Для питания бытовых устройств и промышленного оборудования необходим источник электроэнергии. Выработать электрический ток возможно несколькими способами. Но наиболее перспективным и экономически выгодным, на сегодняшний день, является генерация тока электрическими машинами. Самым простым в изготовлении, дешёвым и надёжным в эксплуатации оказался асинхронный генератор, вырабатывающий львиную долю потребляемой нами электроэнергии.
Применение электрических машин этого типа продиктовано их преимуществами. Асинхронные электрогенераторы, в отличие от , обеспечивают:
- более высокую степень надёжности;
- длительный срок эксплуатации;
- экономичность;
- минимальные затраты на обслуживание.
Эти и другие свойства асинхронных генераторов заложены в их конструкции.
Устройство и принцип работы
Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.
Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.
Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора
Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.
Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).
Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе
Принцип действия
По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.
В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.
При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.
Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.
На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.
Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора
Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями
Отличие от синхронного генератора
Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).
Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.
Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:
- регулируемые зарядные устройства;
- современные телевизионные приёмники.
Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.
Классификация
Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.
На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе , а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.
Рис. 5. Типы асинхронных генераторов
Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.
Область применения
Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.
Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают , их используют для мощных мобильных и .
Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.
Сфера применения довольно обширная:
- транспортная промышленность;
- сельское хозяйство;
- бытовая сфера;
- медицинские учреждения;
Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.
Асинхронный генератор своими руками
Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):
Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами
Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.
Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.
Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.
Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.
Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6 .
При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.
Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1
Часть 2
На практике, обычно выбирают среднее значение, предполагая, что нагрузка не будет максимальной.
Подобрав параметры конденсаторов, подключите их к выводам обмоток статора так, как показано на схеме (рис. 7). Генератор готов.
Рис. 7. Схема подключения конденсаторов
Асинхронный генератор не требует особого ухода. Его обслуживание заключается в контроле состояния подшипников. На номинальных режимах устройство способно работать годами без вмешательства оператора.
Слабое звено – конденсаторы. Они могут выходить из строя, особенно тогда, когда их номиналы неправильно подобраны.
При работе генератор нагревается. Если вы часто подключаете повышенные нагрузки – следите за температурой устройства или позаботьтесь о дополнительном охлаждении.
Если ротор асинхронной машины, включенной в сеть с напряжением U1, вращать посредством первичного двигателя в направлении вращающегося поля статора, но со скоростью n2>
Почему мы используем Асинхронный Электрогенератор
Асинхронный генератор - это работающая в генераторном режиме асинхронная электрическая машина (ел.двигатель). При помощи приводного двигателя (в нашем случае ватродвигателя) ротор асинхронного электрогенератора вращается в одном направлении с магнитным полем. Скольжение ротора при этом становится отрицательным, на валу асинхронной машины появляется тормозящий момент, и генератор передает энергию в сеть.
Для возбуждения электродвижущей силы в его выходной цепи используют остаточную намагниченность ротора. Для этого применяются конденсаторы.
Асинхронные генераторы не восприимчивы к коротким замыканиям.
Асинхронный генератор устроен проще синхронного (например автомобильного генератора): если у последнего на роторе помещаются катушки индуктивности, то ротор асинхронного генератора похож на обычный маховик. Такой генератор лучше защищен от попадания грязи и влаги, более устойчив к короткому замыканию и перегрузкам, а выходное напряжение асинхронного электрогенератора отличается меньшей степенью нелинейных искажений. Это позволяет использовать асинхронные генераторы не только для питания промышленных устройств, которые не критичны к форме входного напряжения, но подключать электронную технику.
Именно асинхронный электрогенератор является идеальным источником тока для приборов, имеющих активную (омическую) нагрузку: электронагревателей, сварочных преобразователей, ламп накаливания, электронных устройств, компьютерную и радиотехнику.
Преимущества асинхронного генератора
К таким преимуществам относят низкий клирфактор (коэффициент гармоник), характеризующий количественное наличие в выходном напряжении генератора высших гармоник. Высшие гармоники вызывают неравномерность вращения и бесполезный нагрев электромоторов. У синхронных генераторов может наблюдаться величина клирфактора до 15%, а клирфактор асинхронного электрогенератора не превышает 2%. Таким образом, асинхронный электрогенератор вырабатывает практически только полезную энергию.
Еще одним преимуществом асинхронного электрогенератора является то, что в нем полностью отсутствуют вращающиеся обмотки и электронные детали, которые чувствительны к внешним воздействиям и довольно часто подвержены повреждениям. Поэтому асинхронный генератор мало подвержен износу и может служить очень долго.
На выходе наших генераторов идет сразу 220/380В переменного тока, который можно использовать напрямую к бытовым приборам (например обогреватели), для зарядки аккумуляторов, для подключения к пилораме, а также для параллельной работы с традиционной сетью. В этом случае Вы будете оплачивать разницу потребленной из сети и сгенерированной ветряком. Т.к. напряжение идет сразу промышленных параметров, то Вам не понадобятся различные преобразователи (инверторы) при прямом включении ветрогенератора к Вашей нагрузке. Например Вы можете напрямую подключить к пилораме и при наличии ветра – работать так, как если бы Вы просто подключились к сети 380В.
