий ШИМ сигнал.

 14

3 – амперметр; 4 – аккумуляторная батарея;

Рис 14 схема стенда для проверки генераторов

Порядок выполнения проверок для Жигулевского генератора.

1. Установите генератор на стенд и выполните соединения как показано на рис.13.

2. Включите электродвигатель стенда, реостатом 5 установите напряжение на выходе генератора 14 В и доведите частоту вращения ротора до 5000 мин–1. Дайте генератору поработать на этом режиме не менее 2 мин, а затем замерьте силу тока отдачи. У исправного генератора она должна быть не менее 44 А.

3. Если замеренная величина отдаваемого тока значительно меньше, то это говорит о неисправностях в обмотках статора и ротора, о повреждении вентилей или износе контактных колец и щеток. В этом случае необходима тщательная проверка обмоток и вентилей, чтобы определить место неисправности.

4. При подозрении на неисправность вентилей выпрямительного блока генератора, проверьте силу тока отдачи на прогретом генераторе. Такая проверка позволяет лучше выявить неисправность вентилей по резкому снижению тока отдачи при повышении температуры генератора.

5. Для прогрева дайте генератору поработать не менее 15 мин при частоте вращения ротора 5000 мин–1 и напряжении 14 В на выходе генератора. Затем измерьте силу тока отдачи. На прогретом генераторе она должна быть не менее 42 А.

Стендом особенно удобно пользоваться для проверок генератора после ремонта так как время установки генератора на стенд очень незначительное.

Надеемся что данная статья приоткроет завесу тайны устройства генератора и поможет принять верное решение при каких то ситуациях связанных с обслуживанием данного узла.

Источник

Трехфазные генераторы с широким частотным диапазоном и ШИ-регулировкой

Считалось ранее, что трехфазным напряжением гораздо проще раскрутить электродвигатель, т.к. в поочередно расположенных обмотках статора с приложенным к каждой из них электрических колебаний определенной частоты, смещенных относительно друг друга на 120*, образуется вращающееся магнитное поле, приводящее к вращению ротора, расположенного внутри статора. Да и сейчас ничего не изменилось. Большая часть электродвигателей на нашей планете работает от трехфазной сети переменного тока. Мне же такой генератор необходим для выполнения несколько иных задач, требующих трехфазного мощного сигнала, с широким частотным диапазоном и широтно-импульсной регулировкой (здесь и далее — ШИР). К сожалению, в интернете не обнаружил схем устройств, которые можно было бы повторить, применительно к моим нуждам. Хотя было много всего на эту тему, но. либо сырой материал на форумах, либо под выполнение слишком узких задач, либо нечто специфичное или, уж, откровенно дорогие решения. В результате был сочинен недорогой трехфазный, достаточно мощный генератор с необходимым частотным диапазоном и ШИР. В трех модификациях, доступных для повторения даже начинающим электронщикам.

Первый генератор был построен по давно уже известной схеме на счетчике-дешифраторе CD4017 с фазоформирующей логикой на элементах 2-ИЛИ (схема 1).

СХЕМА 1

В качестве задающего генератора использован таймер 555, импульсная последовательность с выхода которого (вывод 3 U1) поступает на счетный вход (вывод 14 U2) микросхемы двоично-десятичного счетчика с дешифратором CD4017 (К561ИЕ8). Классическая фазоформирующая схема предполагает использование элементов логики 3-ИЛИ, но, к сожалению, у меня не оказалось в наличии логики с трех-входовыми элементами и пришлось использовать пару корпусов 74АС32 (4 элемента ИЛИ вместо одного корпуса, например, — CD4075 с тремя элементами ИЛИ). Схема 3-фазного «дешифратора» на 2-входовых элементах полностью эквивалентна схеме на элементах 3-входовых. Такая схема работает с взаимным перекрытием импульсов во времени, где каждый следующий положительный импульс на треть во времени перекрывает импульс предыдущий. Схема работоспособна до вполне высоких частот, но проверялась лишь в необходимом мне диапазоне (от долей герца для каждой фазы до нескольких десятков килогерц), что вполне подходит для поставленной для устройства задачи.

