Что такое ротор генератора и за что он отвечает в генераторе?

В приводной технике часто содержатся элементы, для работы которых необходима электрическая энергия. Соответственно, требуется и источник непрерывного снабжения током, без чего невозможен даже первичный запуск двигателя, например, транспортного средства.

Как работает генератор

Электрический генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, полученную от внешнего источника, в электрическую энергию на выходе. Именно она перемещает к внешней электрической цепи заряженные частицы, присутствующие в проводах обмоток. Этот поток зарядов составляет выходной электрический ток, вырабатываемый генератором, подобно тому, как водяной насос вызывает поток воды.

Результат действия генератора - возникновение относительного движения  магнитного и электрического полей, что и генерирует электричество. Оно необходимо для реализации основной функции электрогенератора - обеспечить электропитание от аккумулятора. Именно зарядное устройство поддерживает заряд батареи генератора, подавая на нее напряжение. Если напряжение очень низкое, аккумулятор  будет оставаться недозаряженным. Вредно и чрезмерно высокое напряжение, сокращающее срок службы батареи.  

Зарядное устройство любого автомобиля имеет изолированный выход постоянного напряжения, поэтому не мешает нормальному действию генератора.

Устройство электрогенератора

Несмотря на разнообразие марок и исполнений автотранспортных средств, генераторы состоят из двух основных компонентов – статора (Г1702-3701100) и ротора (6301.3701200). 

Статор - стационарный узел, размещенный в корпусе, стальном или пластиковом. Статор содержит набор электрических проводников, намотанных в катушки (2501.3708.150-21) на железном сердечнике.
Ротор (или якорь) – подвижный узел генератора, который создает вращающееся магнитное поле. Для этого используется любой из трех следующих способов:

1. Электромагнитная индукция. Такие типы генераторов имеют большую мощность, предназначены для создания переменного тока и применяются, например, в мощных тягачах или большегрузных автомобилях. 

2. Постоянные магниты, устанавливаемые в корпус устройства. Чаще всего это генераторы сравнительно небольшой мощности переменного тока, встречающиеся в конструкциях легковых автомобилей.

3. Возбудитель или небольшой источник постоянного тока, который подает питание на ротор через узел токопроводящих колец и щеток. Схема требует более тщательного технического обслуживания, поэтому предусматривается редко.

Кроме корпуса, автомобильный электрогенератор содержит также шарикоподшипники, необходимые для точного и надежного позиционирования осей ротора, регулятор напряжения и систему обмоток.

Назначение ротора

Во время работы ротор генератора (Г273В1-3.03 28В 45А) постоянно взаимодействует с регулятором напряжения. Индуцированное ротором  на обмотках статора высокое переменное напряжение выдается  генератором на выходе. Этот цикл продолжается до тех пор, пока генератор не начнет вырабатывать выходное напряжение, эквивалентное по величине полной рабочей мощности устройства. 

По мере увеличения выходной мощности генератора регулятор напряжения начинает производить меньший постоянный ток. Как только генератор достигает своей полной рабочей мощности, регулятор напряжения переходит в состояние динамического равновесия. В результате генерируется постоянный ток, достаточный для поддержания выходной мощности генератора на полном рабочем уровне.

В процессе эксплуатации иногда требуется добавить нагрузку к генератору. Тогда значение выходного напряжения устройства несколько снижается. Это активирует регулятор напряжения. Вышеописанный цикл продолжается до тех пор, пока выходная мощность генератора не достигнет своей первоначальной полной рабочей мощности.

Конструктивные особенности роторов

Общие требования

Ротор представляет собой симметрично расположенный вал, вращающийся в цилиндрическом корпусе. Ротор обычных генераторов соединен с исполнительными элементами машины -  шестернями или лопастями. Может образовывать проволочную катушку или ряд постоянных магнитов, но обязательно взаимодействует с неподвижным статором (231.3771.100), обеспечивая выработку энергии или механическое перемещение. 

Конструкция роторов адаптируется к конкретным применениям и желаемым эксплуатационным характеристикам, гарантируя оптимальную эффективность и функциональность. “Якоря” проектируются таким образом, чтобы синхронизироваться с вращающимся магнитным полем, создаваемым статором. 

В  некоторых типах двигателей намеренно предусматривается небольшая разница в скоростях вращения. Она индуцирует в роторе электрические токи и создает крутящий момент, необходимый для функционирования двигателя.

Классификация и применение

Роторы подразделяются на несколько типов: 

• Жесткие;

• Короткозамкнутые; 

• С обмоткой;

• Явнополюсные; 

• С постоянным магнитом; 

• Жидкостные. 

Жесткие “якоря” используются в высокоскоростных газовых и паровых турбинах и электродвигателях. Сохраняют форму и структуру, поскольку изготовлены из материалов высокой прочности и жесткости, что обеспечивает целостность и балансировку.  Предназначены для эффективной передачи энергии и минимизации вибраций/деформаций, которые могут ухудшить производительность и надежность техники.

Короткозамкнутые роторы встречаются в асинхронных двигателях. Состоят из ламинированных железных сердечников с проводящими стержнями и кольцами, которые генерируют крутящий момент за счет вращающегося магнитного поля статора. Они долговечны и имеют высокий пусковой момент. 

Роторы с обмоткой также используют в асинхронных двигателях. Они включают ламинированный железный сердечник с намотанной на него проволокой, соединенной с контактными кольцами. Через кольца регулируется сопротивление в цепи ротора, что позволяет управлять пусковым моментом и скоростью. Предпочтительны в подъемно-транспортном оборудовании и станках, где требуется точный контроль скорости и высокие пусковые моменты.

Явнополюсные роторы включают несколько ферромагнитных полюсов и устанавливаются в синхронных электромашинах. При подаче постоянного тока на обмотку полюса намагничиваются, и создают вращающееся магнитное поле, синхронизированное с частотой источника питания. Скорость ротора регулируется изменением постоянного тока или нагрузки. 

Роторы с постоянным магнитом и жидкостные предусматриваются в приводах специальной техники. Эти конструкции еще не вышли из стадии экспериментальной разработки.

Выбор исполнения ротора зависит от необходимых значений крутящего момента, скорости, способа и эффективности управления основным агрегатом.