Схема генератора тока: §32. Схемы генераторов и их характеристики

Содержание

Схема работы и подключения генератора переменного тока

Эффективность работы генератора переменного тока можно проверить несколькими способами, используя определенные методы, например: можно проверить выходное напряжение генератора, падение напряжения на проводе, соединяющем токовый кабель генератора с аккумулятором, или регулируемое напряжение.

Содержание

Схема генератора переменного тока автомобиля

Самый важный функция генератора переменного тока – зарядка аккумулятора аккумулятор и электропитание двигателя.

Альтернатор – это механизм, преобразующий механическую энергию в электрическую. Генератор имеет вал, на котором установлен шкив, через который он получает вращение от коленчатого вала двигателя.

Автомобильный генератор используется для питания электрических потребителей, таких как система зажигания, бортовой компьютер, освещение автомобиля, диагностическая система, а также позволяет заряжать аккумулятор автомобиля. Выходная мощность генератора переменного тока в легковом автомобиле составляет примерно 1 кВт. Автомобильные генераторы переменного тока достаточно надежны в работе, так как обеспечивают бесперебойную работу многих устройств в автомобиле, поэтому к ним предъявляются соответствующие требования.

В настоящее время используется только второй тип, поскольку он имеет неоспоримые преимущества: его обмотки вырабатывают трехфазное напряжение, так как в этом случае легче сгладить пульсации, что позволяет более эффективно использовать массу устройства.

Зачем нужен генератор переменного тока в вашем автомобиле?

Вся энергия в бортовую сеть поступает от двигателя внутреннего сгорания. Механическая энергия от вращения коленчатого вала должна быть преобразована в электрическую энергию. В этом заключается роль генератора переменного тока.

В стандартном исполнении ротор оснащен шкивом с гибким ремнем, который передает вращение от аналогичного шкива на носок коленчатого вала. От того же ремня могут параллельно приводиться в движение и другие навесные устройства, но это традиционно называется ремнем генератора.

На выходе генератора вырабатывается электрическое напряжение, которое может поддерживаться в заданном диапазоне при подаче любого тока от нуля до максимума, ограниченного номинальной мощностью.

Мощность вырабатывается при максимально допустимой скорости вращения ротора, которая связана с предельной скоростью вращения коленчатого вала посредством адаптированного соотношения ременной передачи.

Существует два основных типа автомобильных генераторов переменного тока:

Постоянный ток, напряжение определенной полярности вырабатывается непосредственно на обмотках;
Переменный ток, поскольку все равно требуется постоянное напряжение, генератор оснащен внутренним твердотельным выпрямителем.

В настоящее время используется только второй тип, поскольку он имеет неоспоримое преимущество в производстве трехфазного напряжения, легче сглаживать пульсации и лучше использовать массогабаритные характеристики устройства.

Ниже мы рассмотрим, что находится внутри этого устройства.

Конструкция генератора переменного тока гораздо сложнее, чем основная схема, воспроизводящая суть явления электромагнитной индукции. Из специальных стальных листов собирается конструкция с пазами, в которые помещаются катушки с проводниками, соединенные в единую электрическую цепь. Это так называемая обмотка статора, если внутри нее начнет вращаться магнит, на контактах цепи появится напряжение. Величина этого напряжения напрямую зависит от силы магнита и скорости его вращения.

Конструкция и принципы работы

Конструкция автомобильного генератора переменного тока гораздо сложнее, чем схема, воспроизводящая суть явления электромагнитной индукции. Щелевая конструкция собирается из специальных стальных пластин, в которые вставляются катушки проводов, соединенных между собой для образования электрической цепи. Это называется “слот”. обмотка статора, если внутри нее начнет вращаться магнит, на контактах цепи появится напряжение. Величина этого напряжения будет напрямую зависеть от силы магнита и скорости его вращения.

Когда электричество недоступно, необходимо получать его из другого источника. Наши предки, например, использовали энергию ветра и речных течений. Однако сегодня этот вид энергии используется, когда нет времени и сил на строительство плотин и ветряных турбин. Генераторы обычно работают на топливе и преобразуют механическую вращательную энергию в электрическую путем вращения обмоток в магнитном поле. Ток генерируется в замкнутой цепи, протекая через обмотки, когда потребитель подключен к электростанции – так работает генератор.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (с неподвижным или движущимся проводником), существует два типа этих электрических машин – генераторы постоянного или переменного тока.

Что такое генератор тока

Когда электричество недоступно, необходимо получать его из другого источника. Наши предки, например, использовали энергию ветра и речных течений. Однако сегодня этот вид энергии используется, когда нет времени и сил на строительство плотин и ветряных турбин. Электрогенераторы обычно “работают” на топливе, преобразуя механическую вращательную энергию в электрическую путем вращения обмоток в магнитном поле. Ток генерируется в замкнутой цепи, протекая через обмотки, когда потребитель подключен к электростанции – так работает генератор.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (с неподвижным или движущимся проводником), существует два типа этих электрических машин – генераторы постоянного или переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током?