Генератор по схеме 2 можно построить всего на трех логических инвертирующих элементах при небольшом количестве элементов обвязки. Возможна перестройка частоты генератора в небольших пределах (приблизительно 10-12%) с помощью потенциометра PR1. Недостатком этого генератора, кроме небольшого диапазона регулировки, является так же и значительный уход частоты. Поэтому была произведена попытка его модернизации при одновременном сохранении схемотехнической и конструктивной простоты с улучшением параметров генератора: расширение рабочего частотного диапазона, снижение нестабильности частоты генерации. Все решилось достаточно просто применением генератора тока заряда времязадающего конденсатора (схема 3).


СХЕМА 3

Генератор тока заряда (он же – стабилизатор тока на схеме 3) часто используется в различных генераторах частот для стабилизации времени заряда конденсатора, а, значит, и стабилизации частоты. В результате, генератор на схеме 4 обладает гораздо лучшими параметрами, чем предыдущий (СХЕМА 2).

СХЕМА 4

Он так же, как и генератор на схеме 2, выполнен на логических инверторах, а «тройной» стабилизатор тока заряда конденсаторов является регулятором частоты генератора. Диапазон рабочих частот генератора без изменения примененных номиналов — 3,3-117кГц (при регулировании одним только переменным резистором PR1). Стабильность частоты так же достаточно высока и уход ее составляет несколько (2-4) герц /час в нижнем краю диапазона и около 10-20 – в верхнем. При относительной простоте схемы параметры генератора весьма хороши.
Роль ШИР выполняет схема на логических инверторах CD40106 (схема 5).

СХЕМА 5

Регулировка ширины выходного импульса (от 100% входного импульса до 0) каждой из фаз производится потенциометрами PR (1-3). Недостаток такой схемы в том, что ШИР привязана к номиналу конденсатора (С1-С3 для каждого канала) и может работать лишь в относительно узком диапазоне частот без замены номинала. Поэтому подбор конденсатора следует осуществлять с привязкой к выбранному диапазону частот. Регулятор ШИ на схеме 6 можно использовать в качестве альтернативы.

СХЕМА 6

Выполнен он на микросхеме UC3843 в несколько нестандартном включении, где регулировка ШИ осуществляется по входу Cs (пин 3) с подачей на него постоянной составляющей, образованной из выходных импульсов. Благодаря такому схемному решению, регулировка ШИ на выходе U2 осуществляется плавно в достаточно широком диапазоне входных (по пин4) частот. Выход микросхемы уже рассчитан на работу с мощными ПТ. Выходные импульсы будут инверсными по отношению к входным. Микросхема U1.6 в данном случае не является частью схемы регулятора. Схема данного регулятора испытывалась в диапазоне частот 3,3-150кГц. Причем пришлось для диапазонов 3,3-11кГц / 11-45кГц / 45-98кГц / 98-150кГц все же использовать конденсаторы С2 разных номиналов. Но и этот результат вполне неплох. Вывод 2 микросхемы можно использовать, как и в классическом применении ее в качестве входа регулировки по обратной связи (ОС).
На схеме 7 изображен еще один регулятор, выполненный на микросхеме (так же довольно популярной) UC3825, полным аналогом которой является отечественная микросхема КР1156ЕУ2.


СХЕМА 7

Принцип ПЛАВНОЙ регулировки ШИ осуществлен так же, как и в схеме 6. Выход регулятора образован диодами D3, 4. Т.к. выходы (противофазные) микросхемы способны работать в импульсе до 1,5А, то и диоды должны быть рассчитаны на не меньший ток. Входы ОС микросхемы (выводы 1, 8, 9) можно использовать в их классическом назначении, несмотря на то, что пин 9 уже задействован для регулировки ШИ. Недостатки и достоинства этой схемы такие же, как и для схемы 6 (подбор номинала конденсатора С1 для различных диапазонов частот). Не содержит этих недостатков регулятор, показанный на схеме 8.

