Ein Wechselstromgenerator ist ein elektromechanisches Gerät, das mechanische Energie zur elektrischen Energie in der Form des Wechselstroms umwandelt.

Die meisten Wechselstromgeneratoren verwenden rotierende magnetische geradlinige, aber Feldwechselstromgeneratoren werden gelegentlich verwendet. Im Prinzip kann jeder AC elektrische Generator einen Wechselstromgenerator genannt werden, aber gewöhnlich bezieht sich das Wort auf kleine rotierende durch selbstfahrende und andere innere Verbrennungsmotoren gesteuerte Maschinen. Wechselstromgeneratoren in durch Dampfturbinen gesteuerten Kraftwerken werden Turbowechselstromgeneratoren genannt.

Geschichte

Wechselstrom-Erzeugen-Systeme waren in einfachen Formen von der Entdeckung der magnetischen Induktion des elektrischen Stroms bekannt. Die frühen Maschinen wurden von Pionieren wie Michael Faraday und Hippolyte Pixii entwickelt.

Faraday hat das "rotierende Rechteck" entwickelt, wessen Operation mehrpolig war - ist jeder energische Leiter nacheinander durch Gebiete gegangen, wo das magnetische Feld in entgegengesetzten Richtungen war. Die erste öffentliche Demonstration eines robusteren "Wechselstromgenerator-Systems" hat 1886 stattgefunden. Große zweiphasige Wechselstrom-Generatoren wurden von einem britischen Elektriker, J.E.H. Gordon 1882 gebaut. Herr Kelvin und Sebastian Ferranti haben auch frühe Wechselstromgeneratoren entwickelt, Frequenzen zwischen 100 und 300 Hz erzeugend. 1891 hat Nikola Tesla einen praktischen "Hochfrequenz"-Wechselstromgenerator patentiert (der ungefähr 15 Kilohertz bedient hat). Nach 1891 wurden Polyphase-Wechselstromgeneratoren in Versorgungsströme von vielfachen sich unterscheidenden Phasen eingeführt. Spätere Wechselstromgeneratoren wurden entworfen, um Wechselstrom-Frequenzen zwischen sechzehn und ungefähr hundert Hertz, für den Gebrauch mit der Kreisbogen-Beleuchtung, der Glühbeleuchtung und den elektrischen Motoren zu ändern.

Grundsatz der Operation

Wechselstromgeneratoren erzeugen Elektrizität mit demselben Grundsatz wie Gleichstrom-Generatoren nämlich, wenn sich das magnetische Feld um einen Leiter ändert, wird ein Strom im Leiter veranlasst. Gewöhnlich dreht sich ein rotierender Magnet, genannt den Rotor innerhalb eines stationären Satzes der Leiter-Wunde in Rollen auf einem Eisenkern, genannt den Statoren. Die Feldkürzungen über die Leiter, einen veranlassten EMF (elektromotorische Kraft) erzeugend, weil der mechanische Eingang den Rotor veranlasst sich zu drehen.

Das rotierende magnetische Feld veranlasst eine AC Stromspannung im Statoren windings. Häufig gibt es drei Sätze des Statoren windings, physisch Ausgleich, so dass das rotierende magnetische Feld einen drei Phase-Strom erzeugt, der durch ein Drittel einer Periode in Bezug auf einander versetzt ist.

Das magnetische Feld des Rotors kann durch die Induktion (als in einem "bürstenlosen" Wechselstromgenerator), durch dauerhafte Magnete (als in sehr kleinen Maschinen), oder durch ein Rotor-Winden erzeugt werden, das mit dem direkten Strom durch Gleitringe und Bürsten gekräftigt ist. Das magnetische Feld des Rotors kann sogar durch das stationäre Feldwinden mit bewegenden Polen im Rotor zur Verfügung gestellt werden. Automobilwechselstromgeneratoren verwenden unveränderlich ein Rotor-Winden, das Kontrolle der erzeugten Stromspannung des Wechselstromgenerators durch das Verändern des Stroms im Rotor-Feldwinden erlaubt. Dauerhafte Magnet-Maschinen vermeiden den Verlust wegen des Magnetisierens des Stroms im Rotor, aber werden in der Größe wegen der Kosten des Magnet-Materials eingeschränkt. Da das dauerhafte Magnet-Feld unveränderlich ist, ändert sich die Endstromspannung direkt mit der Geschwindigkeit des Generators. Bürstenlose AC Generatoren sind gewöhnlich größere Maschinen als diejenigen, die in Automobilanwendungen verwendet sind.