Вспомните свои уроки физики. Электрический ток относится к заряженным микрочастицам, которые “бегут” в определенном направлении. При постоянном токе частицы движутся по прямой линии, в одном направлении от минуса к плюсу. При переменном токе электроны движутся синусоидально с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за определенный промежуток времени).

Разница между движением заряженных частиц заключается в принципе работы генераторов электрического тока. Для обычного человека можно сказать так: розетка – это переменный ток, батарея – постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, мы можем сказать: все, что до 48 В – постоянный ток, все, что от 100 до 500 В – переменный ток.

Автор этой статьи и специалисты компании Mototech хорошо знают, что постоянный ток может быть практически любого напряжения (например, 380 В на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток в узких приложениях.

Хотя конечный результат работы электростанции одинаков – потребитель получает электроэнергию – методы преобразования механической энергии в движущую силу и электричество различны. Элементы (компоненты) также различны.

Внешний силовой каркас изготовлен из высокопрочных сплавов. Корпус разработан таким образом, чтобы выдерживать интенсивные нагрузки, вызванные передачей магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря, чугунный корпус не “впаивается” под действием разряда тока.
Магнитные стойки крепятся к корпусу с помощью винтов или дюбелей. Плюс” и “минус” установлены на обмотке.
Статор. Каркас катушки возбуждения изготовлен из ферромагнитных материалов, а на сердечнике установлены магнитные полюса для создания магнитного поля.
Вращающийся ротор (якорь). Назначение якоря – уменьшить вихревые токи и повысить эффективность генератора постоянного тока.
Коммутационный блок, оснащенный щетками (обычно из графита) и коллекторными пластинами из меди.

Полюсов может быть несколько (количество минусов и плюсов всегда одинаково). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электроэнергией как дом, так и промышленное предприятие.

Между устройствами постоянного и переменного тока нет конструктивных различий в статоре и роторе. Силовые рамы практически идентичны. Основное отличие заключается в блоке связи. Каждый вывод механизма, кроме щеток, оснащен токопроводящими кольцами. Петлевой” ток протекает синусоидально и достигает своего пикового значения мощности несколько раз в секунду. Современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные в зависимости от типа устройства, характеристик и принципа работы.

Специфика синхронного агрегата: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.

Отсутствие электрического соединения с ротором;
Вращение якоря за счет остаточного механизма статора;
Измененная электрическая нагрузка на статор.

Эти устройства могут быть однофазными или трехфазными.

Каркас вращается вокруг оси, при этом обмотка на корпусе регулярно проходит через минусовой и плюсовой полюса.
При достижении разных полюсов направление тока меняется на противоположное.
Выходная цепь генерирует постоянный ток благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле.
Щетки используются для снятия потенциала с положительного или отрицательного полюса и передачи его на приемник по цепи.

Такая схема работает в простейшем исполнении, с одной плюсовой и минусовой точкой, если положительных/отрицательных точек больше, то ЭДС и приблизительное количество электроэнергии рассчитывается по формуле.

Малый вес и компактность устройства;
Может использоваться в экстремальных условиях;
Отсутствие потерь из-за вихревых токов.

Недостатки: Не рассчитывайте на высокую мощность при использовании данного типа устройств.

Устройства этого типа преобразуют механическую энергию в электрическую путем вращения катушки с проводом в магнитном поле. Ток возникает, когда линии поля пересекают катушку. Пока магнитное поле находится в контакте с проводником, в нем индуцируется электрический ток.
Тот же принцип действует, когда катушка вращается относительно магнита, пересекая линии поля.

В синусоидальных электростанциях реактивная мощность отсутствует. Другими словами, весь запас мощности (за вычетом потерь в проводах) идет на нужды потребителя, а не на поддержание эффективности работы устройства.

Высокая выходная мощность при одинаковых размерах блоков постоянного и переменного тока;
Выработка электроэнергии при низких скоростях вращения ротора;
Более простая конструкция и компоновка, поэтому меньше компонентов для обслуживания и ремонта;
Конструкция с контактным кольцом более надежна;
Более длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы.

Дополнительное преимущество: Трехфазные устройства могут использоваться для питания высоковольтных нагрузок.

Оба типа генераторов популярны в бытовом и промышленном применении. Станции постоянного тока нашли свое применение в транспортном секторе. В трамваях и троллейбусах, например, обычно используются двигатели постоянного тока. Низковольтные устройства необходимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к центральному источнику питания. Например, на борту самолета. Если высокая мощность не является основной характеристикой электростанции, генераторы постоянного тока идеально подходят для питания оборудования в образовательных, медицинских и лабораторных учреждениях. Полноразмерные дизельные электростанции постоянного тока используются в аэропортах для зарядки и питания бортовых систем самолетов.

Электростанции переменного тока нужны почти для всего остального. 99% того, что питается от центральной сети – это переменный ток. Поэтому аварийное питание этих объектов также должно обеспечиваться соответствующим оборудованием.