Читайте также:  В газе происходит несамостоятельный разряд зависит ли сила тока насыщения от химического состава


СХЕМА 8

Схема этого регулятора выполнена на компараторе, сравнивающее опорное напряжение с пилообразным (или треугольным), съем которого можно произвести с конденсатора времязадающей цепи практически любого генератора, в состав которого входит этот самый конденсатор. Этот регулятор оптимален будет для работы с генератором из схемы 4, на конденсаторах которого присутствует пилообразное напряжение. Входное сопротивление регулятора достаточно высокое, и не окажет влияния на параметры генератора при съеме напряжения с его времязадающих цепей.
На схеме 3 изображен один из вариантов схемы силового модуля, состоящий из драйвера ТС4420 (U1), фазоинвертора верхнего плеча на полевом транзисторе (ПТ) Q1 и выходного полумостового каскада на мощных ПТ (Q1, Q3).


СХЕМА 9

Выходной каскад можно упростить и выполнить его, как показано на схеме 4, где в качестве драйвера использована та же ТС4420, а в качестве выходного ключа мощный ПТ.


СХЕМА 10

В качестве драйвера так же можно использовать и более популярную микросхему UC3843, включив ее так, как это показано на схеме 10.


СХЕМА 11

Абсолютное отсутствие навесных компонентов в таком включении и достаточно большой выходной ток (до 1А), делают ее привлекательной в качестве использования драйвера. Следует только учесть, что импульс на выходе такого драйвера получится инверсным по отношению к входному. Так как RC-вход (пин 4) связан с встроенным 5-В питанием микросхемы, и подавать внешний сигнал необходимо через резистор величиной до нескольких сотен Ом.

На схеме 12 представлен модуль управления (УМ) силовой частью 3-фазного ИИП.

СХЕМА 12

Схема состоит из уже описанных выше узлов. Это тактовый генератор на таймере 555 (U1), с выхода которого (пин 3) прямоугольные импульсы поступают на вход микросхемы CD4017 (U2 – пин 13). Пин 14 микросхемы U2, соединенный с плюсом питания, разрешает работу тактового входа. Пин 15 U2 является входом сброса и «обнуляет» выходы U2 каждый раз при появлении высокого уровня на пин 5 U2. Входной частотой и процессом сброса, собственно, и определяется частота цикла работы U2. Выходные, коммутируемые U2 положительные импульсы, последовательны (относительно друг друга) от верхнего выхода к нижнему, и в таком же порядке управляют фазообразующими элементами микросхемы U3. Элементы, двухвходовые, в общем-то, ИЛИ — U3.1-U4.1, U3.2-U4.2, U3.3-U4.3, — используемые попарно, можно представить как одиночные трехвходовые элементы ИЛИ (которых у меня просто не оказалось).

Коэффициент взаимного перекрытия импульсов, получаемый на выходах этих элементов, составляет 1/3. Т.е. каждый последующий импульс перекрывает ровно треть «задней» части импульса предыдущего. На инверторах микросхемы U5 построены три идентичных ШИ-регулятора, на входы которых через резисторы R14-16 (установка необходима в случае наличия в схеме диодов D1-3) поступают разнесенные во времени последовательности импульсов. Заряд-разряд конденсаторов С8-10, а, следовательно, и амплитуда (и пологость) пилообразного напряжения на входе элементов U5.2, U5.4, U5.6 определяется сопротивлением К-Э переходов транзисторов Q1-3 , управляемых напряжением, снимаемого с движка потенциометра R6. Штифты R61-R63 предусмотрены для дублирующего внешнего потенциометра. Чем ниже амплитуда импульса на входе U5.2, U5.4, U5.6, тем короче импульсы на их выходах. С выходов U5.2, U5.4, U5.6 регулируемые по ширине импульсы поступают на буферные эмитерные повторители на комплементарных транзисторах Q4-Q9. На коллекторы транзисторов Q1-Q3 при необходимости можно подавать напряжение ОС (штифты FBA, FBB, FBC) с датчиков контроля температуры, напряжения, тока или освещенности. Питание УМ напряжением +5В осуществляется с платы силового модуля (MC). Печатная плата (двусторонняя) управляющего модуля представлена на рис 1 (со стороны расположения компонентов) и рис 2.

РИС 1

РИС 2

Силовой модуль показан на схеме 13.