Ein automatisches Stromspannungskontrollgerät kontrolliert den Feldstrom, um Produktionsstromspannung unveränderlich zu halten. Wenn die Produktionsstromspannung von den stationären Armatur-Rollen wegen einer Zunahme in der Nachfrage fällt, aktueller wird in die rotierenden Feldrollen durch den Stromspannungsgangregler (VR) gefüttert. Das vergrößert das magnetische Feld um die Feldrollen, das eine größere Stromspannung in den Armatur-Rollen veranlasst. So wird die Produktionsstromspannung bis zu seinem ursprünglichen Wert zurückgebracht.

In Hauptkraftwerken verwendete Wechselstromgeneratoren können auch den Feldstrom kontrollieren, um reaktive Macht zu regeln und zu helfen, das Macht-System gegen die Effekten von kurzen Schulden zu stabilisieren.

Gleichzeitige Geschwindigkeiten

Die Produktionsfrequenz eines Wechselstromgenerators hängt von der Zahl von Polen und der Rotationsgeschwindigkeit ab. Die Geschwindigkeit entsprechend einer besonderen Frequenz wird die gleichzeitige Geschwindigkeit nach dieser Frequenz genannt. Dieser Tisch führt einige Beispiele an:

Schlüssel

• Rotationsgeschwindigkeiten werden in Revolutionen pro Minute (RPM) gegeben
• Frequenzen werden im Hertz (Hz) gegeben

Mehr allgemein wird ein Zyklus des Wechselstroms jedes Mal erzeugt, wenn ein Paar von Feldpolen einen Punkt auf dem stationären Winden überträgt. Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Frequenz ist, wo die Frequenz im Hz (Zyklen pro Sekunde) ist. ist die Zahl von Polen (2,4,6...) und ist die Rotationsgeschwindigkeit in Revolutionen pro Minute (RPM). Sehr alte Beschreibungen von Wechselstrom-Systemen geben manchmal die Frequenz in Bezug auf Wechsel pro Minute, jeden Halbzyklus als ein Wechsel aufzählend; so 12,000 Wechsel pro Minute entspricht 100 Hz.

Automobilwechselstromgeneratoren

Wechselstromgeneratoren werden in modernen Automobilen verwendet, um die Batterie zu beladen und das elektrische System anzutreiben, wenn sein Motor läuft. Bis zu den 1970er Jahren haben Automobile Gleichstrom-Dynamo-Generatoren mit Umschaltern verwendet. Mit der Verfügbarkeit von erschwinglichen Silikondiode-Berichtigern wurden Wechselstromgeneratoren stattdessen verwendet. Wechselstromgeneratoren haben mehrere Vorteile gegenüber direkt-aktuellen Generatoren. Sie sind leichter, preiswerter und rauer. Sie verwenden Gleitringe, die außerordentlich erweitertes Pinselleben über einen Umschalter zur Verfügung stellen. Die Bürsten in einem Wechselstromgenerator tragen nur Erregungsstrom, einen kleinen Bruchteil des durch die Bürsten eines Gleichstrom-Generators getragenen Stroms, die die komplette Produktion des Generators tragen. Eine Reihe von Berichtigern (Diode-Brücke) ist erforderlich, AC zum Gleichstrom umzuwandeln. Um direkten Strom mit der niedrigen Kräuselung zu versorgen, wird ein dreiphasiges Winden verwendet, und die Pol-Stücke des Rotors werden (Klaue-Pol) gestaltet, um eine Wellenform zu erzeugen, die einer Quadratwelle statt eines sinusoid ähnlich ist. Automobilwechselstromgeneratoren sind gewöhnlich Riemen, der an 2-die Kurbelwelle-Geschwindigkeit von 3 Malen gesteuert ist. Der Wechselstromgenerator läuft an verschiedenem RPM (der die Frequenz ändert), da es durch den Motor gesteuert wird. Das ist nicht ein Problem, weil der Wechselstrom berichtigt wird, um Strom zu leiten.

