Принцип дії автомобільних генераторів

В основі роботи генератора лежить ефект електромагнітної індукції. Якщо котушку, наприклад, із мідного дроту, пронизує магнітний потік, то при його зміні на виводах котушки з'являється змінна електрична напруга. І навпаки, для утворення магнітного потоку достатньо пропустити через котушку електричний струм. Таким чином, для отримання змінного електричного струму потрібні котушка, через яку протікає постійний електричний струм, утворюючи магнітний потік - обмотка збудження, і сталева полюсна система, призначення якої - підвести магнітний потік до котушок, в яких наводиться змінна напруга - обмотці статора.

Ці котушки поміщені в пази сталевої конструкції магнітопроводу (пакету заліза) статора. Обмотка статора з його магнітопроводом утворює статор генератора, його найважливішу нерухому частину, в якій утворюється електричний струм, а обмотка збудження з полюсною системою та деякими іншими деталями (валом, контактними кільцями) - ротор, його найважливішу частину, що обертається.

Існує три принципово відмінні конструкції синхронних генераторів змінного струму: безконтактний з збудженням від постійних магнітів, контактний з електромагнітним збудженням і безконтактний з електромагнітним збудженням.

На рисунку нижче представлена ​​модель безконтактного однофазного синхронного генератора змінного струму з збудженням від постійного магніту, в якому ротор, що обертається - це двополюсний постійний магніт, а нерухомий магнітопровід з однією фазною обмоткою - це статор. Синхронним він названий тому, що електрична частота наведеної у фазній обмотці ЕРС Еф суворо відповідає (синхронна) частоті обертання постійного магніту.

У реальних генераторах змінного струму з постійними магнітами на роторі використовуються багатополюсна система ротора і багатофазна (найчастіше трифазна) система обмоток на статорі.

Недоліком таких конструкцій є те, що величина ЕРС прямо пропорційна частоті обертання ротора і регулюванню не підлягає.

Для створення магнітного потоку можна використовувати не постійний магніт, а електромагніт. Тоді на ротор міститься обмотка Wb збудження. Обмотка збудження, що обертається, з'єднується із зовнішнім електричним ланцюгом за допомогою контактних кілець на роторі і нерухомих щіток на кришці генератора, який в такому випадку називається генератором змінного струму з контактними кільцями.

Його важливою відмінністю від попереднього генератора з постійними магнітами є можливість зміни величини магніторушійної сили ротора, що дозволяє регулювати величину вихідної напруги генератора.

Необхідність управління напругою автомобільного генератора пов'язана з його роботою в умовах безперервно змінних обертів ротора. Так як в генераторі з роторною обмоткою збудження електрорушійна сила Еф є функція двох змінних Еф = f (В, n), то збільшення електрорушійної сили при підвищенні обертів (n) двигуна внутрішнього згоряння можна компенсувати відповідним зменшенням струму Iз збудження в роторній обмотці.

Можливий і третій варіант конструктивного виконання автомобільного генератора змінного струму, коли ротором є магнітом'яка пасивна феромасса (наприклад, спресований набір тонких пластин трансформаторного заліза), а обмотка збудження постійного магніту розміщена разом з фазною обмоткою на статорі.

Такі генератори називаються індукторними та останнім часом знаходять застосування на автомобілях.