Компания Mototech специализируется на продаже различных типов электростанций. Мы поможем вам выбрать лучшую электростанцию мощностью от 5 кВА до 6000 кВА, и, конечно, это будет электростанция переменного тока. Мы обеспечиваем сопутствующие строительные и электромонтажные работы, грамотный ввод в эксплуатацию и техническое обслуживание оборудования. Мы работаем с клиентами, которые имеют энергетическое образование, поэтому мы гарантируем профессиональную информацию, ответы на вопросы и правильный расчет характеристик в соответствии с вашими потребностями.

Контрольная лампа также может быть подключена через контакт “D+”. Сложность заключается в том, что в этом случае регулятор напряжения также питается через этот контакт. Клемма “S” (датчик) измеряет напряжение для контроля.

Как работает автомобильный генератор переменного тока? Как я могу его проверить? Какие неисправности возникают?

Все автомобильные генераторы переменного тока работают по одному и тому же принципу электромагнитной индукции. Электрический ток возникает в замкнутой рамке, когда вращающееся магнитное поле пересекает ее. Поэтому для работы генератора необходимо вращающееся магнитное поле.

Ротор генерирует собственное вращающееся магнитное поле. Следует сразу отметить, что в генераторе переменного тока автомобиля нет постоянных магнитов. Это означает, что в генераторе просто нет постоянного магнитного поля. Однако при подаче тока в обмотке ротора возникает магнитное поле. Обмотку ротора правильно называть “обмоткой возбуждения”. При повороте ключа зажигания создается магнитное поле. Ротор начинает вращаться при запуске двигателя. Ток генерируется в трех отдельных обмотках статора. Затем обмотки возбуждения питаются тем же током, т.е. потребление тока от батареи прерывается.

Вы можете посмотреть видеообзор автомобильных генераторов переменного тока на нашем канале YouTube.

Переменный ток, поступающий от обмотки статора, стабилизируется в устройстве под названием выпрямитель, также известном как диодный мост. Он обеспечивает постоянство выходного тока генератора и его выпрямление. В устройстве имеется шесть силовых диодов. Половина диодов подключена к плюсу питания генератора, а половина – к земле генератора, корпусу. Выпрямитель может также содержать слаботочные диоды, через которые подключается обмотка возбуждения. Диоды – это полупроводники, которые пропускают ток только в одном направлении.

Генератор переменного тока также имеет реле регулятора напряжения. Напряжение питания, поступающее от статора, подается на контакты реле через диоды. Если этого недостаточно, т.е. менее 14 вольт, реле увеличивает напряжение на обмотке возбуждения. Когда магнитное поле усиливается, напряжение поля увеличивается. Необходимое значение составляет 14-14,5 В.

Здесь мы также добавим, что магнитное поле увеличивает силу, с которой вращается ротор. Эта нагрузка передается на коленчатый вал через приводной ремень. Поэтому деятельность потребителей электроэнергии, и прежде всего их суммарная мощность, напрямую влияет на расход топлива.

Именно благодаря регулированию тока обмотки ротора выходная мощность генератора не зависит от скорости вращения ротора и тока нагрузки. Конечно, до определенных пределов, ограниченных общей мощностью генератора. Сам регулятор напряжения является чисто электронным устройством.

Ток возбуждения проходит через подпружиненные графитовые щетки, которые контактируют с контактными кольцами на роторе.

В более современных автомобилях используются бесщеточные индукционные генераторы переменного тока. В них используется отдельная стационарная обмотка возбуждения с намагниченной катушкой. Ротор имеет звездообразную форму с 6 плечами, а статор – 5-фазный вместо 3-фазного. Эти генераторы являются самовозбуждающимися, т.е. могут работать без аккумулятора.

Обгонная муфта генератора переменного тока

Генераторы переменного тока для тяжелых условий эксплуатации оснащены обгонной муфтой. В этом случае он служит амортизатором, который гасит инерцию коленчатого вала и самого ротора генератора, предотвращая удар тяжелого и нагруженного ротора генератора и фиксацию ремня аксессуаров при снижении его скорости. Это означает, что если скорость ремня замедляется или ремень останавливается при остановке двигателя, ротор генератора может продолжать вращаться. Если обгонная муфта неисправна, т.е. заблокирована, то при работающем двигателе можно наблюдать сильную вибрацию приводного ремня вблизи муфты. Если двигатель остановится, ремень будет скрипеть, потому что инерция ротора генератора приводит захваченную муфту в движение против ремня.

Подключение генератора переменного тока. Наиболее распространенные провода и клеммы.

Генератор переменного тока подключен к жгуту проводов автомобиля не только проводом питания и контактом заземления. Выход питания – клемма 30 – обозначен буквой “B” (аккумулятор). Отдельная минусовая клемма – клемма 31 – на генераторе обозначена буквами E, B-, GRD.