Typisches Personenfahrzeug und leichte Lastwagen-Wechselstromgeneratoren verwenden Lundell oder Feldaufbau des Klaue-Pols, wo die Feld-Nord- und Südpole alle durch ein einzelnes Winden mit den Polen gekräftigt werden, die aussehen, dass Finger von zwei Händen mit einander ineinander gegriffen sind. Größere Fahrzeuge können größeren Maschinen ähnliche Wechselstromgeneratoren des hervorspringenden Pols haben.

Automobilwechselstromgeneratoren verlangen einen Stromspannungsgangregler, der durch das Modulieren des kleinen Feldstroms funktioniert, um eine unveränderliche Stromspannung an den Batterieterminals zu erzeugen. Frühe Designs (die C.1960s-1970er-Jahre) haben ein getrenntes Gerät bestiegen anderswohin im Fahrzeug verwendet. Zwischendesigns (die C.1970s-1990er-Jahre) haben den Stromspannungsgangregler in die Wechselstromgenerator-Unterkunft vereinigt. Moderne Designs beseitigen den Stromspannungsgangregler zusammen; Stromspannungsregulierung ist jetzt eine Funktion der elektronischen Kontrolleinheit (ECU). Der Feldstrom ist viel kleiner als der Produktionsstrom des Wechselstromgenerators; zum Beispiel können 70 Ein Wechselstromgenerator nur 7 des Feldstroms brauchen. Der Feldstrom wird dem Rotor windings durch Gleitringe geliefert. Die niedrigen aktuellen und relativ glatten Gleitringe sichern größere Zuverlässigkeit und längeres Leben als das, das durch einen Gleichstrom-Generator mit seinem Umschalter und höherem Strom erhalten ist, der durch seine Bürsten wird passiert.

Das Feld windings ist am Anfang gelieferte Macht von der Batterie über den Zünden-Schalter und "Anklage"-Warnungshinweis (der ist, warum der Hinweis auf ist, wenn das Zünden auf ist, aber der Motor läuft nicht). Sobald der Motor läuft und der Wechselstromgenerator Macht erzeugt, füttert eine Diode den Feldstrom vom Wechselstromgenerator Hauptproduktion, die die Stromspannung über den Warnungshinweis gleichmacht, der abgeht. Die Leitung, die den Feldstrom liefert, wird häufig die "Erreger"-Leitung genannt. Der Nachteil dieser Einordnung besteht darin, dass, wenn die Warnungslampe ausbrennt oder die "Erreger"-Leitung getrennt wird, erreicht kein Strom das Feld windings, und der Wechselstromgenerator wird Macht nicht erzeugen. Einige Warnungsanzeigestromkreise werden mit einem Widerstand in der Parallele mit der Lampe ausgestattet, die Erregungsstrom erlauben zu fließen, wenn die Warnungslampe ausbrennt. Der Fahrer sollte überprüfen, dass der Warnungshinweis auf ist, wenn der Motor angehalten wird; sonst könnte es keine Anzeige eines Misserfolgs des Riemens geben, der auch die kühl werdende Wasserpumpe steuern kann. Einige Wechselstromgeneratoren werden selbsterregen, wenn der Motor mit einer bestimmten Geschwindigkeit reicht.

Ältere Automobile mit der minimalen Beleuchtung können einen Wechselstromgenerator gehabt haben, der dazu fähig ist, nur 30A zu erzeugen. Typischer Personenkraftwagen und leichte Lastwagen-Wechselstromgeneratoren werden um den 50-70A abgeschätzt, obwohl höhere Einschaltquoten mehr üblich werden, besonders wenn es mehr Last auf dem elektrischen System des Fahrzeugs mit der Klimatisierung, der elektrischen Servolenkung und den anderen elektrischen Systemen gibt. Sehr große Wechselstromgeneratoren, die auf Bussen, schwerer Ausrüstung oder Notfahrzeugen verwendet sind, können 300 Ampere erzeugen. Halblastwagen haben gewöhnlich Wechselstromgeneratoren der Produktion 140A. Sehr große Wechselstromgeneratoren können wasserabgekühlt oder ölabgekühlt werden.

