Генератор из асинхронного двигателя своими руками: Как сделать самодельный генератор из асинхронного двигателя

Содержание

Генератор из асинхронного двигателя своими руками. Как переделать асинхронный двигатель в генератор

Сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками несложно, но придется постараться и потратить некоторые средства на приобретение комплектующих. Но для проведения работ необходимо знать некоторые тонкости. В частности, принципы работы асинхронного двигателя переменного тока, изучить основные элементы его конструкции. Главное в генераторных установках – это движение магнитного поля. Оно может обеспечиваться путем вращения якоря при помощи двигателя внутреннего сгорания либо ветряной установки. Также возможно использование альтернативных источников – силы воды, пара и пр.

Конструкция асинхронного двигателя

Можно выделить всего несколько элементов:

  1. Статор с обмоткой.
  2. Передняя и задняя крышки с установленными подшипниками.
  3. Ротор с короткозамкнутыми витками.
  4. Контакты для подключения к электрической сети.

Если задуматься, то может показаться, что очень просто переделать двигатель в генератор, фото которого вы можете детально рассмотреть. Но если разобраться более тщательно, то окажется, что не все так и просто, подводных камней предостаточно.

Статор состоит из множества металлических пластин, прижатых плотно друг к другу. Также они обработаны лаком, в некоторых конструкциях, для придания прочности, все пластины приварены друг к другу. На статоре намотан провод, он плотно прилегает к сердечнику и изолирован от него при помощи картонных вставок. В крышках расположены подшипники, с их помощью производится не только более легкое прокручивание ротора, но и его центрирование.

Принцип работы двигателя

Суть всего процесса заключается в том, что магнитное поле образуется вокруг статорной обмотки. Оно достаточно мощное, но не хватает главного компонента – движения. Поле статическое, неподвижное, а главное условие в генераторных установках – это вращение, изменение направления силовых линий. В случае с двигателем все достаточно просто – имеется ротор, который изготовлен из металла. Внутри несколько витков очень толстого кабеля. Причем все витки замкнуты, соединены между собой.

Получается принцип простого трансформатора. В короткозамкнутых витках индуцируется ЭДС, которое создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле. Получается, что теперь все есть для того чтобы появилось движение. Под действием сил происходит вращение ротора электрического двигателя. Такой тип машин обладает хорошими характеристиками, а конструкция проста и надежна, ломаться нечему. По этой причине асинхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности. Более 95% всех моторов на заводах и фабриках – это асинхронные. Изготовить генератор своими руками, схема которого не очень сложная, может каждый при наличии минимальных знаний.

Подключение к однофазной сети

Истинной проблемой становится подключение электродвигателя, рассчитанного на три фазы, к одной. Принцип генератора немного отличается, но для его понимания нужно рассмотреть и процесс мотора. Необходимо использование емкости, которая позволит сделать сдвиг фазы в нужную сторону. Причем существует несколько схем, используемых на практике. В одних конденсатор применяется только в момент запуска, в других и при работе. Включается пусковая емкость на короткий промежуток времени, до достижения необходимых оборотов. Контактирует она через выключатель параллельно одной из обмоток, соединенных по схеме треугольник.

У таких вариантов подключения имеется один существенный недостаток – снижение мощности электродвигателя. Можно получить от него как максимум 50-процентную отдачу. Следовательно, при мощности мотора 1,5 кВт, в случае питания от однофазной сети, вы сможете получить лишь половину – 0,75 кВт. Это накладывает определенные неудобства, так как приходится использовать более мощные электродвигатели.

Как получить три фазы из одной

Для более удобного использования электрических асинхронных двигателей необходимо питание от трех фаз. Но провести к себе домой такую сеть сможет не каждый, также возникают трудности с учетом электроэнергии. Поэтому приходится выкручиваться, как получается. Проще всего установить частотный преобразователь. Но его стоимость высокая, не каждый способен выделить такую сумму для собственного гаража или мастерской. Поэтому приходится применять подручные средства. Вам потребуется асинхронный двигатель, конденсатор и автотрансформатор. В качестве последнего можно использовать самодельное устройство, изготовленное из сердечника электродвигателя. Можете даже сделать чертеж генератора, чтобы упростить работу по сборке.