Генератор переменного тока обязательно имеет выход для сигнальной лампы. Этот выход также используется для подачи небольшого напряжения для намагничивания ротора. Этот контакт обозначен буквой “L”. (лампа). Горящая лампа указывает на отсутствие зарядки. Кстати, лампа гаснет, когда потенциалы выравниваются, т.е. когда на контакте L появляется “плюс”. Это происходит, как только генератор начинает вырабатывать ток.

В качестве альтернативы можно подключить индикаторную лампу через клемму “D+”. Проблема в том, что в этом случае регулятор напряжения также питается через этот контакт. Клемма “S” (датчик) измеряет напряжение для контроля.

В дизельных генераторах переменного тока часто имеется контакт “W”. Это выход одной из обмоток статора, который используется для подключения тахометра.

Клемма “FR” или “DFM” соединяет регулятор напряжения с ЭБУ для контроля нагрузки на генератор. При высокой нагрузке ЭБУ увеличивает обороты холостого хода или отключает определенные потребители.

Генератор может иметь клемму “D” с совершенно разными функциями. Буква “D” может означать как Digital, так и Drive. Например, он может передавать цифровой сигнал, как в автомобилях Ford. В генераторах переменного тока на японских автомобилях этот контакт обеспечивает ток для управления регулятором напряжения. Это также может быть просто пустой контакт.

Почему генератор переменного тока выходит из строя?

Неисправности генератора можно разделить на механические и электрические.

С механической точки зрения, это отказ ротора из-за износа или разрушения подшипника. Заклинивший генератор может привести к обрыву ремня ГРМ. Также могут возникать зазоры в подшипниках.

Графитовые щетки постоянно изнашиваются из-за трения о контактные кольца на роторе. Однако они рассчитаны на сотни тысяч километров пробега и огромное количество моточасов. Максимальная длина щетки составляет 5 мм.

Если щетки теряют контакт с кольцами ротора, генератор перестает работать. Обмотка возбуждения не намагничивается, и ток не возникает.

Диоды в выпрямителе выходят из строя из-за нагрева, вызванного перегрузкой. Здесь можно сказать, что существуют генераторы с диодами неправильного размера, которые просто не служат достаточно долго. Вообще говоря, силовые диоды рассчитаны на номинальный ток с минимальным припуском.

Также имейте в виду, что диодный мост может выйти из строя в автомобиле, если вы не осветите его должным образом. Идея заключается в том, что из-за высокого потребления тока стартером и севшей батареи другого автомобиля диоды в вашем генераторе просто пропускают ток. Правильный способ прикурить сигарету в другом автомобиле следующий: подключиться к его аккумулятору, зарядить его при работающем двигателе в течение нескольких минут, затем выключить двигатель и даже вынуть ключи из замка зажигания. Только после этого пациенту можно приступать к работе.

Если неисправность в регуляторе напряжения, генератор не подает достаточного напряжения. В этом случае зарядка снова не произойдет. Кроме того, регулятор напряжения может вызвать утечку тока. Для некоторых генераторов переменного тока рекомендуется заменять регулятор напряжения через определенные промежутки времени.

В случае сбоя интервала может также произойти потеря заряда или отсутствие заряда под нагрузкой.

Проверка генератора переменного тока без машины

Неразобранный генератор переменного тока можно проверить с помощью таких вспомогательных средств, как заряженный аккумулятор и инструмент, с помощью которого можно ослабить ротор генератора (отвертка или дрель с подходящей головкой). Индикаторы – лампы – также должны быть правильно подключены. Одна лампа приблизительно указывает на наличие заряда, другая – на работоспособность регулятора напряжения.

Более точные и выборочные проверки проводятся на демонтированном и заведомо неисправном генераторе, чтобы найти конкретный неисправный компонент.

Генератор переменного тока в автомобиле проверяется с помощью мультиметра. Первое, что необходимо сделать, – измерить напряжение на самой батарее. В идеале напряжение должно быть около 12,5 вольт. После запуска двигателя напряжение аккумулятора должно быть не менее 13,8 В и не более 14,5 В.

Существует старый метод отсоединения клеммы аккумулятора при работающем двигателе. Если двигатель не глохнет, генератор в порядке. В настоящее время нельзя проверить работу генератора, отсоединив аккумулятор от клеммы при работающем автомобиле. Если вы сделаете это, то через несколько недель один из диодов выйдет из строя.

Особого внимания заслуживают генераторы переменного тока с P-D соединением (P-D клемма, “импульсное управление”). Они не имеют регулятора напряжения. Регулятор находится в ЭБУ. Отсюда же подается напряжение на обмотку возбуждения. Поэтому их невозможно проверить, подключив индикаторную лампочку и подав через нее напряжение возбуждения. Его просто некуда подключать, и возбуждение подается через силовой контакт. Такие генераторы проверяются на специальном испытательном стенде или с помощью самодельного регулятора напряжения, способного подавать импульс на обмотку ротора.