In den letzten Jahren werden Wechselstromgenerator-Gangregler mit dem Computersystem des Fahrzeugs und verschiedenen Faktoren einschließlich der beim Aufnahme-Lufttemperatur-Sensor erhaltenen Lufttemperatur verbunden, Batterietemperatursensor und Motorlast werden in der Anpassung der durch den Wechselstromgenerator gelieferten Stromspannung bewertet.

Die Leistungsfähigkeit von Automobilwechselstromgeneratoren wird vom Anhänger beschränkt, der Verlust abkühlt, Verlust, Eisenverlust, Kupferverlust und den Spannungsabfall in den Diode-Brücken tragend. An der teilweisen Last ist Leistungsfähigkeit zwischen 50-62 % abhängig von der Größe des Wechselstromgenerators und ändert sich mit der Wechselstromgenerator-Geschwindigkeit. Das ist sehr kleinen dauerhaften Hochleistungsmagnet-Wechselstromgeneratoren, wie diejenigen ähnlich, die für Rad-Beleuchtungssysteme verwendet sind, die eine Leistungsfähigkeit ungefähr 60 % erreichen. Größere dauerhafte Magnet-Wechselstromgeneratoren können höhere Wirksamkeit erreichen. Große AC in Kraftwerken verwendete Generatoren laufen mit sorgfältig kontrollierten Geschwindigkeiten und haben keine Einschränkungen auf die Größe oder das Gewicht. Sie haben viel höhere Wirksamkeit, nicht weniger als 98 %.

Hybride Automobile ersetzen den getrennten Wechselstromgenerator und Anlassmotoren mit ein oder mehr vereinigter Motor (En)/Generator (M/Gs), die den inneren Verbrennungsmotor anfangen, einigen oder der ganzen mechanischen Macht zu den Rädern zur Verfügung stellen, und einen großen Akku beladen. Wenn mehr als ein M/G, als in der Hybrid Synergy Drive da ist, die im Toyota Prius und anderen verwendet ist, kann man als ein Generator funktionieren und den anderen als ein Motor füttern, einen elektromechanischen Pfad für etwas von der Motormacht zur Verfügung stellend, in die Räder zu fließen. Diese Motor/Generatoren haben beträchtlich stärkere elektronische Geräte für ihre Kontrolle als der Automobilwechselstromgenerator, der oben beschrieben ist.

Theorie der Operation

Wechselstromgeneratoren erzeugen Elektrizität durch denselben Grundsatz wie Gleichstrom-Generatoren nämlich, wenn sich das magnetische Feld um einen Leiter ändert, wird ein Strom im Leiter veranlasst. Gewöhnlich hat ein rotierender Magnet die Rotor-Umdrehungen innerhalb eines stationären Satzes der Leiter-Wunde in Rollen auf einem Eisenkern, genannt den Statoren genannt. Die Feldkürzungen über die Leiter, einen elektrischen Strom erzeugend, weil der mechanische Eingang den Rotor veranlasst sich zu drehen.

Der Rotor magnetisches Feld kann durch die Induktion (in einem "bürstenlosen" Wechselstromgenerator), durch dauerhafte Magnete (in sehr kleinen Maschinen), oder durch ein Rotor-Winden erzeugt werden, das mit dem direkten Strom durch Gleitringe und Bürsten gekräftigt ist. Der Rotor magnetisches Feld kann sogar durch das stationäre Feldwinden mit bewegenden Polen im Rotor zur Verfügung gestellt werden. Automobilwechselstromgeneratoren verwenden unveränderlich ein Rotor-Winden, das Kontrolle der erzeugten Stromspannung des Wechselstromgenerators durch das Verändern des Stroms im Rotor-Feldwinden erlaubt. Dauerhafte Magnet-Maschinen vermeiden den Verlust wegen des Magnetisierens des Stroms im Rotor, aber werden in der Größe infolge der Kosten des Magnet-Materials eingeschränkt. Da das dauerhafte Magnet-Feld unveränderlich ist, ändert sich die Endstromspannung direkt mit der Geschwindigkeit des Generators. Bürstenlose AC Generatoren sind gewöhnlich größere Maschinen als diejenigen, die in Automobilanwendungen verwendet sind.