Если ротор асинхронной машины, включенной в сеть с напряжением U1, вращать посредством первичного двигателя в направлении вращающегося поля статора, но со скоростью n2>n1, то движение ротора относительно поля статора изменится (по сравнению с двигательным режимом этой машины), так как ротор будет обгонять поле статора.
При этом скольжение станет отрицательным, а направление э.д.с. Е1, наведенной в обмотке статора, а следовательно, и направление тока I1 изменятся на противоположное. В результате электромагнитный момент на роторе также изменит направление и из вращающего (в двигательном режиме) превратится в противодействующий (по отношению к вращающему моменту первичного двигателя). В этих условиях асинхронная машина из двигательного перейдет в генераторный режим, преобразуя механическую энергию первичного двигателя в электрическую. При генераторном режиме асинхронной машины скольжение может изменяться в диапазоне
при этом частота э.д.с. асинхронного генератора остается неизменной, так как она определяется скоростью вращения поля статора, т.е. остается такой же, что и частота тока в сети, на которую включен асинхронный генератор.
Ввиду того, что в генераторном режиме асинхронной машины условия создания вращающегося поля статора такие же, что и в двигательном режиме (и в том и в другом режимах обмотка статора включена в сеть с напряжением U1), и потребляет из сети намагничивающий ток I0, то асинхронная машина в генераторном режиме обладает особыми свойствами: она потребляет реактивную энергию из сети, необходимую для создания вращающегося поля статора, но отдает в сеть активную энергию, получаемую в результате преобразования механической энергии первичного двигателя.
В отличие от синхронных асинхронные генераторы не подвержены опасностям выпадения из синхронизма. Однако асинхронные генераторы не получили широкого распространения, что объясняется рядом их недостатков по сравнению с синхронными генераторами.
Асинхронный генератор может работать и в автономных условиях, т.е. без включения в общую сеть. Но в этом случае для получения реактивной мощности, необходимой для намагничивания генератора, используется батарея конденсаторов, включенных параллельно нагрузке на выводы генератора.
Непременным условием такой работы асинхронных генераторов является наличие остаточного намагничивания стали ротора, что необходимо для процесса самовозбуждения генератора. Небольшая э.д.с. Еост, наведенная в обмотке статора, создает в цепи конденсаторов, а следовательно, и в обмотке статора небольшой реактивный ток, усиливающий остаточный поток Фост. В дальнейшем процесс самовозбуждения развивается, как и в генераторе постоянного тока параллельного возбуждения. Изменением емкости конденсаторов можно изменять величину намагничивающего тока, а следовательно, и величину напряжения генераторов. Из-за чрезмерной громоздкости и высокой стоимости конденсаторных батарей асинхронные генераторы с самовозбуждением не получили распространения. Асинхронные генераторы применяются лишь на электростанциях вспомогательного значения малой мощности, например в ветросиловых установках.
Генератор своими руками
В моей электростанции источником тока является асинхронный генератор, приводимый в движение бензиновым двухцилиндровым двигателем с воздушным охлаждением УД-25 (8 л.с., 3000 об/мин.). В качестве асинхронного генератора без каких-либо переделок можно использовать обычный асинхронный электродвигатель с частотой вращения 750-1500 об/мин и мощностью до 15 кВт.
Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать номинальное (синхронное) значение числа оборотов используемого электродвигателя на 10%. Сделать это можно следующим образом. Электродвигатель включается в сеть и частота вращения в холостом режиме замеряется тахометром. Ременная передача от двигателя к генератору рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить несколько повышенное число оборотов генератора. Например, электродвигатель с номинальной частотой вращения, равной 900 об/мин, вхолостую дает 1230 об/мин. В этом случае ременная передача рассчитывается на обеспечение частоты вращения генератора, равной 1353 об/мин.
Обмотки асинхронного генератора в моей установке соединены “звездой” и вырабатывают трехфазное напряжение 380 В. Для поддержания номинального напряжения асинхронного генератора необходимо правильно подобрать емкость конденсаторов между каждой фазой (все три емкости одинаковы). Для подбора нужной емкости я пользовался следующей таблицей. До приобретения необходимого навыка в работе можно проверять нагрев генератора на ощупь во избежание перегрева. Нагрев указывает на то, что подключена слишком большая емкость.
Конденсаторы пригодны типа КБГ-МН или другие с рабочим напряжением не менее 400 В. При выключении генератора на конденсаторах остается электрический заряд, поэтому необходимо принимать меры предосторожности от поражения электрическим током. Конденсаторы следует надежно оградить.