Отказы “бортовой электростанции” вызваны неправильной эксплуатацией автомобиля, исчерпанием срока службы фрикционных деталей или отказом электрической системы. Сначала проводится визуальная диагностика и выявляются необычные звуки, затем электрическая система проверяется с помощью мультиметра (тестера). Основные неисправности приведены в таблице:

Выбор правильного генератора переменного тока для вашего автомобиля

Из-за разного диаметра шкивов в клиноременной передаче генератор получает большую угловую скорость по сравнению со скоростью вращения коленчатого вала. Скорость вращения ротора достигает 12 – 14 тысяч оборотов в минуту. Поэтому срок службы генератора переменного тока составляет не менее половины срока службы двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Генератор устанавливается на заводе, поэтому при его замене выбирайте версию с такими же параметрами и такими же крепежными отверстиями. Однако при тюнинге автомобиля мощность генератора может не устроить владельца. Например, после увеличения количества потребителей (подогрев сидений, зеркал, стекол), установки сабвуфера, аудиосистемы с усилителем необходимо выбрать новый, более мощный генератор или установить второе электрическое устройство в комплекте с дополнительным аккумулятором.

В первом случае выберите мощность, достаточную для зарядки батареи с запасом в 15%. Если установить второй генератор, то первоначальный и эксплуатационный бюджет резко возрастет:

Для дополнительного генератора необходимо установить дополнительный шкив коленчатого вала;
Найдите место для установки корпуса блока так, чтобы его шкив находился в одной плоскости со шкивом коленчатого вала;
Одновременное использование двух “мобильных электростанций” – это большая проблема.

С появлением бесщеточных моделей генераторов переменного тока некоторые владельцы заменяют оригинальный блок на этот.

Бесщеточные модификации

Основным преимуществом бесщеточного генератора является его чрезвычайно долгий срок службы. Несмотря на сложную конструкцию и цену, в нем нечему ломаться, а окупаемость выше за счет отсутствия расходных материалов в виде щеток/коллекторных колец.

Компактные размеры и отсутствие коротких замыканий, вызванных попаданием воды в окрашенные или композитные обмотки, позволяют устанавливать его практически на любой автомобиль.

На низких оборотах генератор обеспечивает питанием только бортовую электросистему, зарядка аккумулятора начинается при повышении оборотов с 3000 об/мин.

Генераторы постоянного тока исчезли из легковых автомобилей в 1970-х годах из-за их сложной схемы и больших размеров.

Таким образом, работа генератора переменного тока автомобиля обеспечивает электроэнергией всех потребителей, заряжает аккумулятор и создает искру в камерах сгорания. Своевременное техническое обслуживание и диагностика снижают эксплуатационные расходы и увеличивают срок службы электроприбора.

Читайте далее:

Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
Рабочие характеристики асинхронного двигателя; Школа для электриков: электротехника и электроника.
ГОСТ 21888-82 (IEC 276-68, IEC 560-77) Щетки, щеткодержатели, коллекторы и контактные кольца электрических машин. Термины и определения (с изменениями N 1) от 30 марта 1982 года.
Асинхронный электродвигатель – конструкция, принцип работы, типы асинхронных двигателей.
Основные параметры выпрямительных диодов; Школа для инженеров-электриков: Электротехника и электроника.
Векторное и скалярное управление преобразователями частоты – принцип работы, система управления.
5 причин, почему лампочки часто перегорают в вашей квартире и что делать?.

Электрическая схема генератора бензинового и дизельного в Москве

Каждый хоть раз в жизни слышал о таком устройстве, как электростанция. Многие используют их для подключения дома к электричеству. Но мало кто задумывается, как устроено это оборудование и какая схема лежит в основе его работы.

Электрическая схема генератора представлена в основном обмоткой возбуждения, неподвижным элементом статором и ротором, который двигается с силой, при этом способен создавать сильное магнитное поле. Именно это магнитное поле, в результате переработки, превращается на электродвижущую силу, а потом в напряжение.

Так как главной в схеме есть обмотка, то в зависимости от способа ее включения различают модели с разными электрическими схемами.

1. Схема устройства с независимым возбуждением отличается тем, что в данном случае обмотка получает персональное питание от совсем другого источника. Это может быть аккумулятор или выпрямитель. В данном случае обмотка выполнена из качественных проводков малого сечения, которые накручиваются друг на друга огромное количество раз. Особенность такого устройства в том, что ток возбуждения напрямую зависит только от напряжения, что попадает на обмотку и небольшим сопротивлением цепи возбуждения. Если увеличивать нагрузку на агрегат до максимальной, то это может привести к резкому падению напряжения на выходе устройства.

2. Схема устройства с параллельным возбуждением не требует дополнительного источника, ведь в ее работе используется принцип самовозбуждения. То есть, питание обмотка получает, непосредственно, от якоря. Стоит сказать, что в этом случае устройство необходимо включать на холостой ход, пока напряжение не выровняется и не станет номинальным, только потом к нему можно подключать потребители. Если при каких-либо условиях направление движение якоря изменится, в результате этого поменяется полярность щеток и станция, вместо того, чтобы выдавать напряжение просто размагнитится.