Ein rotierendes magnetisches Feld ist ein magnetisches Feld, das regelmäßig Richtung ändert. Das ist ein Schlüsselgrundsatz zur Operation des Wechselstrom-Motors. 1882 hat Nikola Tesla das Konzept des rotierenden magnetischen Feldes identifiziert. 1885 hat Galileo Ferraris unabhängig das Konzept erforscht. 1888 hat Tesla für seine Arbeit gewonnen. Auch 1888 hat Ferraris seine Forschung in einer Zeitung zur Königlichen Akademie von Wissenschaften in Turin veröffentlicht.

Ein symmetrisches rotierendes magnetisches Feld kann mit nur drei Rollen erzeugt werden. Drei Rollen werden durch ein symmetrisches 3-phasiges AC Sinus-Strom-System gesteuert werden müssen, so wird jede Phase 120 Grade in der Phase von anderen ausgewechselt. Zum Zweck dieses Beispiels wird magnetisches Feld genommen, um die geradlinige Funktion des Stroms der Rolle zu sein.

Das Ergebnis, drei 120 Grade hinzuzufügen, hat aufeinander abgestimmt Sinus-Wellen auf der Achse des Motors ist ein einzelner rotierender Vektor. Der Rotor (ein unveränderliches magnetisches Feld habend, das durch den Gleichstrom-Strom oder einen dauerhaften Magnet gesteuert ist), wird versuchen, solche Position zu nehmen, dass der N Pol des Rotors dem S Pol des magnetischen Feldes des Statoren, und umgekehrt angepasst wird. Diese mit dem Magnetzünder mechanische Kraft wird Rotor steuern, rotierendem magnetischem Feld auf eine gleichzeitige Weise zu folgen.

Ein dauerhafter Magnet in solch einem Feld wird rotieren, um seine Anordnung mit dem Außenfeld aufrechtzuerhalten. Diese Wirkung wurde im frühen Wechselstrom elektrische Motoren verwertet. Ein rotierendes magnetisches Feld kann mit zwei orthogonalen Rollen mit 90 Grad-Phase-Unterschied in ihren AC Strömen gebaut werden. Jedoch in der Praxis würde solch ein System durch eine Drei-Leitungen-Einordnung mit ungleichen Strömen geliefert. Diese Ungleichheit würde ernste Probleme in der Standardisierung der Leiter-Größe verursachen und es zu überwinden, dreiphasige Systeme werden verwendet, wo die drei Ströme im Umfang gleich sind und 120 Grad-Phase-Unterschied haben. Drei ähnliche Rollen, die gegenseitige geometrische Winkel von 120 Graden haben, werden das rotierende magnetische Feld in diesem Fall schaffen. Die Fähigkeit des drei Phase-Systems, ein rotierendes in elektrischen Motoren verwertetes Feld zu schaffen, ist einer der Hauptgründe, warum drei Phase-Systeme in den elektrischen Weltmacht-Versorgungssystemen vorgeherrscht haben.

Weil sich Magnete mit der Zeit, den gleichzeitigen Motoren und dem Induktionsmotorgebrauch gekurzschlossene Rotoren (statt eines Magnets) im Anschluss an ein rotierendes magnetisches Feld des mehraufgerollten Statoren abbauen. (Kurze umkreiste Umdrehungen des Rotors entwickeln Wirbel-Ströme im rotierenden Feld des Statoren, die (Ströme) der Reihe nach den Rotor durch die Kraft von Lorentz bewegen).

Bemerken Sie, dass das rotierende magnetische Feld wirklich durch zwei Rollen, mit Phasen ausgewechselt 90 Grade erzeugt werden kann. Im Falle dass zwei Phasen des Sinus-Stroms nur verfügbar sind, werden vier Pole allgemein verwendet.