При работе с ручным электроинструментом на 220 В я пользуюсь понижающим трансформатором ТСЗИ с 380 В на 220 В. При подключении к электростанции трехфазного двигателя может случиться, что генератор не “осилит” с первого раза его запуск. Тогда следует дать серию кратковременных включений двигателя, пока он не наберет обороты, или раскрутить вручную.
Стационарные асинхронные генераторы такого рода, используемые для электрообогрева жилого дома, можно приводить в движение ветряным двигателем или турбиной, установленной на небольшой речке или ручье, если таковые есть недалеко от дома. В свое время в Чувашии заводом “Энергозапчасть” выпускался генератор (микро-ГЭС) мощностью 1,5 кВт на базе асинхронного электродвигателя. В. П. Бельтюков из г. Нолинска сделал ветроустановку и в качестве генератора также использовал асинхронный двигатель. Такой генератор можно приводить в движение, используя мотоблок, минитрактор, двигатель мотороллера, автомобиля и т.д.
Свою электростанцию я установил на небольшом легком одноосном прицепе – раме. Для работ вне хозяйства загружаю в машину необходимый электроинструмент и прицепляю к ней свою установку. С роторной сенокосилкой кошу сено, электротягачом пашу землю, бороную, сажаю, окучиваю. Для таких работ в комплекте со станцией вожу катушку с четырехжильным кабелем КРПТ. При намотке кабеля стоит учитывать один момент. Если наматывать обычным способом, то образуется соленоид, в котором будут дополнительные потери. Чтобы их избежать, кабель нужно сложить пополам и наматывать на катушку, начиная с места сгиба.
Глубокой осенью приходится заготавливать дрова на зиму из валежника. Пользуюсь при этом опять-таки электроинструментом. На дачном участке с помощью циркулярной пилы и строгального станка выполняю обработку материала для плотничных работ.
В результате длительного испытания работы нашего Парусного ветрогенератора с традиционной схемой возбуждения асинхронного двигателя (АД), основанной на применении в качестве коммутатора магнитного пускателя выявился целый ряд недостатков, который и привел созданию Шкафа Управления. Который стал универсальным устройством для превращения любого Асинхронного двигателя в Генератор! Теперь достаточно подключить провода от АД двигателя в наше устройство управления и генератор готов.
Как превратить любой Асинхронный Двигатель в генератор - Дом без фундамента
Как превратить любой Асинхронный Двигатель в генератор – Дом без фундамента Почему мы используем Асинхронный Электрогенератор Асинхронный генератор - это работающая в генераторном режиме
Для нужд строительства частного жилого дома или дачи домашнему мастеру может понадобиться автономный источник электрической энергии, который можно купить в магазине или собрать своими руками из доступных деталей.
Самодельный генератор способен работать от энергии бензинового, газового или дизельного топлива. Для этого его надо подключить к двигателю через амортизирующую муфту, обеспечивающую плавность вращения ротора.
Если позволяют местные природные условия, например, дуют частые ветры или близко расположен источник проточной воды, то можно создать ветряную или гидравлическую турбину и подключить ее к асинхронному трехфазному двигателю для выработки электроэнергии.
За счет подобного устройства у вас будет постоянно работающий альтернативный источник электричества. Он снизить потребление энергии от государственных сетей и позволить экономить на ее оплате.
В отдельных случаях допустимо использовать однофазное напряжение для вращения электрического двигателя и передачи им крутящего момента на самодельный генератор для создания собственной трехфазной симметричной сети.
Как подобрать асинхронный двигатель для генератора по конструкции и характеристикам
Технологические особенности
Основу самодельного генератора составляет асинхронный электродвигатель трехфазного тока с:
Устройство статора
Магнитопроводы статора и ротора изготавливают из изолированных пластин электротехнической стали, в которых созданы пазы для размещения проводов обмотки.
Три отдельные обмотки статора могут быть соединены на заводе по схеме:
Их выводы подключают внутри клеммной коробки и соединяют перемычками. Сюда же монтируют кабель питания.
В отдельных случаях может выполняться подключение проводов и кабеля другими способами.
К каждой фазе асинхронного двигателя подводятся симметричные напряжения, сдвинутые по углу на треть окружности. Они формируют токи в обмотках.
Эти величины удобно выражать в векторной форме.
Особенности конструкции роторов
Двигатели с фазным ротором
Их снабжают обмоткой, выполненной по образцу статорной, а выводы от каждой соединяют с контактными кольцами, которые обеспечивают электрический контакт со схемой запуска и регулировки через прижимные щетки.
Такая конструкция довольно сложная в изготовлении, дорогая по стоимости. Она требует периодического наблюдения за работой и квалифицированного обслуживания. По этим причинам для самодельного генератора применять ее в таком исполнении нет смысла.
Однако, если имеется подобный двигатель и ему нет другого применения, то можно выводы каждой обмотки (те концы, которые подключаются к кольцам) закоротить между собой. Таким способом фазный ротор превратится в короткозамкнутый. Его можно подключать по любой рассматриваемой ниже схеме.
