Техническое использование переменного тока.

Генераторы постоянного тока долгое время были единственным типом источников электрической энергии, применявшихся для питания потребителей и заряда аккумуляторной батареи на автомобилях.

В обмотке якоря генератора постоянного тока индуктируется ток переменного направления (переменный ток), который затем преобразуется в ток постоянного направления (постоянный ток) коллектором. Коллектор, таким образом, играет 'роль выпрямителя. Однако процесс выпрямления тока коллектором связан с искрением под щетками, которое вызывает повышенный износ коллектора и щеток, особенно при большой частоте вращения якоря.

С увеличением мощности и количества потребителей электрической энергии на автомобиле размеры и масса генераторов постоянного тока настолько возросли, что размещать их на двигателях стало трудно, а повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя и передаточного числа привода генератора уве-личило износ коллектора и щеток. В связи с этим вместо генераторов постоянного тока стали применять автомобильные генераторы переменного тока, в которых преобразование переменного тока в постоянный осуществляется полупроводниковыми выпрямителями. Комплектно с генераторами переменного тока спроек-тированы и внедрены в производство новые системы регулирования напряжения вместо прежних вибрационных электромагнитных регуляторов напряжения. К ним относятся контактно-транзисторные и бесконтактные транзисторные регуляторы напряжения.

В последние годы разработаны и освоены в производстве бесконтактные транзисторные регуляторы напряжения на интегральных схемах, очень малые габариты которых позволяют встроить их в генератор.

Комплект генератора постоянного тока с реле-регулятором или регулятором напряжения, а также комплект генератора переменного тока с выпрямителем и регулятором напряжения будем называть генераторной установкой.

Генераторные установки переменного тока обладают рядом преимуществ по сравнению с генераторными установками постоянного тока.

В генераторе переменного тока отсутствуют коллектор и щетки, снимающие с коллекторных пластин весь ток нагрузки. Вместо них имеются контактные кольца и щетки, служащие для подвода во вращающуюся обмотку лишь небольшого по величине тока возбуждения генератора. Поэтому износ контактных колец и щеток невелик. В транзисторных регуляторах напряжения вообще нет вибрационных контактов, а в контактно-транзисторных регуляторах напряжения вибрационные контакты значительно разгружены и разрывают лишь небольшой ток.

Все это увеличивает срок службы генераторной установки переменного тока почти вдвое по сравнению с генераторной установкой постоянного тока, а повышение срока службы генераторной установки снижает стоимость эксплуатационных затрат.

Сосредоточенная цилиндрическая обмотка возбуждения и клювообразные полюса ротора автомобильного генератора переменного тока, а также отсутствие коллектора дают возможность при равных габаритных размерах получить большую мощность и сократить расход меди в 3 раза по сравнению с генераторами постоянного тока. Более низкая частота вращения начала отдачи генератора переменного тока обеспечивает лучший заряд аккумуляторной батареи в условиях эксплуатации автомобиля в городских условиях.

Первые автомобильные генераторы переменного тока были спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрямителями и вибрационными регуляторами напряжения. Селеновые выпрямители громоздки и их приходилось размещать отдельно от генератора в местах, обеспечивающих их хорошее охлаждение, из-за чего требовалась дополнительная проводка от генератора к выпрямителю. Кроме того, они недостаточно теплостойки и допускают максимальную рабочую температуру не выше +80°С. Поэтому селеновые выпрямители в дальнейшем были заменены кремниевыми выпрямителями, более теплостойкими и малогаба-ритными, допускающими их размещение внутри генератора. Вибрационные регуляторы напряжения также заменяются контактно-транзисторными и бесконтактными регуляторами напряжения.

В настоящее время закончен перевод всех типов отечественных автомобилей на комплектацию генераторными установками переменного тока. Мощность генераторных установок для массовых автомобилей увеличилась более чем в 2 раза — с 250 Вт до 500—1000 Вт; ресурс увеличен со 100—150 до 150—300 тыс. км. Начат выпуск генераторов для автобусов ПАЗ и КАвЗ с встроенным выпрямительным блоком и встроенным интегральным регулятором напряжения. В дальнейшем все типы автомобильных генераторов будут иметь встроенные выпрямители и регуляторы напряжения. Развитие применения этих новых конструкций требует изучения принципов работы, характеристик, правил эксплуатации и ремонта автомобильных генераторов переменного тока.

22. Электрический ток и магнитное поле и их примение в технике и технологиях. Напряженность магнитного поля и закон полного тока. Энергия магнитного поля.

Электрический ток, упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Магнитное поле постоянного электрического тока и постоянного магнита.

Вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле. Движущиеся электрические заряды и изменяющиеся электрические поля создают в окружающем пространстве магнитное поле. Через магнитное поле осуществляются взаимодействия электрических токов, постоянных магнитов и токов с магнитами. Электрические взаимодействия токов пренебрежимо малы по сравнению с их магнитными взаимодействиями.

В современной физике магнитное поле характеризуют векторной величиной, называемой магнитной индукцией B, точное определение которой дано ниже. Принято считать, что вектор B в любой точке А магнитного поля совпадает по направлению с силой, действующей на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в А: на полюсы этой стрелки действует пара сил, устанавливающая ее в направлении B. Поэтому магнитные поля изучают с помощью мелких игольчатых железных опилок, которые, намагничиваясь в нем, как бы превращаются в маленькие магнитные стрелочки.

Напряжённость магнитного поля, векторная физическая величина (Н), являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Н. м. п. не зависит от магнитных свойств среды. В вакууме Н. м. п. совпадает с магнитной индукцией В; численно Н = В в СГС системе единиц и Н = В/m0 в Международной системе единиц (СИ), m0 — магнитная постоянная. В среде Н. м. п. Н определяет тот вклад в магнитную индукцию В, который дают внешние источники поля: Н = В — 4pj (в системе единиц СГС), или Н = (B/m0) — j (в СИ), где j — намагниченность среды. Если ввести относительную магнитную проницаемость среды m, то для изотропной среды Н = В/m0m (в СИ). Единицей Н. м. п. в СИ является ампер на метр (а/м), в системе единиц СГС — эрстед (э); 1 а/м = 4p×10-3 э @ 1,256×10-2 э.

Н. м. п. прямолинейного проводника с током I (в СИ) Н = m0I/2pa (а — расстояние от проводника); в центре кругового тока Н = m0I/2R (R — радиус витка с током I); в центре соленоида на его оси Н = m0nI (n — число витков на единицу длины соленоида). Практическое определение Н в ферромагнитных средах (в магнитных материалах) основано на том, что тангенциальная составляющая Н не изменяется при переходе из одной среды в другую. При однородной намагниченности тела напряжённость, измеренная на его поверхности, параллельной направлению намагниченности, соответствует напряжённости внутри тела. Методы измерения Н. м. п. рассмотрены в ст. Магнитные измерения, Магнитометр.

Закон полного тока является одним из важнейших законов, устанавливающим неразрывную связь между электрическим током и магнитным полем. Из него следует, что любая магнитная линия обязательно охватывает электрический ток и, наоборот, электрический ток всегда окружен магнитным полем. Причем, не являются исключением из этого закона и постоянные магниты, т.к. в них магнитные линии создаются элементарными микроскопическими токами, также входящими в правую часть выражения.

W – энергия магнитного поля катушки с током (Дж)

L – индуктивность катушки (Гн)

I – сила тока, протекающего по катушке (А)

W=L*I2/2