На него требуется намотать около 400 витков провода. Диаметр его около 6 кв. мм. Для точности требуется сделать десять отводов, чтобы совершить подгонку фаз. Можно сказать даже, что это генератор из асинхронного двигателя, своими руками сделанный. Только его основная функция – это преобразование, сдвиг фаз. Одна обмотка соединяется с фазой, между двумя остальными включен конденсатор. Вторая обмотка соединяется с нулем, третья подключается туда же, только через автотрансформатор. Средний его вывод – это одна фаза, две остальных – это выводы розетки.

Что учесть для переделки в генератор

Чтобы сделать ветро генератор из (асинхронный!) двигателя, вам потребуется учесть одну главную особенность. А именно – создать магнитное поле, которое будет совершать движение. Добиться этого можно двумя путями. Первый – это установка постоянных магнитов на роторе. Второй – сделать обмотку возбуждения на якоре. У обоих способов есть как преимущества, так и недостатки.

Решить нужно перед началом проведения работ, генератор тока какого вида вам необходим. Если нужен постоянный, то потребуется применять диоды для выпрямления. Это позволит обеспечить светом небольшой дом, а также запитать практически любую бытовую аппаратуру. Самодельные генераторы тока могут приводиться в движение даже силой ветра. Нужно только провести расчет обмоток, чтобы на выходе не было превышения напряжения. Хотя стабилизацию можно сделать и при помощи использования регуляторов, используемых в автомобильной технике.

Постоянные магниты или обмотка возбуждения?

Как говорилось ранее, можно сделать обмотку возбуждения или провести монтаж постоянных магнитов. Недостаток последнего способа – большая стоимость магнитов. А минус первого – это необходимость применять щеточный узел для обеспечения питанием. Он нуждается в уходе и своевременной замене. Причина – трение, которое постепенно съедает поверхность графитовой щетки. Любой автомобильный генератор, инструкция к которому обязательно прилагается, обладает именно таким недостатком.

Чтобы сделать обмотку возбуждения, достаточно изменить конструкцию якоря. Он должен быть металлическим, на нем обязательно наматывается провод в лаковой изоляции. Также потребуется на одном краю ротора установить контакты, которые служат для питания. Но плюс в том, что имеется возможность стабилизации напряжения на выходе генератора. Проще окажется в якоре сделать пазы для монтажа ниодимовых магнитов. Они создают очень сильное поле, которого достаточно для генерации больших значений напряжения и тока.

Сколько фаз нужно на выходе?

Проще всего оказывается, конечно, сделать генератор, фото которого приведено, если на выходе должна быть всего одна фаза. Но тут есть загвоздка – не каждая конструкция позволяет осуществить это. Самодельный генератор из асинхронного двигателя такого типа можно сделать, если все обмотки выведены и не соединены между собой. Многие модели моторов имеют лишь три вывода, остальные уже внутри соединены, поэтому для реализации задумки нужно полностью его разобрать и вывести необходимые провода наружу.

Затем они соединяются последовательно и на выходе можно получить однофазное напряжение. Но если вам нужно трехфазное, не стоит делать ничего, модернизация обмоток не потребуется. Но учитывать особенности все равно нужно. Необходимо, чтобы генератор из асинхронного двигателя, своими руками сделанный, имел соединение обмоток по схеме звезда. Вот небольшое отличие от варианта, когда машина работает в качестве источника движения. Эффективная генерация электроэнергии возможна только при включении по схеме звезда.

Как провести выпрямление тока?