Двигатели с короткозамкнутым ротором
Внутри пазов магнитопровода ротора залит алюминий. Обмотка выполнена в виде вращающейся беличьей клетки (за что и получила такое дополнительное название) с замкнутыми накоротко по концам кольцами-перемычками.
Это самая простая схема двигателя, которая лишена подвижных контактов. За счет этого она длительно работает без вмешательства электриков, отличается повышенной надежностью. Ее и рекомендуется применять для создания самодельного генератора.
Обозначения на корпусе двигателя
Чтобы самодельный генератор надежно работал необходимо обращать внимание на:
- класс IP, характеризующий качество защиты корпуса от воздействий внешней среды;
- мощность потребления;
- число оборотов;
- схему соединения обмоток;
- допустимые токи нагрузок;
- КПД и косинус φ.
Схему соединения обмоток, особенно у старых двигателей, бывших в работе, следует вызвонить, проверить электрическими методами. Эта технология подробно расписана в статье о подключении трехфазного двигателя в однофазную сеть.
Принцип работы асинхронного двигателя в качестве генератора
В основу его воплощения заложен метод обратимости электрической машины. Если у отключенного от напряжения сети двигателя начать принудительно вращать ротор с расчетной скоростью, то в обмотке статора будет наводиться ЭДС за счет наличия остаточной энергии магнитного поля.
Остается только подключить к обмоткам конденсаторную батарею соответствующего номинала и по ним станет протекать емкостной опережающий ток, имеющий характер намагничивающего.
Чтобы происходило самовозбуждение генератора, а на обмотках формировалась симметричная система трехфазных напряжений, необходимо подобрать емкость конденсаторов, большую определенной, критической величины. Кроме ее значения на выходную мощность, естественно, влияет конструкция двигателя.
Для нормальной выработки трехфазной энергии с частотой 50 Гц необходимо поддерживать скорость вращения ротора, превышающую асинхронную составляющую на величину скольжения S, которая лежит в пределах S=2÷10%. Ее требуется поддерживать на уровне синхронной частоты.
Отход синусоиды от стандартного значения по частоте отрицательно повлияет на работу оборудования с электрическими двигателями: пилами, рубанками, различными станками и трансформаторами. На резистивных нагрузках с ТЭН и лампами накаливания это практически не сказывается.
Электрические схемы подключения
На практике используются все распространенные способы соединения обмоток статора асинхронного двигателя. Выбирая одну из них создают различные условия для работы оборудования и вырабатывают напряжение определённых значений.
Схемы звезды
Популярный вариант подключения конденсаторов
Схема подключения асинхронного двигателя с обмотками, соединенными звездой, для работы в качестве генератора трехфазной сети имеет стандартный вид.
Схема асинхронного генератора с подключением конденсаторов к двум обмоткам
Этот вариант довольно популярен. Он позволяет питать от двух обмоток три группы потребителей:
Рабочий и пусковой конденсаторы подключаются в схему отдельными выключателями.
На основе этой же схемы можно создать самодельный генератор с подключением конденсаторов к одной обмотке асинхронного двигателя.
Схема треугольника
При сборке обмоток статора по схеме звезды генератор будет выдавать трехфазное напряжение 380 вольт. Если осуществить их переключение на треугольник, то - 220.
Приведенные выше на картинках три схемы являются базовыми, но не единственными. На их основе могут создаваться другие способы подключения.
Как рассчитать характеристики генератора по мощности двигателя и емкости конденсаторов
Для создания нормальных условий работы электрической машины необходимо соблюсти равенство ее номинального напряжения и мощности в режимах генератора и электродвигателя.
С этой целью подбирают емкость конденсаторов с учетом вырабатываемой ими реактивной мощности Q при различных нагрузках. Ее величину рассчитывают по выражению:
Из этой формулы, зная мощность двигателя, для обеспечения полной нагрузки можно рассчитать емкость батареи конденсаторов:
Однако, следует учесть режим работы генератора. На холостом ходу конденсаторы станут излишне нагружать обмотки и нагревать их. Это приводит к большим потерям энергии, перегреву конструкции.
Для устранения подобного явления конденсаторы подключают ступенчато, определяя их количество в зависимости от приложенной нагрузки. Чтобы упростить подбор конденсаторов для запуска асинхронного двигателя в режиме генератора, создана специальная таблица.
Для использования в составе емкостной батареи хорошо подходят пусковые конденсаторы серии K78-17 и им подобные с рабочим напряжением от 400 вольт и больше. Вполне допустимо заменить их металлобумажными аналогами с соответствующими номиналами. Собирать их придется параллельным подключением.
Использовать модели электролитических конденсаторов для работы в цепях асинхронного самодельного генератора не стоит. Они предназначены для цепей постоянного тока, а при прохождении синусоиды, меняющейся по направлению, быстро выходят из строя.
Существует специальная схема их подключения для подобных целей, когда каждая полуволна направляется диодами на свою сборку. Но она довольно сложная.