СХЕМА 13

Не вижу особого смысла описывать его подробно, кроме того, что модуль достаточно универсален и способен работать на частотах не менее 200кГц (зависит от разводки и компоновки); с напряжениями до 450В (зависит от используемых деталей и качества печатной платы) и мощностями до 500Вт. Выходной импульс инвертирован по отношению к входному. Печатная плата МС приведена на рис 3 и рис 4. Оговорюсь сразу – плата этого МС не рассчитана на высоковольтные «испытания».


РИС 4

На схеме 14 представлен второй вариант 3-х фазного ИИП.

СХЕМА 14

Генератор выполнен на элементах микросхемы CD4093, частота которого перестраивается узлом на транзисторах Q2-Q5. ШИР производится компараторами, на инверсный вход которых подается регулируемое опорное напряжение, а на прямой – пилообразное (с каждого из генераторов на свой компаратор). В результате сравнения уровня в точке наклона «пилы» и опорного напряжения, регулировкой потенциометра PR5 можно получить импульсы необходимой ширины на выходе компаратора. На схеме параллельно микросхемам компараторов U3, U5, U7 включены ОУ (U4, U6, U8), способные успешно выполнять функцию компаратора. Так, например, вместо компараторов LM311 в схеме успешно работают такие ОУ, как К571УД1, К544УД2, СА3130, К140УД8, TL081, NE5534. Других ОУ в «одиночных» корпусах у меня просто не было, а сдвоенные ОУ в испытаниях не участвовали. Разумеется, необходимо использование лишь одной из этих микросхем. Дополнительные микросхемы указаны на схеме лишь для универсализации печатной платы с тем, что бы вместо, допустим, отсутствующих компараторов в схему можно было бы установить корпуса ОУ. Схема, конечно, при этом получилась более громоздкой, но площадь печатной платы при этом практически не увеличилась по сравнению с тем, как если бы на плате находились лишь корпуса компараторов (один из вариантов печатной платы на рис 5 и рис 6).


РИС 5


РИС 6

По инверсным входам компараторов могут быть организованы фидбэки любого из параметров. Для этого предусмотрены штифты Xa-Xc. В схеме присутствуют драйверы (U9-U11) и силовые ключи (Q6-Q8), поэтому устройство можно считать самостоятельным и достаточным для работы с достаточно большими нагрузками и напряжениями при испытаниях. Однако, для работы в реальных условия модуль следует использовать в качестве управляющего и «развязать» его гальванически от исполнительного силового модуля. Перестройка каналов модуля по частоте 3,3-117кГц, диапазон длительности выходного импульса 0-45% от времени периода.
В схеме присутствуют и дополнительные, не имеющие отношения к теме, узлы на ОУ U1, транзисторе Q1, потенциометре PR2, логическом элементе U2.4. В схеме по теме статьи они не нужны.

3-й вариант генератора с ШИР показан на схеме 15.

СХЕМА 15

Здесь 4-х элементная CD4093 (2И-НЕ с ТШ) заменена на 6-ти элементную CD40106 (лог инверторы с ТШ), благодаря чему «прямоугольный» выход генератора буферирован каждым вторым элементом микросхемы при том, что каждый первый включен в кольцо генератора. В качестве драйвера-регулятора применена микросхема UC3843 (U4-U6). Узел перестройки частоты аналогичен узлу из схемы 14, а регулирование ШИ осуществляется узлом на транзисторах Q6-Q8 с помощью потенциометра PR4. Предварительна установка ШИ по каждому из каналов производится подстроечными резисторами PR5-PR7, что избавляет от подбора постоянных резисторов. Фидбэки могут быть организованы, так же, как и в классическом включении 3843 по входам ее усилителя ошибки (пин 2). Названия штифтов такие же, как и в схеме 14. Выходные параметры схем практически не отличаются, кроме нагрузочной способности — в схеме 14 допустимо применение ПТ с большей емкостью затвора, т.к. используемые в ней драйверы способны отдать ток в импульсе до 6А. Во всех схемах допустимо применение аналогичных микросхем (там, где позволяет цоколевка) из состава 74АСХХ или 74НСХХ. Для этих целей предусмотрена установка 5-ти вольтного интегрального стабилизатора (7805). При использовании микросхем серии 40ХХ, 45ХХ стабилизатор не нужен, но при этом устанавливается развязывающий резистор R21 для схемы 14 и R11 для схемы 15, которые не надо устанавливать при наличии стабилизатора. Печатная плата модуля показана на рис 7 и рис 8.


