Как работает генератор: Генератор переменного тока — Википедия – устройство и принцип работы, напряжение и мощность

Как работает генератор переменного тока?

Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки {рисунок справа). Электроны {голубые шарики) перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита {дальний рисунок справа), т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Принцип действия генератора переменного тока

Простейший генератор переменного тока состоит из проволочной рамки, вращающейся между полюсами неподвижного магнита. Каждый конец рамки соединен со своим контактным кольцом, скользящим по электропроводной угольной щетке (рисунок над текстом). Индуцированный электрический ток течет к внутреннему контактному кольцу, когда соединенная с ним половина рамки проходит мимо северного полюса магнита, и, наоборот, к внешнему контактному кольцу, когда мимо северного полюса проходит другая половина рамки.

Трехфазный генератор переменного тока

Одним из наиболее экономически выгодных способов выработки сильного переменного тока является использование одного магнита, вращающегося относительно нескольких обмоток. В типичном трехфазном генераторе три катушки расположены равноудалено от оси магнита. Каждая катушка вырабатывает переменный ток, когда мимо нее проходит полюс магнита (правый рисунок).

Изменение направления электрического тока

Когда магнит вдвигается в проволочную катушку, он индуцирует в ней электрический ток. Этот ток заставляет стрелку гальванометра отклоняться в сторону от нулевого положения. Когда магнит вынимается из катушки, электрический ток изменяет свое направление на противоположное, и стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону от нулевого положения.

Переменный ток

Магнит не будет индуцировать электрический ток до тех пор, пока его силовые линии не начнут пересекать проволочную петлю. Когда полюс магнита вдвигается в проволочную петлю, в ней индуцируется электрический ток. Если магнит прекращает движение, электрический ток (голубые стрелки) также прекращается (средняя диаграмма). Когда магнит вынимается из проволочной петли, в ней индуцируется электрический ток, текущий в противоположном направлении.

Генератор сигналов — Википедия

Генератор сигналов

 — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

• По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

• По частотному диапазону:
  • Низкочастотные
  • Высокочастотные
• По принципу работы:
• По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний[править | править код]

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, т. е. цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
3. петлевое усиление точно равно 1,
4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1 — то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 — то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания

[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.^[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера[править | править код]

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью[править | править код]

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

• Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
• Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
• Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
• Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
• Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
• Эхолоты.
• Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

• Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Автогенератор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Автогенератор — электронный генератор с самовозбуждением.^[1]

Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери (когда петлевой коэффициент усиления больше 1). При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.

Такие системы называют автоколебательными системами или автогенераторами, а генерируемые ими колебания — автоколебаниями. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы.

Автогенераторы применяются, например, в радиопередающих устройствах.

Существует 2 режима работы автогенератора: мягкий и жесткий режимы.

Мягкий режим характеризуется безусловным быстрым установлением стационарного режима при включении автогенератора.

Жесткий режим требует дополнительных условий для установления колебаний: либо большой величины коэффициента обратной связи, либо дополнительного внешнего воздействия (накачки).

Основными техническими характеристиками автогенератора являются диапазон рабочих частот, стабильность частоты, мощность на выходе. Из них наиболее важной является допустимая нестабильность частоты автоколебаний. Для целей радиопередачи относительная нестабильность частоты может лежать в интервале 10−6…10−15{\displaystyle 10^{-6}…10^{-15}}^[2].

В 1912 году Мейснер (Майснер) (Германия) изобрёл автогенератор на электронной лампе с трансформаторной положительной обратной связью.

Позже были разработаны автогенераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка».

• Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

Как работает генератор и его принцип работы

Прежде чем начать разбираться в принципах работы любого генератора, следует понять, что же это такое. По принципу работы данный агрегат является производителем и представляет собой некую машину или устройство, которое и производит определенный тип продукта.

Чтобы понять, как работает генератор, нужно определиться, с каким типом устройства вы имеете дело.

Что такое генератор случайных чисел

В это трудно поверить, но практически в каждой отрасли человеческой жизни используются случайные числа. Например, подкидывание монетки или игра в лотерею. Также не стоит забывать и про придумывание компьютерных паролей. Без случайного набора чисел в современном мире просто не обойтись.

Возникает вопрос: «Как работает генератор случайных чисел?» На самом деле это обычный алгоритм, генерирующий обычные числа в определенной последовательности. Работа такого механизма заключается в заранее придуманном алгоритме.