Seewechselstromgeneratoren

In Jachten verwendete Seewechselstromgeneratoren sind Automobilwechselstromgeneratoren mit passenden Anpassungen an die Salzwasserumgebung ähnlich. Seewechselstromgeneratoren werden entworfen, um Explosionsbeweis zu sein, so dass Funken sprühende Bürste explosive Gasmischungen in einer Maschinenraum-Umgebung nicht entzünden wird. Sie können 12 oder 24 Volt abhängig vom Typ des installierten Systems sein. Größerer Seediesel kann zwei oder mehr Wechselstromgeneratoren haben, um mit der schweren elektrischen Nachfrage einer modernen Jacht fertig zu werden. Auf einzelnen Wechselstromgenerator-Stromkreisen wird die Macht zwischen dem Motor Startbatterie und der Innenbatterie oder der Hausbatterie (oder den Batterien) durch den Gebrauch einer Diode der Spalt-Anklage (Batterie isolator) oder ein mechanischer Schalter gespalten. Weil der Wechselstromgenerator nur Macht erzeugt, wenn er läuft, werden Motorbedienungsfelder normalerweise direkt vom Wechselstromgenerator mittels eines Hilfsterminals gefüttert. Andere typische Verbindungen sind für Anklage-Kontrollstromkreise.

Bürstenlose Wechselstromgeneratoren

Ein bürstenloser Wechselstromgenerator wird aus zwei Wechselstromgeneratoren gebaut der Länge nach auf einer Welle zusammengesetzt. Kleinere bürstenlose Wechselstromgeneratoren können wie eine Einheit aussehen, aber die zwei Teile sind auf den großen Versionen sogleich identifizierbar. Die größere von den zwei Abteilungen ist der Hauptwechselstromgenerator, und der kleinere ist der Erreger. Der Erreger hat stationäre Feldrollen und eine rotierende Armatur (Macht-Rollen). Der Hauptwechselstromgenerator verwendet die entgegengesetzte Konfiguration mit einer rotierenden stationären und Feldarmatur. Ein Brücke-Berichtiger, genannt den rotierenden Berichtiger-Zusammenbau, wird auf einem dem Rotor beigefügten Teller bestiegen. Weder Bürsten noch Gleitringe werden verwendet, der die Anzahl vermindert, Teile zu tragen. Der Hauptwechselstromgenerator hat ein rotierendes Feld, wie beschrieben, oben und eine stationäre Armatur (Energieerzeugung windings).

Das Verändern des Betrags des Stroms durch die stationären Erreger-Feldrollen ändert die 3-phasige Produktion vom Erreger. Diese Produktion wird durch einen rotierenden Berichtiger-Zusammenbau berichtigt, der auf dem Rotor bestiegen ist, und der resultierende Gleichstrom liefert das rotierende Feld des Hauptwechselstromgenerators und folglich der Wechselstromgenerator-Produktion. Das Ergebnis von all dem besteht darin, dass ein kleiner Gleichstrom-Erreger-Strom indirekt die Produktion des Hauptwechselstromgenerators kontrolliert.

Radiowechselstromgeneratoren

Hohe Frequenzwechselstromgeneratoren des Typs des variablen Widerwillens wurden gewerblich auf die Radioübertragung in den niederfrequenten Wellenbereichen angewandt. Diese wurden für die Übertragung des Morsezeichen-Codes und, experimentell, für die Übertragung der Stimme und Musik verwendet.

Siehe auch

• Elektrischer Generator, als in vor1960 Autos
• Induktionsgenerator, mit der regelmäßigen Induktion (asynchroner) Motor
• Der Dynamo von Jedlik
• Geradliniger Wechselstromgenerator

Referenzen

• Thompson, Sylvanus P., mit dem Dynamo elektrische Maschinerie, Ein Handbuch für Studenten von Electrotechnics, Teil 1, Collier and Sons, New York, 1902
• Weiß, Thomas H., "Entwicklung des Wechselstromgenerator-Senders (1891-1920)". EarlyRadioHistory.us.

Links

• Wechselstromgeneratoren. Das einheitliche Veröffentlichen (TPub.com).
• Niedriger-RPM Holzwechselstromgenerator. ForceField, das Fort Collins, Colorado, die USA.
• Das Verstehen von 3 Phase-Wechselstromgeneratoren. WindStuffNow.
• Wechselstromgenerator, Kreisbogen und Funken. Die ersten Radiosender. Die G0UTY Einstiegsseite.