РИС 7


РИС 8

Все схемы работоспособны и проверены, как по узлам, так и в полной сборке. В полную меру, с реальной силовой нагрузкой, включенной в электросеть ни одна из схем еще не тестировалась, — дело близкого будущего.

Номиналы деталей для каждой из практических схем приводятся ниже.

Источник



Трехфазный генератор – принцип работы и его устройство

Трехфазный генератор

Генераторы

Тот, кто незнаком с генераторами, объясняем, что это агрегат, в котором из одного вида энергии получается другая. А, точнее, из механической электрическая. При этом эти приборы могут генерировать как ток постоянный, так и ток переменный. До середины двадцатого века использовались в основном генераторы постоянного тока. Это были аппараты больших размеров, которые работали не очень хорошо. Появление на рынке диодов полупроводникового типа позволило изобрести трехфазный генератор переменного тока. Именно диоды позволяют выпрямить переменный ток.

Трехфазный генератор

Принцип работы

В основе работы трехфазного генератора лежит закон Фарадея – закон электромагнитной индукции, который гласит, что электродвижущая сила будет обязательно индуцироваться во вращающейся прямоугольной рамке, которая установлена между двумя магнитами. При этом делается оговорка, что магниты будут создавать вращающееся магнитное поле. Направление вращения и рамки, и магнитного поля обязательно совпадают. Но электродвижущая сила будет возникать и в том случае, если рамка останется неподвижной, а внутри нее вращать магнит.

Чтобы разобраться, как работает генератор, обратите внимание на рисунок ниже. Это простейшая схема его работы.

Принцип действия генератора тока

Здесь хорошо видны магниты с разными полюсами, рамка, вал и токосъемные кольца, с помощью которых производится отвод тока.

Конечно, это просто схема, хотя лабораторные генераторы так и создавались. На практике же обычные магниты заменяют электромагнитами. Последние – это медная обмотка или катушки индуктивности. Когда по ним проходит электрический ток, образуется необходимое магнитное поле. Такие генераторы установлены во всех автомобилях (это для примера), чтобы их запустить, под капотом устанавливается аккумулятор, то есть, источник постоянного тока. Некоторые модели генераторов запускаются по принципу самовозбуждения или при помощи маломощных генераторов.

Схемa генерaторa переменного токa

Схемa генерaторa переменного токa

Разновидности

В основе классификации заложен принцип действия, поэтому эти агрегаты переменного тока делятся на два класса:

  • Асинхронные. Это самые надежные в работе, небольших размеров и веса, простых по конструкции генераторы. Они прекрасно справляются с перегрузками и коротким замыканием. Правда, необходимо учитывать, что данный вид сразу же выходит из строя, если на него будет действовать большая перегрузка. К примеру, пусковой ток электрооборудования. Поэтому стоит учитывать этот факт, для чего придется приобретать генератор мощностью большей раза в три или четыре, чем потребляемая мощность оборудования при запуске.
  • Синхронные. А вот этот вид легко справляется с краткосрочными нагрузками. Такой генератор может выдержать перегруз раз в пять или шесть. Правда, высокой надежностью он не отличается по сравнению с асинхронным вариантов, к тому же он является обладателем больших размеров и массы.

Конечно, в данном разделении лежит принцип работы агрегата. Но есть и другие критерии.

Отличие генераторов тока

  • Однофазный.
  • Двухфазный.
  • Трехфазный.
  • Многофазный (обычно шесть фаз).
  • Сварочный.
  • Линейный.
  • Индукционный.
  • Стационарный.
  • Переносной.