Но если возникает необходимость в получении постоянного тока, вам потребуется знание схемотехники. Нужно 12 или 24 Вольт напряжение? Нет ничего проще, автомобильная электроника придет на помощь. Но только в том случае, если используется обмотка возбуждения в качестве генератора магнитного поля. При использовании постоянных магнитов процедура стабилизации усложняется.

Вариант выпрямителя выбирается, исходя из того, какое количество фаз на выходе генератора. Если одна, то вполне достаточно мостовой схемы, либо вообще на одном диоде (однополупериодный выпрямитель). Если же три фазы на выходе, то возникнет необходимость в использовании шести полупроводников для выпрямления. Также три штуки (по одному на каждую фазу) – для защиты от обратного напряжения.

Как сделать из трех одну фазу

Это действие проводить не нужно, так как оно попросту бессмысленно. Генератор если выдает трехфазное переменное напряжение, то для запитывания потребителей (телевизора, лампы накаливания, холодильника, и пр.), необходимо использовать всего один вывод. Второй – это общий, точка соединения обмоток. Как было сказано ранее, требуется соединять их по схеме звезда.

Поэтому у вас имеется возможность подключения потребителей к одной из фаз. Вопрос в том, есть ли смысл, рационально ли так поступать? Если необходимо обеспечить дом исключительно светом, никаких потребителей не планируете подключать, то вполне разумнее использовать маломощные светодиодные светильники. Они потребляют малое количество электроэнергии, поэтому генератор тока, который выдает стабильно 12 Вольт, способен обеспечить дом не только светом. Можно без труда включать и бытовую технику, которой требуется для работы именно такое напряжение.

Правила намотки провода

Не всегда нужна такая информация, так как, в целях упрощения конструкции, используется та статорная обмотка, которая уже имеется. Но она не всегда удовлетворяет тем условиям, которые стоят перед вами. Например, если вы конструируете ветро генератор из (асинхронный) двигателя, невозможно получить минимальное число оборотов ротора. Следовательно, на выходе напряжение окажется малым и недостаточным для работы бытовой техники. Поэтому возникает необходимость в небольших переделках.

Обмотку проводить нужно более толстым проводом, чтобы получить более высокое значение силы тока на выходе. Для этого избавляетесь от старого провода. Намотка ведется вплотную, на картонный каркас. Когда она проведена, требуется нанести слой лака, обильно ним пропитать провод. Только не забудьте перед началом эксплуатации устройства хорошенько просушить. Для этого лампу накаливания 25 или 40 Вт установите в середине статора и оставьте на 1-2 дня. Не оставляйте только без присмотра.

Экспериментальное определение необходимого количества витков

Чтобы определить, какое число витков вам необходимо для нормальной работы генератора, потребуется воспользоваться множеством формул. Но нужно знать сечение сердечника, материал, из которого он изготовлен. Но это зачастую просто невозможно определить. Поэтому приходится делать эксперименты. В зависимости от того, одна или три фазы вам нужно, изменяется алгоритм проведения эксперимента. Самодельный генератор из асинхронного двигателя может быть изготовлен различными методами.

Если планируется сделать одну фазу на выходе, то намотайте равномерно по всему сердечнику 10-20 витков провода. Соберите всю конструкцию и соедините с приводом, который будете использовать в дальнейшем. Проведите замер напряжения на выходе, разделите на то число витков, которое намотали. И вы получите напряжение, снимаемое с одного витка. Для вычисления длины обмотки, вам нужно применить простое вычисление – напряжение (необходимое) разделить на полученное значение. Аналогично проводится расчет и трехфазного генератора.

Выводы

Сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками несложно. Самое главное – это решить, какой привод планируете использовать. Если это обычный бензиновый двигатель, то проблем никаких не возникнет. Большие трудности возникнут в случае, если в качестве привода вы будете использовать ветряную мельницу. Причина – обороты двигателя, равно как и выходное напряжение, напрямую зависят от силы ветра, его скорости. Поэтому такие генераторы необходимо рассчитывать таким образом, чтобы даже при минимальных оборотах вырабатывалось номинальное напряжение. Но на выходе желательно иметь не более 12 Вольт. Это окажется более простым решением.

