Конструкция генератора

Ниже будет подробнее рассмотрено назначение каждой детали генератора.

Генерирование переменного тока

На рис. 38.2а изображен приводимый от вала постоянный магнит, расположенный внутри С-образного неподвижного статора из мягкого железа. Этот статор обеспечивает замыкание магнитного поля N (северного) и S (южного) полюсов постоянного магнита. На рис. 38.2b-d изображено, как изменяется направление и плотность магнитного потока при вращении магнита.

На рис. 38.3 к катушке, намотанной вокруг статора, подключен вольтметр. При вращении магнита генерируется электродвижущая сила, которая изменяется при изменении положения магнита таким образом, как изображено на графике. Направление магнитного потока в статоре изменяется, когда магнит вращается, таким образом получается переменный ток. Величина тока зависит от трех факторов, указанных Фарадеем: поскольку из них единственным изменяющимся фактором является скорость, поэтому чем быстрее вращается магнит, тем больше будет электрическое напряжение на выходе.

Величина зазоров и масса деталей очень важны, поэтому генератор должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечивать максимально возможное выходное напряжение. Одним из способов увеличения его эффективности (КПД) является использование многополюсного магнита, имеющего конструкцию наподобие той, что изображена на рис. 38.4. В этом случае магнит располагается соосно по отношению к валу и с помощью двух «пальцев» из мягкого железа образуются, два дополнительных полюса вращающейся детали (ротора). При такой конструкции выходное напряжение удваивается и устройство становится более эффективным.
Как и прежде, выходная ЭДС увеличивается при увеличении скорости вращения до той точки, когда стремительное изменение тока препятствует дальнейшему увеличению ЭДС. Такая конструкция имеет то преимущество, что устройство само защищает себя от перегрузок.

Многофазный выход

Дальнейшая модернизация указанной конструкции заключается в добавлении обмоток статора, как изображено на рис. 38.5. Таким образом, получаются два независимых выхода, как изображено на графике. Обмотка статора В обеспечивает выходную ЭДС, пик которой отстает на величину 45° от пика ЭДС, создаваемой обмоткой А, то есть выходные ЭДС обеих обмоток отличаются на 45° и такой выход называется двухфазным. (В русскоязычной литературе такого понятия как двухфазный электрический ток вообще нет, поскольку обмотки для получения многофазного выхода обычно соединяются друг с другом, а две обмотки, если их соединить, дадут три провода — два крайних и один общий в месте соединения, то есть получится «трехфазный» выход. В данном же случае мы имеем не «двухфазный выход», а два независимых выхода (4 конца), отличающимися по фазе на 45°).

Таким же образом, если добавить еще одну обмотку и все их расположить вокруг многополюсного ротора, будет иметься трехфазный выход (рис. 38.6). Если число магнитных полей будет увеличиваться, каждый отдельный период будет укорачиваться, таким образом будет получаться большее число периодов переменного тока за один оборот ротора, то есть можно получить более «гладкий» выходной ток, с менее выраженными пиками.