Устройство трехфазного генератора

В принципе, устройство трехфазного генератора переменного тока достаточно простое. Это корпус с двумя крышками с противоположных сторон. В каждой из них проделаны отверстия для вентиляции. В крышках устроены ниши под подшипники, в которых вращается вал. На передний конец вала устанавливается передаточный элемент. К примеру, на автомобильном генераторе установлен шкив, с помощью которого вращение передается от двигателя внутреннего сгорания на генератор. На противоположном конце вала производится передача электрического тока, ведь вал в этом случае выступает как электромагнит с одной обмоткой.

Читайте также:  Как тиристором регулировать силу тока

Передача производится через графитовые щетки и токосъемные кольца (они из меди). Щетки соединены с электрорегулятором (по сути, это обычное реле), который регулирует подачу напряжение 12 вольт с требуемыми отклонениями. Самое важное, что реле не повышает и не понижает напряжение в зависимости от скорости вращения самого вала.

Устройство генератора

Так вот если говорить о трехфазных генераторах переменного тока, то это три вот таких однофазных. Только трехфазный агрегат имеет обмотку не на роторе (валу), а в статоре. И таких обмоток три, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе. Вал, как и в первой конструкции, выполняет функции электромагнита, который питается через контакты скользящего типа постоянным током.

Вращение вала создает в обмотках магнитное поле. Электродвижущая сила начинает индуцироваться, когда происходит пересечение магнитного поля обмоток с ротором. А так как обмотки располагаются на статоре симметрично, то есть, через каждые 120º, то соответственно и электродвижущая сила будет иметь одинаковое амплитудное значение.

Источник

Трехфазные генераторы: устройство и принцип работы, правила подключения

  1. Устройство
  2. Принцип работы
  3. Преимущества и недостатки
  4. Виды
  5. Как выбрать?
  6. Схемы подключения

Трехфазный генератор находит широкое применение в частном секторе. Такие электрогенераторы имеют мощность 6, 10, 15 кВт и выше. В этой статье рассмотрены схема и принцип работы таких устройств, указаны их основные различия и правила подключения.

Устройство

Назначение электрического генератора – преобразовывать механическую энергию в электрическую. Он состоит из 2-х основных частей – подвижного ротора и неподвижного статора.

  • Ротор закрепляется на подшипниках. С одной стороны к нему присоединяется привод от внешнего источника движения, а с другой – крыльчатка для охлаждения.
  • Статор – неподвижный элемент. На нем расположены лапы крепления установки, охлаждающие ребра и выходные клеммы. А еще табличка с техническими характеристиками.

Другие составные части.

  • Скользящий контакт ротора. Необходим для питания его обмоток или отвода генерируемого электричества. В большинстве моделей его нет.
  • Средства индикации и контроля.
  • Боковые крышки.
  • Масленки для подачи смазки к подшипникам и другие не менее важные элементы.

Теперь нужно разобраться в методе получения электричества.

Принцип работы

Принцип действия трехфазных генераторов основан на законе электромагнитной индукции. Он гласит: на концах металлической рамки, помещенной во вращающееся магнитное поле, будет индуцироваться электродвижущая сила (ЭДС). При этом может вращаться как сама рамка, так и магниты.

Так устроены демонстрационные модели. В реальных генераторах вместо рамки применяется катушка из тонкого медного провода с изолированными друг от друга жилами. Это делается для увеличения коэффициента полезного действия установки.

Так работает однофазный генератор. Для получения 3-фазного тока обмоток должно быть 3. При этом они располагаются по окружности, и угол между ними (его называют угол сдвига фаз) составляет 120 градусов.

В современных моделях 3-х фазных генераторов в качестве магнита выступает ротор. При этом магнит может быть постоянным или электрическим. В последнем случае для питания ротора применяют скользящий контакт с графитовыми щетками. Для запуска такого устройства нужен отдельный источник электроэнергии.

Силовая обмотка располагается в статоре. Это убирает необходимость передавать большие токи через скользящий контакт и повышает надежность работы.

Преимущества и недостатки

3-х фазные генераторы переменного тока имеют целый ряд достоинств.