От чего зависят механизмы работы генератора случайных чисел

Любой алгоритм данной системы будет зависеть от вычислительной платформы и языка программирования. Достаточно задать внутреннюю функцию, которая и будет выбирать определенные значения в заранее заданном диапазоне.

На сегодняшний день такие генераторы очень популярные и востребованные. Например, довольно часто владельцы сайтов используют их для онлайн-покер-румов.

Еще одна отрасль, где генератор случайных чисел является незаменимым механизмом – это криптография. Ведь с их помощью можно создавать уникальные и неповторимые пароли, а также выполнять и другие не менее важные функции.

Что такое газовый генератор

На сегодняшний день во всем мире стоит глобальный вопрос о том, как же сделать электроэнергию более дешевой. Современные газогенераторы могут работать на таких компонентах, как дрова, ветки, брикеты или опилки. В этом случае электроэнергия будет стоить намного дешевле, чем обслуживание электростанции.

Данное устройство обладает множеством преимуществ. Например, он не так вреден для атмосферы, так как значительно уменьшает количество выбрасываемых в атмосферу вредных составляющих. К тому же агрегат не только более выгоден при получении электроэнергии, но и способен адаптироваться под любые виды топлива.

Принцип работы

Если вас интересует, как работает газовый генератор, то вы с легкостью можете разобраться в принципах его действия. Для того чтобы образовался генераторный газ, необходимо ограничить доступ воздуха в результате неполного сгорания твердотопливного материала. Внутренняя область данного устройства разделена на четыре части, каждая из которых выполняет свою функцию.

В верхней части агрегата происходит подсушка. Здесь температура не поднимается выше двухсот градусов по Цельсию. В средней части бункера производится сухая перегонка. Так как сюда воздух не поступает, то в результате обугливания твердого топлива выделяются смолы, кислоты и другие перегонные продукты.

Процесс горения происходит в поясе фурм. Здесь будет наблюдаться температура около 1200⁰ С. Собственно здесь и образуется сам газ.

Последняя зона – это область восстановления. Она находится между зоной горения и колосниковой решеткой. Уже здесь углекислый газ проходит через раскаленный уголь и соединяется с углеродом. В итоге получается окись углерода.

Что такое сварочный генератор

Многие люди задаются вопросом о том, как работает генератор. Не является исключением и сварочный агрегат. Сварочный генератор – это дизельная или бензиновая электростанция, способная работать в довольно широком диапазоне нагрузок. Именно поэтому данное устройство очень часто применяется как главный источник питания для дуговой сварки.

Особенности работы

Нетрудно разобраться, как работает сварочный генератор. К тому же сделать это может не только опытный мастер, но и обычный любитель.

Электрический переменный ток возникает в области пересечения обмотки сварочного генератора и магнитных силовых линиях, которые размещены на полюсах статора. Ток, поступая к коллекторам, преобразуется из переменного в постоянный. И уже после этого он попадает на специальные зажимы, к которым и присоединяются сварочные провода.

Каждый сварочный генератор имеет в своем составе намагничивающуюся обмотку возбуждения. Сама обмотка может получать питание двумя методами:

— Благодаря самому генератору. В этом случае он является самовозбудимым.

— С помощью независимого источника. Такой генератор считается агрегатом с независимым возбуждением.

Обратите внимание на то, что любой сварочный генератор может работать в разных режимах. Для того чтобы поменять режим, необходимо очень плавно изменить ток намагничивания.

Еще одной важной особенностью данного агрегата является его последовательная обмотка возбуждения, которая характеризуется малым количеством витков. Такую обмотку нужно последовательно подключить к дуге, где и будет производиться питание током. Последовательная обмотка разделяется на отдельные секции, а это говорит о том, что она может работать не только в полном составе, но и частично.

Что такое автомобильный генератор

Многие автолюбители сравнивают своего железного друга с настоящим живым организмом, хоть и созданным руками человека. Так вот, сердцем такого мощного агрегата является двигатель, а его нервной системой – автомобильный генератор. Конечно, автомобиль может двигаться и без него, однако очень непродолжительный период времени. Это будет длиться до тех пор, пока аккумулятор полностью не разрядится.