3. Если говорить о схеме установки со смешанным возбуждением, то в нем работает как параллельная обмотка, так и последовательная. Они размещаются на одном полюсе и соединяются между собой так, чтобы их магнитные поля совпадали. Это приводит к выработке максимально точного напряжения, которое можно использовать для подключения чувствительных электрических приборов и даже сварочного аппарата. Такие обмотки идеально дополняют друг друга в работе устройства.

В основе качественной работы любого вида подобной техники лежит эффект стабильной электромагнитной индукции. В схеме присутствует медная катушка, сквозь которую проходит магнитное поле. После такой манипуляции на выводах медной катушки вспыхивает напряжение. Поэтому, чтобы получить качественный ток, необходим, в первую очередь, источник магнитного поля, а потом катушка, сквозь которую оно будет проходить. В качестве источника магнитного потока выступает ротор, что с силой двигается внутри статора и вызывает образование поля. Оно проходит сквозь медную деталь и вырабатывается напряжение, сила которого зависит от быстроты движения ротора.

Простая схема генератора постоянного тока с использованием транзистора

Многие из нас, кто работал с аналоговыми схемами , часто сталкивались с терминами источник напряжения и источник тока в схемотехнике. В то время как все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, простой выход USB 5 В или адаптер 12 В, может рассматриваться как источник напряжения, термин «источник тока» всегда остается загадкой. И многие схемы, особенно те, которые включают операционные усилители или схемы переключения, потребуют от вас использования источника постоянного тока, чтобы конструкция работала. Итак, что подразумевается под текущим источником? Как это будет работать и зачем нужно?

В этом уроке мы найдем ответы на эти вопросы , а также построим и протестируем простую схему источника постоянного тока с использованием транзистора . Схема, используемая в этом руководстве, сможет подавать постоянный ток 100 мА на вашу нагрузку, но вы можете изменить ее с помощью потенциометра в соответствии с вашими требованиями к конструкции. Интересно право! Итак, давайте начнем.

Что такое источник постоянного тока (CC)?

Обычно, когда блок питания приводит в действие нагрузку, может быть два возможных режима работы: один — режим работы постоянного напряжения (CV) , а другой — режим работы постоянного тока (CC) режим работы . .

В режиме CV источник питания поддерживает постоянное выходное напряжение и изменяет выходной ток в зависимости от сопротивления нагрузки. Лучшим примером будет ваш USB-порт 5 В, где выходное напряжение фиксировано на уровне 5 В, но в зависимости от нагрузки ток будет варьироваться. Если вы подключите маленький светодиод, он будет потреблять меньше тока, а если вы подключите больший, он будет потреблять больше тока, но напряжение на светодиоде всегда будет 5 В.

В режиме CC источник питания идеального источника тока обеспечивает постоянный выходной ток и изменяет выходное напряжение в зависимости от сопротивления нагрузки. Примером этого может служить зарядное устройство на 12 В в режиме CC, где ток зарядки будет фиксированным, а напряжение будет варьироваться. В случае, если ваша батарея имеет напряжение 10,5 В, если вы подключите ее к зарядному устройству 1 А 12 В, ваш выходной ток от зарядного устройства всегда будет 1 А, но выходное напряжение будет варьироваться, чтобы поддерживать этот зарядный ток 1 А. Так вот где Требуются цепи постоянного тока , другим примером может быть схема драйвера светодиода постоянного тока, где ток через светодиод должен быть постоянным.

Простой источник постоянного тока 100 мА с использованием транзистора

В этом проекте мы создадим простой генератор постоянного тока из транзисторов, используя только 4 компонента. Это очень недорогая схема, которая может обеспечить источник постоянного тока 100 мА с источником питания 5 В. Он также будет иметь потенциометр для управления выходным током в диапазоне от 1 до 100 мА. Он будет обеспечивать постоянный ток даже при изменении сопротивления нагрузки. Это будет полезно использовать, когда цепь нуждается в постоянном токе без колебаний. Ранее мы также построили другой тип схемы источника тока, называемый схемой токового насоса Howland, и схемой Current Mirror, вы также можете взглянуть на них, если интересно. Теперь давайте посмотрим на материалы, необходимые для этого проекта.

Требуемые материалы:

TL431

BC547

Резистор 2k 1%

Переменный резистор 10 кОм

22R 1% резистор

Адаптер постоянного тока 5 В или блок питания.

Различное сопротивление нагрузки в соответствии с требованиями.

Макет и соединительные провода

Мультиметр для тестирования.

Как указано в приведенной выше спецификации, схема состоит только из двух активных компонентов, TL431 и BC547. TL431 — это шунтовой стабилизатор, использующий опорное напряжение 2,5 В. Он поддерживает катодный ток 1-100 мА для операций, связанных с шунтированием. Корпус этого компонента такой же, как и у обычного сквозного транзистора. Другие компоненты являются пассивными компонентами. Резисторы должны иметь допуск 1% для точного выхода.