  1. Более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с однофазными. Это значит, что для получения одинаковой мощности тока требуется меньше топлива.
  2. С одного генератора возможно получение 2-х значений напряжения, отличающихся в 1,75 раза. Обычно это 380 В и 220 В. Это расширяет сферу его применения, такой генератор можно использовать и в частном доме, и в промышленности.
  3. При одинаковой мощности они обладают меньшими габаритными размерами и массой, чем однофазные.
  4. Для передачи 3-х фазного тока нужно 3 или 4 провода. Для работы 3-х однофазных генераторов проводов нужно минимум 6.
  5. Более высокая надежность установки.
  6. Для работы большинства промышленного оборудования нужен именно 3-х фазный ток. Применение такого генератора решает эту задачу.
  7. Для получения однофазного напряжения можно подключить только 1 обмотку. Но это не лучшее решение с точки зрения экономичности.
  8. Из переменного тока с помощью выпрямителя можно сделать постоянный.

Такие генераторы имеют и недостатки.

  1. Относительная сложность подключения с юридической точки зрения. Для легального подведения 3-х фазного напряжения требуется специальное разрешение от энергокомпании. А получить его весьма хлопотно.
  2. Необходимо усиление средств безопасности. Нужно больше устройств защиты, УЗО необходимо ставить на каждую фазу.
  3. Работающий генератор не рекомендуется оставлять без присмотра. Нужно следить за показаниями контрольно-измерительной аппаратуры.
  4. Шум и вибрация при работе устройства.

3-фазные генераторы переменного тока не имеют сильных различий между собой. Они отличаются лишь мощностью и особенностями конструкции.

По мощности вырабатываемого тока они бывают:

  • 5 кВт;
  • 6 кВт;
  • 10 кВт;
  • 12 кВт;
  • 15 кВт и более.

Надо сказать, что это стандартный ряд мощности, и он не является абсолютным. Производители могут изготавливать машины и с другими характеристиками.

Кроме того, реальная выходная мощность зависит от многих факторов, таких как качество и чистота топлива, состояние атмосферы (на холоде и при высокой влажности мощность уменьшается) и тому подобное.

По виду применяемого топлива генераторы бывают:

  • дизельные;
  • бензиновые;
  • работающие на дровах или природном газе.

Наибольшее распространение получили первые 2 варианта. При этом дизельные, в силу своей конструкции, надежнее, поскольку работают без системы зажигания. Еще они более экономичные. Бензиновые, в свою очередь, легче запускаются в сложных условиях.

Модели на газу не так эффективны в частном пользовании, и потому менее распространены.

По принципу действия генераторы бывают синхронные и асинхронные.

  • Синхронные. Их достоинство – могут выдержать кратковременную перегрузку в 5-6 раз. Такое бывает при запуске некоторых типов электродвигателей и другого мощного оборудования, когда пусковые токи значительно превышают номинальные. Но у них есть недостатки – это большие габариты и масса, а также меньшая надежность по сравнению с асинхронными собратьями.

  • Асинхронные. Их основные черты – легкость, компактность, простота конструкции и безотказность работы. Но они сразу выходят из строя при перегрузке. Поэтому максимально вырабатываемая ими мощность должна быть значительно выше, чем расходуемая потребителями (раза в 3 – 4). Вдобавок рекомендуется ставить качественную и дорогую защиту от перегрузок.

Также генераторы могут обладать дополнительными функциями:

  • возможность подключения дополнительных линий для увеличения нагрузочной способности;
  • регулировка характеристик выходного тока (например, его формы);
  • наличие электромагнитного реле-регулятора.

По назначению генераторы бывают:

  • основные;
  • вспомогательные.

Они различаются только способом подключения.

Это все, что касается классификации генераторов. Теперь давайте поговорим о выборе этого устройства.

Как выбрать?

При покупке в первую очередь ориентируйтесь на условия, в которых будет работать генератор.

  • Для начала определите требуемую мощность. Она должна превышать суммарную мощность одновременно включенных потребителей. Рекомендуется иметь небольшой (или большой) запас на случай экстренных ситуаций.
  • Выберите вид топлива. Решите, что для вас важнее – экономичность или способность запуститься в любых условиях.
  • Если в сети возможны перегрузки, нужно покупать синхронную модель. Но учтите, что она потребует более тщательного обслуживания, чем асинхронная, и обладает меньшим сроком службы. Да и на систему защиты придется потратиться. Если перегрузки полностью исключены, лучшим выбором станет асинхронный генератор.