Как работает генератор авто

Принцип работы генератора автомобиля заключается в процессах образования переменного напряжения. Такой процесс осуществляется в обмотках статора. Электрическое напряжение возникает как следствие влияния постоянного магнитного поля, которое образуется около сердечника.

На обмотку подается постоянное напряжение, которого хватает для создания хорошего магнитного потока. Неважно, какой автомобильный генератор вы захотите приобрести. Принцип работы у всех образцов абсолютно одинаковый.

Генератор тока

Прежде чем задаваться вопросом о том, как работает генератор тока, нужно разобраться, что же это такое.

Генератор тока – это особая электрическая машина, способная преобразовывать механическую энергию в электрическую. Такой агрегат может генерировать как переменный, так и постоянный ток. Стоит понимать, что во всем мире ни одна энергия не появляется просто так. Для ее генерирования нужно использовать другие силы. Это же относится и к электрическому току.

Принцип работы генератора постоянного тока

Чтобы понять, как работает генератор, нужно изучить его строение. К концам петли проводника, в которой постоянно вращается магнит, нужно подключить нагрузку, и в результате этого появится переменный ток. Это происходит потому, что полюса магнита меняют свои места. Самыми главными элементами данного устройства являются статор и ротор.

Если сравнивать данный агрегат с генератором переменного тока, то для его работы необходим постоянный источник бесперебойного питания, позволяющий направлять энергию в обмотку якоря. Именно поэтому такие генераторы используются довольно редко. Являются энергетическим источником для электротранспорта в городах. Также могут быть использованы для электромобилей или мотоциклов.

Генератор переменного тока

Генератор переменного тока является электромеханическим устройством, которое предназначено для преобразования механической энергии в электрическую. Носит еще одно название – альтернатор. Как работает переменный генератор, можно прочитать ниже.

Принцип его работы заключается во вращении магнитного поля. На сегодняшний день современные агрегаты имеют довольно несложное строение, и при этом производят электроэнергию высокого напряжения. Очень популярными становятся электромеханические приборы вращающегося типа.

Действие приборов осуществляется благодаря электродвижущей силе, возникающей в проводнике. Каждый агрегат имеет в своем строении две основных части: якорь, генерирующий электродвижущую силу, и индуктор, собственно, в котором и возникает магнитное поле.

Генераторы переменного тока получили очень широкое распространение. Их можно найти в школах, детских садах, больницах, на складах и в офисах, где крайне необходимо поддержание стабильной электроэнергии. Очень удобно использовать данное оборудование для строительных объектов, а также подать электроэнергию в загородные дома.

Как изменить частоту тока

Чтобы узнать, как работает генератор частоты, нужно понять, что частота – это основная характеристика переменного тока. Измеряется она очень просто. Для этого можно использовать обычный тестер с определенными настройками. А вот для того, чтобы изменить частоту, нужно настроить сам генератор или же емкость и индуктивность в цепи.

Если вам нужно увеличить или уменьшить частоту переменного тока, то стоит изменить частоту вращения обмоток генератора. То есть если вы увеличите частоту вращения обмоток в несколько раз, то и частота переменного тока также увеличится в такое же количество раз.

Если же электрическая энергия находится в сети, то в этом случае для изменения частоты конденсатор и катушку индуктивности. Данные элементы нужно установить в сеть и соединить их параллельно.

Обратите внимание на то, что при таких махинациях может наступить явление резонанса. Это говорит о том, что сила тока увеличивается, и вся цепь может перегореть.

Проверка работоспособности генератора на автомобиле

У многих владельцев автомобилей возникает вопрос о том, как проверить, работает ли генератор. Очень просто это сделать с помощью вольтметра, который можно купить в любом автомагазине. Начните с проверки батареи аккумулятора. Если же она не заряжена, то вы не сможете провести запланированные измерения. Для проверки батареи вам нужно будет совершить такие действия: заглушить двигатель, открыть капот машины и правильно соединить контакты вольтметра и батареи.

После этого заведите мотор и увеличьте количество оборотов до 2000 RPM. Таким образом батарея включится в работу, и устройство перейдет на высокую передачу. Чтобы проверить, как работает генератор, оставьте двигатель работающим на несколько минут и проверьте батарею вольтметром еще раз. Если показатель ниже 13-14 В, это говорит о том, что генератор неисправен и требует срочного осмотра специалистами.