Конструктивное исполнение
Автономное устройство электростанции должно в полной мере обеспечивать требования безопасной эксплуатации работающего оборудования и выполняться единым модулем, включающим навесной электрощит с приборами:
- измерения - вольтметром до 500 вольт и частотомером;
- коммутации нагрузок - три выключателя (один общий подает напряжение от генератора на схему потребителей, а два остальных осуществляют подключения конденсаторов);
- защит - автоматическим выключателем, устраняющим последствия возникновения коротких замыканий или перегрузок и УЗО (устройство защитного отключения), спасающее работников от пробоя изоляции и попадания потенциала фазы на корпус.
Резервирование основной схемы питания
Создавая самодельный генератор необходимо предусмотреть его совместимость со схемой заземления рабочего оборудования, а при автономной работе – надежно подключать к контуру земли.
Если электростанция создается для резервного питания приборов, работающих от государственной сети, то использовать ее следует при отключении напряжения с линии, а при восстановлении - останавливать. С этой целью достаточно установить рубильник, управляющий всеми фазами одновременно или подключить сложную систему автоматики включения резервного питания.
Выбор напряжения
Схема на 380 вольт обладает повышенной опасностью поражения человека. Ее используют в крайних случаях, когда фазной величиной на 220 обойтись нет возможности.
Перегрузки генератора
Такие режимы создают излишний нагрев обмоток с последующим разрушением изоляции. Они возникают при превышении токов, проходящих по обмоткам из-за:
- неправильного подбора емкости конденсаторов;
- подключения потребителей повышенной мощности.
В первом случае необходимо тщательно следить за тепловым режимом во время холостого хода. При излишнем нагреве требуется корректировать емкость конденсаторов.
Особенности подключения потребителей
Общая мощность трехфазного генератора состоит из трех частей, вырабатываемых в каждой фазе, которая составляет 1/3 от общей. Ток, проходящий по одной обмотке, не должен превышать номинальную величину. Это надо учитывать при подключении потребителей, распределять их равномерно по фазам.
Когда самодельный генератор создан для работы от двух фаз, то он не может безопасно выработать электроэнергии больше, чем на 2/3 от общей величины, а если задействована всего одна фаза, то - только 1/3.
Контроль частоты
Следить за этим показателем позволяет частотомер. Когда его в конструкцию самодельного генератора не установили, то можно пользоваться косвенным методом: на холостом ходу выходное напряжение превышает номинальное 380/220 на 4÷6% при частоте 50 Гц.
Как сделать самодельный генератор из асинхронного двигателя, Дизайн и ремонт квартир своими руками
Советы домашнему мастеру по изготовлению своими руками самодельного генератора из асинхронного трехфазного электродвигателя со схемами. картинками и видео
Как сделать самодельный генератор из асинхронного двигателя
Всем привет! Сегодня рассмотрим как сделать самодельный генератор из асинхронного двигателя своими руками. Данный вопрос меня давно интересовал, только как то не было времени взяться за его реализацию. А теперь давайте немного займемся теорией.
Если взять и раскрутить от какого нибудь первичного двигателя асинхронный электродвигатель, то следуя принципа обратимости электрических машин можно заставить его вырабатывать электрический ток. Для этого нужно вращать вал асинхронного двигателя с частотой, равной или чуть больше асинхронной частоты его вращения. В результате остаточного магнетизма в магнитопроводе электродвигателя на зажимах статорной обмотки будет индуктироваться некоторая ЭДС.
Теперь возьмем и подключим к выводам статорной обмотки, как показано на рисунке ниже, неполярные конденсаторы С.
При этом по обмотке статора начнет протекать опережающий емкостной ток. Он будет называться намагничивающим. Т.е. произойдет самовозбуждение асинхронного генератора и ЭДС будет расти. Значение ЭДС будет зависеть от характеристики как самой электрической машины, так и от емкости конденсаторов. Тем самым мы с вами превратили обычный асинхронный электродвигатель в генератор.
Теперь поговорим о том, как правильно подобрать конденсаторы для самодельного генератора из асинхронного двигателя. Емкость нужно подбирать так, чтобы генерируемое напряжение и отдаваемая мощность асинхронного генератора соответствовала мощности и напряжению при работе его в качестве электродвигателя. Данные смотри в таблице ниже. Они актуальны для возбуждения асинхронных генераторов напряжением 380 вольт и с частотой вращения от 750 до 1500 об/мин.
С увеличением нагрузки на асинхронный генератор напряжение на его зажимах будет стремиться упасть(увеличиться индуктивная нагрузка на генератор). Для поддержания напряжения на заданном уровне необходимо подключать дополнительные конденсаторы. Для этого можно использовать специальный регулятор напряжения, который при понижении напряжения на выводах статора генератора будет с помощью контактов подключать дополнительные батареи конденсаторов.