Схема цепи источника постоянного тока:
Принципиальная схема источника постоянного тока с использованием транзистора проекта показана ниже.

Приведенная выше схема полностью подключена к линии 5 В. Выходная нагрузка должна быть подключена между выходом и соединением GND. На приведенной выше схеме BC547 работает как проходной транзистор , подробнее об этом будет рассказано в разделе «Работа».

Важные расчеты для цепи постоянного тока
Выходной ток вышеуказанной цепи зависит от приведенной ниже формулы, которую можно использовать для расчета выходного тока цепи источника постоянного тока.

I _{out =} V _ref /R4 + I _KA

Для этой схемы

I _{вых = 100 мА} (0,100 А) В _{ссылка =} 2,5 В I _KA = 1 мА (0,001 А) [Примечание: минимальный ток смещения]

Итак,

I _из = V _исх. /R4 + I _KA 0,100 = 2,5/R4 + 0,001 0,100 - 0,001 = 2,5/R4 R4 = 2,5/0,099 R4 = 25 Ом (приблизительно)

Доступное минимальное значение сопротивления R4 составляет 22 Ом. Теперь значение переменного резистора или потенциометра можно найти по той же формуле. Раньше максимально доступный ток 100 мА достигался резистором 22 Ом. На этот раз потенциометр уменьшит выходной ток до минимального уровня.

Поскольку минимальный катодный ток, необходимый для TL431, составляет 1 мА, лучше предположить, что наименьший ток будет равен 2 мА. Следовательно, по той же формуле

I _из = V _исх. /VR ₁ + I _KA 0,002 = 2,5/VR ₁ + 0,001 0,002 - 0,001 = 2,5/VR ₁ 0,001 = 2,5/VR ₁ VR ₁ = 2,5K

Таким образом, для управления током можно использовать потенциометр с наименьшим ближайшим значением 2,2k. Последний расчет заключается в вычислении значения резистора смещения R1 с использованием приведенных ниже формул.

R1 = V _в /(I _вых /hFE + I _KA )

Для этой цепи

Io _ут = 100 мА (0,100 А) В _в = 5В hFE = 100 (максимум) IKA = 1 мА (0,001 А) [Примечание: минимальный ток смещения] R1 = V _in /(I _out /hFE + I _KA ) R1 = 5/(0,100/100 + 0,001) R1 = 2,5 кОм

Таким образом, доступное наименьшее близкое значение R1 может быть 2,2 кОм.

Работа цепи постоянного тока:
Транзистор BC547 действует как проходной транзистор , который управляется резистором смещения R1 и шунтирующим регулятором TL431. База транзистора фактически соединена с делителем тока . Эта схема делителя тока выполнена с использованием резистора смещения и шунтирующего регулятора. TL431 регулирует постоянный ток, воспринимая опорное напряжение и управляя проходным транзистором BC547. Схема построена на макетной плате, как показано ниже.

Проверка цепи источника постоянного тока
Когда плата готова, я включил свою схему с помощью источника постоянного тока 5 В и начал ее тестирование. Я использовал разные нагрузки (разные номиналы резисторов) на выходе и следил за тем, чтобы ток всегда оставался постоянным. Я использовал свой мультиметр для измерения выходного тока моей схемы, и он всегда составлял около 100 мА, как показано на рисунке ниже.

Полное видео тестирования можно найти внизу этой страницы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или используйте форумы для других технических вопросов.

Применение цепей источников постоянного тока
В системе светодиодного освещения источник постоянного тока требуется для операций, связанных с управлением светодиодами. Как и в портативных устройствах, в схемах зарядки аккумуляторов используются источники постоянного тока. Небольшой список приложений, в которых используется источник постоянного тока, приведен ниже

Усилительная система.

Солнечные системы

Электромагниты

Система двигателя для постоянной скорости.

Датчики Холла

.

Цепи регулятора смещения стабилитронов.

Способы создания и использования цепей постоянного тока

Мы часто сталкивались с источником напряжения и источником тока при проектировании схем, когда работали с аналоговыми цепями. Источники напряжения — это все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, стандартный выход USB 5 В или адаптер 12 В; однако текущие источники немного более загадочны. Некоторые схемы, особенно с операционными усилителями и коммутационными схемами, потребуют от вас использования источника постоянного тока. Что такое цепь постоянного тока? Что он делает и зачем он нам нужен?

Ниже мы ответим на эти и некоторые другие вопросы, которые могут у вас возникнуть, такие как изменение температуры, схемы с транзистором и приложения для этого конкретного тока.

1. Что такое цепь постоянного тока?

(схема управляет резистором и создает напряжение)

Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Current_source#/media/File:Ohms_law_current_source.svg

Это источник питания, который поддерживает постоянный ток нагрузки, несмотря на изменения и колебания сопротивления нагрузки. Другими словами, источник постоянного тока обеспечивает постоянный выходной ток независимо от сопротивления нагрузки.

