Алтернатор — какво е и как работи: видове и приложения

Научете всичко за алтернатора: какво е, как работи, видовете и приложенията му в автомобили и електроцентрали — разбираемо, практично и технически ясно.

Алтернаторът е генератор, който преобразува механичната енергия в електрическа под формата на променлив ток. Във всеки автомобил има такъв.

Повечето алтернатори използват въртящо се магнитно поле с неподвижна котва. Котвата реагира на въртящото се поле и пренася тока, предизвикан от въртенето.

По принцип всеки електрически генератор за променлив ток може да се нарече алтернатор, но обикновено терминът се отнася за малки въртящи се машини, задвижвани от автомобилни и други двигатели с вътрешно горене.

Алтернатор, който използва постоянен магнит за своето магнитно поле, се нарича генератор с постоянни магнити (магнето). Алтернаторите в електроцентралите, задвижвани от парни турбини, се наричат турбоалтернатори.

Как работи алтернаторът

Принципът на работа се основава на закона на електромагнитната индукция (законът на Фарадей): когато магнитно поле се променя спрямо проводник, в проводника се индуцира електродвижеща сила (ЕМП). В повечето съвременни алтернатори магнитното поле се създава от въртящ се ротор (с намотка, към която се подава възбуждащ ток или с постоянни магнити), а в статора са разположени неподвижни намотки — тези намотки генерират променливо напрежение при въртене на ротора.

В автомобилните алтернатори генерираният променлив ток се преобразува в постоянен чрез мостова токоизправителна група (диоди), за да може да зарежда акумулатора и да захранва бордовата електроинсталация. Напрежението и тока се регулират от стабилизатор (регулатор на напрежение), който променя възбудния ток в ротора, за да поддържа постоянно изходно напрежение (обикновено ~13.8–14.6 V при леките автомобили).

Основни части

• Ротор (въртяща се част) — носи магнитното поле (намотки с възбуждане или постоянни магнити).
• Статор (неподвижна част) — съдържа намотки, в които се индуцира променлив ток.
• Диоден мост — преобразува изходния променлив ток в постоянен (в автомобилните алтернатори).
• Регулатор на напрежение — контролира възбудния ток в ротора, за да поддържа стабилно изходно напрежение.
• Подшипници и корпус — механична опора и охлаждане (поради нагряване при работа).
• Ремък и шкив (при двигатели) — предават въртенето от двигателя към алтернатора.

Видове алтернатори

• С въртящо се магнитно поле и неподвижна котва — най-разпространеният тип в автомобилите и малките генератори.
• С въртяща се котва и неподвижно магнитно поле — среща се в по-стари конструкции; по-рядко използван днес.
• Алтернатори с постоянни магнити — компактни и прости, използвани в малки генератори, велосипеди с динамо и някои електроники.
• Турбоалтернатори — големи синхронни машини в електроцентралите, задвижвани от парни или газови турбини.

Приложения

• Зареждане на акумулатори и захранване на бордовата мрежа в автомобили и камиони.
• Портативни и стационарни генератори за аварийно/резервно захранване.
• Енергогенерация в електроцентрали (големи турбоалтернатори).
• Вятърни турбини, морски и промишлени системи, машини и оборудване, където е нужна преобразуване на механична в електрическа енергия.

Предимства и разлики спрямо други генератори

Алтернаторите са по-компактни и по-леко справящи се с високи обороти в сравнение с някои други видове генератори. В автомобилите алтернаторите са предпочитани пред стартерните генератори (динама), защото дават по-голям ток при ниски и високи обороти и са по-надеждни. Големите синхронни генератори в електроцентралите също често се наричат алтернатори, тъй като произвеждат променлив ток на стабилна честота.

Чести проблеми и поддръжка

• Износени четки или прахозадържащи пръстени (при конструкции с четки) — води до лош контакт и загуба на възбуждане.
• Повредени диоди в токоизправителя — може да доведе до недостатъчно зареждане или пулсиращо напрежение.
• Проблеми с регулатора на напрежение — нестабилно или прекалено високо напрежение.
• Износени лагерни подшипници — шум, трептене и повишено триене.
• Хлътнал или подхлъзващ ремък — спад в производството на електрическа мощност при ниски обороти.

Основната поддръжка включва проверка и затягане на ремъка, изпитване на изходното напрежение с волтметър (на празен ход и при повишени обороти), проверка на акумулаторните клеми и заземяването, както и смяна на износени четки или лагери.

Как да тествате алтернатора (бързо)

• Измерете напрежението на клемите на акумулатора със спрян двигател — трябва да е близо до 12.0–12.6 V (за 12 V система).
• Стартирайте двигателя и измерете напрежението — нормално е да е между ~13.8 и 14.6 V; при увеличение на оборотите напрежението трябва да остане стабилно.
• Ако напрежението не се повишава при работа, вероятно алтернаторът не зарежда (проблем с диоди, регулатор или възбуждане).

Съвет за безопасност: Работата по електрическата система трябва да се извършва с изключено запалване и при необходимост от специалист, тъй като грешни манипулации могат да повредят електрониката или да причинят късо съединение.

Алтернаторите са ключов елемент в съвременните енергийни и транспортни системи — от малки преносими устройства до големи електроцентрали. Разбирането на принципа им на работа, основните компоненти и честите проблеми помага за правилната експлоатация и по-дълъг живот на оборудването.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява алтернаторът?

В: Има ли алтернатор във всеки автомобил?

В: Как работят повечето алтернатори?

В: Може ли всеки електрически генератор за променлив ток да се нарече алтернатор?

В: Какво е магнето в сравнение с алтернатора?

В: Как се наричат алтернаторите в електроцентралите, задвижвани от парни турбини?

В: Турбоалтернаторите са същите като обикновените алтернатори?

Търсене по буква