Частота вращения генератора в нормальном режиме должна превышать синхронную на 5-10 процентов. То есть если частота вращения составляет 1000 об/мин, то нужно его раскручивать с частотой 1050-1100 об/мин.
Один большой плюс асинхронного генератора в том, что в качестве его можно использовать обычный асинхронный электродвигатель без переделок. Но не рекомендуется особо увлекаться и делать генераторы из электромоторов мощностью более 15-20 кВ*А. Самодельный генератор из асинхронного двигателя отличное решение для тех, у кого нет возможности использовать классический генератор kronotex ламинат. Удачи вам во всем и пока!
Как сделать самодельный генератор из асинхронного двигателя, Ремонт своими руками
Как сделать самодельный генератор из асинхронного двигателя Всем привет! Сегодня рассмотрим как сделать самодельный генератор из асинхронного двигателя своими руками. Данный вопрос меня давно
Не всегда местные электросети способны полноценно обеспечивать электричеством дома, особенно, если это касается загородных дач и особняков. Перебои с постоянным электроснабжением или же его полное отсутствие заставляет искать получения электричества. Одним из таких является использование – прибора, способного преобразовывать и накапливать электричество , используя для этого самые необычные ресурсы (энергия , приливов и отливов). Его принцип работы достаточно простой, что делает возможным сделать электрогенератор своими руками. Возможно, самодельная модель не сможет конкурировать с аналогом заводской сборки, однако это отличный способ сэкономить более 10 000 рублей. Если рассматривать самодельный электрогенератор в качестве временного альтернативного источника электроснабжения, то вполне можно обойтись и самоделкой.
Как сделать электрогенератор, что для этого потребуется, а также какие нюансы придется учитывать, узнаем далее.
Желание иметь в своем пользовании электрогенератор омрачается одной неприятностью – это высокая стоимость агрегата
. Как ни крути, но самые маломощные модели имеют достаточно заоблачную стоимость – от 15 000 рублей и выше. Именно этот факт наталкивает на мысль о собственноручном создании генератора. Однако, сам процесс может быть затруднительным
, если:
- нет навыка в работе с инструментом и схемами;
- нет опыта в создании подобных приборов;
- не имеется в наличии необходимых деталей и запчастей.
Если же все это и огромное желание присутствуют, то можно попробовать собрать генератор , руководствуясь указаниями по сборке и приложенной схемой.
Не секрет, что покупной электрогенератор будет обладать более расширенным перечнем возможностей и функций, в то время как самоделка способна подводить и давать сбои в самые неподходящие моменты. Поэтому, покупать или делать своими руками – вопрос сугубо индивидуальный, требующий ответственного подхода.
Как работает электрогенератор
Принцип работы электрогенератора основывается на физическом явлении электромагнитной индукции. Проводник, проходящий через искусственно созданное электромагнитное поле, создает импульс, который преобразуется в постоянный ток.
Генератор имеет двигатель, который способен вырабатывать электричество, сжигая в своих отсеках определенный вид топлива: , или . В свою очередь топливо, попадая в камеру сжигания, в процессе горения вырабатывает газ, который вращает коленчатый вал. Последний передает импульс ведомому валу, который уже способен предоставить определенное количество энергии на выходе.
Довольно часто встречаются проблемы с подачей электроэнергии в отдалённых от города поселениях, в том числе и на дачах. Поэтому многие владельцы начинают задумываться над альтернативными способами для домашнего пользования. Одним из таких является прибор для преобразования и накапливания электроэнергии - бензогенератор. Своими руками его сделать несложно. Ресурсы для переработки используются разные. Это может быть энергия солнца, ветра, воды и прочее. Вариант считается выгодным, кроме этого, основывается на простом принципе работы.
Сравнивая свойства моделей, сделанных своими руками с заводскими, отмечают некоторые просчёты. Но даже самый примитивный самодельный генератор способен выручить в ситуации полного отсутствия электроэнергии. И в плане стоимости сможет существенно сэкономить семейный бюджет.
Принцип работы генератора
В основе работы бензинового генератора для вырабатывания электричества положены явления электромагнитной индукции, изучаемые ещё в школьном курсе физики. Суть заключается в том, что через электромагнитное облако проходит проводник и получает импульс, который впоследствии перерабатывается в ток постоянного характера. Все операции следуют друг за другом:
Общая картина ясна, но необходимо понимать, что положительный результат гарантирован только в том случае, если правильно выполнены расчёты и соединения основных конструктивных частей.
Генераторы существуют разной мощности. Потребление топливных ресурсов также отличается. Но, независимо от перечисленных параметров, основополагающими являются две составляющих: ротор и статор. Якорь используется для создания электромагнитных полей , именно поэтому состоит из магнитов, равноудалённых от сердечника. Назначение статора - приведение в движение ротора и регулировка состояния электромагнитных полей.
В зависимости от того, как совершает вращение ротор, генераторы бывают синхронного и асинхронного типа. Синхронные считаются более капризными, так как восприимчивы к изменениям напряжения. Отличаются они и сложностью конструкции. Выигрышны в этом отношении асинхронные электрогенераторы. Они имеют довольно солидный перечень технических характеристик.