Затем проверьте качество изготовления.

  • Покрутите ротор рукой. Он должен вращаться легко. Хруст, щелчки и рывки в подшипниках не допускаются, как и биение ротора. Он не должен шататься в подшипниках.
  • Контакты и клеммы должны быть блестящими. Не допускается сорванная резьба. Если есть провода, требуется их надежная изоляция. Особенно в местах стыков и перегибов.
  • На статоре и каркасе не должно быть трещин. Внимательно осмотрите опорную часть.
  • Проверьте генератор в работе. Показания измерительной аппаратуры должны быть стабильными. Звук выхлопа обязан быть ровным.
  • Ответственные производители внимательно окрашивают изделие и хорошо крепят логотип. Если краска вызывает сомнения, от такого генератора лучше отказаться.
  • Солидность любой фирмы определяется качеством сервиса. Убедитесь, что при возникновении неисправности вы сможете найти специалиста для ее устранения.

Затем обратите внимание на дополнительные функции.

  • Хорошо, если на заводе уже будут смонтированы измерительные приборы.
  • Лучше покупать модели, имеющие как ручной запуск, так и со стартера.
  • Проверьте удобство транспортировки. Если есть колесики, они должны хорошо крутиться. Если есть ручки, за них должно быть удобно держаться.

И не бойтесь задавать вопросы консультантам, даже, по их мнению, нелепые. Время, которое вы потратите на выбор, с лихвой компенсируется беспроблемной эксплуатацией.

Но мало выбрать хороший генератор, его еще надо правильно подключить.

Схемы подключения

Главная задача при подключении к имеющейся энергосети – не допустить «встречи» генерируемого тока и поступающего с электростанции. Иначе последствия будут плачевными.

Для решения этой задачи существует несколько методов подключения генератора к электросети.

Через розетку

Самый простой метод. Потребители подключаются к генератору напрямую. Но есть серьезные недостатки:

  • полное отсутствие защитных устройств;
  • нужно купить специальную 4-х полюсную розетку, рассчитанную на большой ток.

Применять этот метод настоятельно не рекомендуется. Мы написали про него только потому, что он есть.

Через распределительный автомат

Это более удобный способ, поскольку он не требует внесения изменений в имеющуюся электросеть. Особенно хорошо он зарекомендовал себя в частных домах.

Для подключения сделайте следующее.

  • Отключите вводной автомат централизованной системы электрораспределения. Проще говоря, обесточьте дом.
  • Установите в щитке новый 4-х полюсный автомат. Его выходные контакты соедините с домашней сетью.
  • Внимательно подключите к новому автомату кабель с генератора. Все провода присоединяются к соответствующим клеммам.

4-ый полюс нужен для нулевого провода.

Через рубильник

Основной недостаток предыдущей схемы – возможность попадания сетевого напряжения на генератор. Такое может случиться при невнимательном пользовании переключателями. Чтобы такого не произошло, генератор можно подключить через рубильник.

Такое подключение полностью исключает возможность замыкания. Рубильник имеет 3 контакта:

  • первый – питание потребителей от централизованной сети;
  • третий – питание от генератора;
  • центральный – сеть полностью обесточена.

Потребители подключаются к центральному контакту.

После рубильника обязательно устанавливаются предохранители, УЗО и другие средства защиты.

Такими способами подключаются основные генераторы.

Система автоматического включения

Основной недостаток этих всех методов – ручное управление. А иногда нужно, чтобы генератор запускался автоматически (особенно при аварийных ситуациях). В этих случаях применяется система автоматического включения.

В нее входят 2 пускателя с перекрестным включением и модуль управления. При пропадании электричества они отключают потребителей от централизованной системы и подключают к генератору.

Независимо от метода подключения никогда не забывайте заземлять корпус генератора. И главное: коммутационные устройства, выключатели и предохранители ставить в заземляющий провод запрещается. Это убережет от несчастных случаев и гарантирует безопасность работы прибора.

О том, какой купить генератор: однофазный или трехфазный, смотрите далее.

Источник