Таким образом, источник постоянного тока ценен для подачи постоянного тока независимо от любых изменений сопротивления, даже при значительных отклонениях сопротивления. В цепях с постоянными требованиями к току это полезно.

2. Как работает источник постоянного тока?

(светодиодный источник света)

https://en.wikipedia.org/wiki/Current_source#/media/File:Const_cur_src_113.svg

9 0002 Электрогенераторы с источниками постоянного тока имеют высокое внутреннее сопротивление по сравнению с их нагрузками с высоким сопротивлением. Он может поддерживать непрерывный ток даже при нагрузке, сопротивление которой колеблется в широких пределах, так как его внутреннее сопротивление велико.

Соответственно, источник постоянного тока работает в соответствии с делением тока. Из-за высокого внутреннего сопротивления и низкого сопротивления нагрузки ток проходит по кратчайшему пути с наименьшим сопротивлением. Ток течет от источника тока (с высоким внутренним сопротивлением) к нагрузке с меньшим сопротивлением.

3. Способы построения цепей постоянного тока

Транзисторный активный источник постоянного тока Основы

9000 2

(Уравнение для приведенного ниже примера решения схемы с напряжением батареи 5)

В приведенном выше уравнении мы используем значение мА, равное 100. Схема обеспечивает постоянный ток 100 мА с использованием источника питания 5 В. Кроме того, он будет иметь потенциометр для управления последним выходным сигналом от одного до ста мА. Несмотря на изменения сопротивления нагрузки, он будет поддерживать постоянный ток. Это можно использовать в цепях, которым требуется постоянная подача тока без колебаний.

Простая стабилизированная схема источника рабочего тока

(Это цепь активного источника тока на транзисторе.)

Любые проблемы с током, возникающие из-за изменений в источнике, легко устранить. напряжения путем изменения нескольких электронных компонентов в первичной цепи активного устройства. В качестве альтернативы вы можете использовать диод опорного напряжения или стабилитрон вместо R1.

Цепь постоянного тока LM334, TL431 и LM317

(Это схема источника постоянного тока, в которой используется регулятор напряжения LM317)

Один из самых стабильных источников постоянного тока — LM344. Этот источник тока имеет три клеммы и может работать при уровне тока от 1 мкА до 10 мА, что определяется сбросом внешнего резистора. Как надежный двухконтактный источник тока, он не требует подключения дополнительных компонентов питания. Кроме того, он может работать как датчик температуры. К сожалению, LM334 может выдавать только 10 мА.

Помимо того, что LM317 является регулятором напряжения, он также является стабильным источником постоянного тока. Можно создать максимальный ток 1 ампер, используя только три контакта.

Небольшие упаковки TO-92 обычно содержат часть TL431. TL431A можно рассматривать как переменную с температурной компенсацией, и это устройство также может функционировать как источник постоянного тока и опорное/источник напряжения.

Не забывайте всегда измерять входное напряжение, переключающие узлы, а также выходное напряжение перед использованием.

4. Цепь постоянного тока, зависящая от температуры в некоторой степени от температуры, которая является одним из их основные недостатки. Хотя это, вероятно, не имеет большого значения для многих приложений, температурные характеристики будут иметь решающее значение для контроля окружающей среды.

Изменения происходят двумя основными способами:

Влияние температуры на изменения Vbe

Температура на Vbe составляет приблизительно -2 мВ/°C, и изменение Vce обусловлено этим. Следующее соотношение является приблизительным: *Vbe приблизительно равно -0,0001ΔVce. Имейте в виду, что схема чувствительна к изменениям температуры окружающей среды.

Рекомендуется использовать достаточно большое сопротивление эмиттерного резистора. Это связано с тем, что сделка гарантирует изменение напряжения эмиттера менее чем на десятки милливольт. И это также влияет только на долю общего напряжения эмиттера. Для того чтобы коллекторы все еще имели достаточное напряжение между собой, важно, чтобы оба тока проходили через них и чтобы колебания напряжения питания адекватно поглощались.

Температура и колебания β

Когда транзистор имеет значение β / Hfe, это может не быть серьезной проблемой. При этом влияние тока базы на эмиттерный ток уменьшается, и вариация уменьшается в наибольшей степени.

5. Применение цепи постоянного тока

Для операций, связанных с управлением светодиодами в системе светодиодного освещения, должен быть источник постоянного тока. Вы используете источник постоянного тока в цепях зарядки аккумуляторов, а также в портативных устройствах. Вы будете использовать источник постоянного тока в нескольких приложениях, в том числе:

Системы для усиления звука.

Система солнечной энергетики.

Электромагнитные поля.

Двигатель, поддерживающий постоянную скорость.

Датчики, измеряющие эффект Холла.

Цепь регулятора смещения стабилитрона

Заключительные мысли

Схема источника постоянного тока состоит из источника постоянного тока, подключенного к нагрузке, которую он питает, и представляет собой схему, зависящую от температуры.