Сборка бензогенератора своими руками
Для создания электрогенераторов на 220 своими руками дома с целью использования в бытовых условиях, необходимо выполнить ряд мероприятий. Для начала составляется схема и уже согласно ей определяются с деталями и порядком сборки.
Перечень основных деталей
Для сборки электрогенератора на 220 В своими руками необходимо заранее подобрать все основные детали, из которых он состоит.
Принцип сборки
После того как все составляющие найдены и подготовлены, приступают непосредственно к сборке самодельного генератора переменного тока 220 В. Принцип состоит из нескольких этапов .
Самодельные генераторы переменного тока 220 В собрать довольно просто. Подготовленные детали соединяют между собой в такой последовательности: к двигателю подключают конденсаторы, как указано в схеме. Обращают внимание на тот факт, что ёмкость каждого последующего конденсатора такая же, как у предыдущего.
Самодельные генераторы на 220 В вполне справляются с обеспечением питания таких бытовых электроприборов, как болгарки, сварочного аппарата, электропилы и прочих.
Нюансы в использовании
Рассмотренный вариант очень прост как в сборке, так и в использовании, но имеет определённые недочёты:
Электрогенераторы могут работать не только на бензине. Для них подойдёт любой энергоресурс, к примеру, дрова или ветряной вариант. Но мощность таких приборов незначительна, да и самих ресурсов понадобится довольно много, что становится затратным.
Плюсы и минусы самодельных генераторов
Бесспорно, генератор, собранный в заводских условиях, существенно выигрывает перед самодельными. Но, тем не менее, стоит поговорить о том, какие положительные и отрицательные стороны отмечают у приборов, изготовленных в домашних условиях.
К плюсам самодельных генераторов переменного тока 220 В относят:
Кроме всех перечисленных достижений, присутствуют и негативные факторы, которые не смогут обеспечить бесперебойную работу генератора. Причиной этому могут быть частые поломки, спровоцированные такими моментами:
- невозможность обустройства герметичных соединений между деталями;
- неверный расчёт потребляемой мощности может вывести из строя генератор или понизить его производительность;
- отсутствие определённого опыта.
Для начинающих можно попробовать свои силы, изготавливая самодельный бензогенератор на 12 вольт. Принцип устройства аналогичный.
Как видим, электрогенераторы на 220 своими руками - неплохая альтернатива обычному электроснабжению. Он станет палочкой-выручалочкой при аварийном отсутствии электричества, поможет сэкономить, если необходимо выполнять строительные работы с помощью электроприборов. Если отсутствуют малейшие понятия обращения с электричеством, то не стоит рисковать и приступать к конструированию генератора самостоятельно без помощи специалистов.
В наше время добыча собственной электроэнергии не такая уж необычная вещь. Электросети работают с перебоями, особенно вне крупных городов. И чтобы избежать с этим проблем многие прибегают к использованию электрогенераторов. Для того, чтобы приобрести или сделать такой нужно узнать о лучших электрогенераторах, которые можно сделать своими руками.
Что это такое
Электрогенератор — это специальное устройство, которое предназначено для преобразования и накапления электричества. А добывается оно обычно из необычных источников — от бензина и газа до экологичных, вроде ветра, солнца и воды. Такой генератор может стоить дорого. Даже самые маломощные могут стоить от 15000 рублей.
Поэтому чтобы сэкономить несколько десятков тысяч многие создают их сами. Хорошо, что идей, как сделать электрогенератор своими руками, сейчас уже достаточно много.
Принцип работы
Электромагнитная индукция лежит в основе принципа работы электрогенератора.
Создаётся искусственное магнитное поле. Через него проходит проводник, создающий импульс. Импульс тем временем становится постоянным током.
В самом генераторе есть двигатель, который способен к выработке электричества через сжигание топлива определённого вида. Это может быть дизельное топливо, бензин, газ.
В это время топливо, попадающее в место сжигания, производит газ в процессе горения. А газ заставляет вращаться коленчатый вал. Он в свою очередь даёт импульс ведомому валу. Последний предоставляет энергию на выходе в определённых количествах.
Электрогенераторы в своей основе имеют два обязательных механизма — ротор и статор. Их наличие от топлива и мощности не зависит.
Ротор нужен, чтобы создать то самое электромагнитное поле. В его основе лежат магниты, которые находятся на одинаковом расстоянии от сердечника.
Статор не двигается. Это позволяет заставлять ротор двигаться, пока статор регулирует электромагнитное поле. Достигается из-за стальных блоков в его устройстве.
Асинхронные
Типы устройств электрогенераторов не заканчиваются на разделении по использованию топлива. Так же, по типу вращения ротора, генераторы могут быть:
- Синхронными — сложнее в своей конструкции. Перепады напряжения приводят к неисправностям. Это сказывается на работе и продуктивности.
- Асинхронными — с лёгким принципом работы, другими техническими характеристиками.
Магнитные катушки на роторе синхронного генератора затрудняют движение ротора. Ротор в асинхронном генераторе больше походит на маховик.
Особенности конструкции оказывают большое влияние на КПД. Синхронные имеют потерю до 11%. У асинхронного потеря максимально достигает 5%. Такие показатели делают асинхронные устройства популярными не только в быту, но и на производстве.
У асинхронных генераторов есть и ещё преимущества:
- Частая починка не нужна, потому что простой корпус надёжно защищает двигатель от отработанного топлива и лишней влаги.
- Выпрямитель на выходе защитит электроприборы, питающиеся от генератора.
- Устойчивость к перепадам напряжения.
- Всё детали в конструкции достаточно надежны и долговечны, поэтому эксплуатация без починок может длиться более 15 лет.
- Благодаря устойчивости к перепадам и способности питать приборы с омической нагрузкой, количество различных приборов для подключения растёт — от компьютеров до сварочных аппаратов и ламп.
- Высокий КПД.
Какие материалы нужны
Чтобы собрать небольшой асинхронный генератор, пригодятся такие детали, как:
- Двигатель. Легче всего взять из вышедших из строя электроприборов, потому что делать его своими руками сложно и долго. Особенно хорошо сгодятся двигатели из стиральных машин.
- Статор. Нужно брать готовый, с обмоткой.
- Трансформатор или выпрямитель. Пригодится, если электроэнергия на выходе имеет разную мощность.
- Электрические провода.
- Изолента.
Конечно, чтобы сделать ветряные и солнечные электрогенераторы своими руками потребуются более сложные схемы и большее количество материалов, но при желании и их, и инструкции к ним можно найти.
Обратите внимание!
Сборка
Процесс сборки может быть усложнён по разным причинам. Например, нет определённого навыка для работы. Нет опыта в создании таких устройств. Нет нужных деталей и запчастей. Однако если всё это и большое желание в наличии, то попробовать можно.
Но перед началом работы обязательно нужно выполнить несколько условий — добыть материалы и инструкции для изготовления электрогенератора. И прочесть их. А также позаботиться о технике безопасности.
Перед началом работы имеет смысл позаботиться о схемах сборки и чертежах. Это значительно облегчит и ускорит процесс.
Газовые и бензиновые электрогенераторы собираются своими руками чаще всего. Но как при их сборке, так и при сборке других, нужно произвести подготовку и некоторые расчёты. Например, важно знать мощность нужного генератора.
Чтобы определить скорость вращения, двигатель должен быть подключён в сеть. Для определения потребуется тахометр. Величину, полученную при измерениях, нужно прибавить к компенсаторной величине, составляющей 10%. Эта величина позволяет не дать двигателю перегреться.
Обратите внимание!
Учитывая мощность нужно подобрать конденсаторы.
Важно помнить о заземлении, ведь дело идёт о работе с электричеством. И это не только вопрос износа устройства, но и вопрос безопасности.
Сама сборка проста — Конденсаторы подсоединяются к двигателю по очереди по схеме (её можно найти в интернете). Это всё, что нужно для создания генератора малой мощности.
Этот вариант самый удобный и лёгкий. Однако стоит обратить внимание на следующие моменты:
- Нужно следить за температурой двигателя, чтобы он не перегрелся.
- Иногда генератору нужно будет давать остыть до 40 градусов.
- КПД, возможно, будет снижаться в зависимости от времени работы. Это нормально.
- Пользователю нужно будет самостоятельно следить за состоянием генератора, подключать к нему измерительные приборы.
После сборки механической части следует заняться электрической стороной. Начинать стоит после установки шкивов, соединяющихся ремнем.
- Обмотки на электрическом моторе соединяются согласно схеме звезда.
- Конденсаторы, подключаемые к обмотке, должны образовать собой треугольник.
- Напряжение будет сниматься между концом обмотки и средней точкой. Тогда получается ток с напряжением 220 вольт, а между обмотками — 380 вольт.
Обратите внимание!
Специалисты дают ещё несколько полезных советов, которые помогут при сборке генератора:
- Электрический двигатель может сильно нагреваться. Чтобы этого не было — нужно заменить конденсаторы на те, у которых меньше ёмкость.
- Самодельные электрогенераторы обычно предполагают конденсаторы с напряжением от 400 вольт. Для правильной работы хватит и одного.
- В сети нужен трехфазный трансформатор, если для питания дома нужны все фазы двигателя.
Скорее всего, даже сделанный, как на красивых фото, самодельный электрогенератор, не сможет конкурировать с покупными моделями.
Однако, если воспринимать его как дополнительный, запасной источник электроэнергии, то его вполне можно сделать и использовать. Тем более что как показывает практика, сделать генератор самостоятельно не так уж и сложно. Нужно просто приложить старания и всё получиться.
Фото электрогенераторов своими руками