видео-инструкция как переделать и схемы

Автор Aluarius На чтение 4 мин. Просмотров 497 Опубликовано

Все бытовые приборы, которые сегодня используются для домашнего хозяйствования, работают от электроэнергии. То есть, получается так, что электрический ток становится основной механической работы приборов. Но есть у этой зависимости обратная сторона – можно из механической энергии получить электрическую. И этим многие умельцы пользуются, создавая генератор из асинхронного двигателя своими  руками.

Все, у кого есть домик за городом, сталкиваются с проблемой непостоянной подачи электроэнергии. Скажем прямо, это проблема номер один дачных поселков. Выйти из этого положения помогают генераторы, работающие на бензине или солярке. Правда, такие энергетические приборы – удовольствие не из дешевых, поэтому многие дачники собирают генераторы своими руками, используя для этого асинхронный двигатель.

Как работает асинхронный генератор

Итак, как было сказано выше, асинхронный двигатель может работать в режиме генератора только в том случае, если ему создать крутящий момент ротора и правильно подобрать и соединить конденсаторную группу.

Что касается крутящего момента, то здесь огромное количество конструкций и приборов, которые этот крутящий момент могут создать. Вот только несколько примеров.

  • Это может быть любой бензиновый или дизельный двигатель небольшой мощности. Многие мастера для этого используют бензопилы или мотоблоки. Чтобы увеличить скорость вращения ротора электродвигателя, необходимо рассчитать соотношение диаметра шкивов, установленных на роторе и валу бензодвигателя. Вращение передается с помощью ремня, цепь в данном случае не используется в виду высокой скорости вращения.
  • Можно механическую энергию создать с помощью воды, установив под ее поток лопастную конструкцию, похожую на винт корабля или катера.
  • Есть вариант с использованием ветряка. Обычно такие приспособления устанавливают в степных зонах, где ветер всегда присутствует.

Это три основных способа получить электрический ток через асинхронный двигатель.

Внимание! Все специалисты уверяют, что идеальный вариант использования двигателя для механической энергии тот, у которого так называемый вечный холостой ход. То есть, скорость вращения не изменяется и является величиной постоянной. К тому же вам придется увеличить скорость вращение вала электродвигателя, которая будет отличаться от номинальной с увеличением на 10%.

Узнать номинальную скорость вращения можно на бирке или в паспорте прибора. Ее единица измерения – об/мин. Если этот показатель вы не нашли, то можно его определить, если включить мотор в питающую электрическую сеть, установив предварительно на валу тахометр.

Теперь что касается конденсаторов и схемы соединения электродвигателя. Во-первых, есть определенная зависимость емкости конденсаторов от мощности генератора. Вот она в таблице ниже.

Таблица емкости для генератора

Во-вторых, емкость конденсаторов на каждой обметке двигателя одинаковая. В-третьих, учитывайте тот момент, что высокая емкость может привести к перегреву электродвигателя. Поэтому строго придерживайтесь соотношения по таблице. В-четвертых, монтаж и сборка конденсаторной группы – дело ответственное, поэтому будьте внимательны. Очень важна в данном деле изоляция.

Совет! Соединять конденсаторы между собой надо по схеме треугольника. А обмотки по схеме звезда.

Кстати, вот внизу схема включения электродвигателя в качестве генератора.

И еще один момент. Генератор из асинхронного двигателя короткозамкнутого выдает очень большое напряжение. Поэтому если вам необходимо напряжение 220В, то рекомендуется после него установить понижающий трансформатор. Переделать можно и однофазные электродвигатели небольшой мощности, которые используются в бытовых приборах. Конечно, они будут также маломощными, но включить с их помощью лампочку или подключить модем не будет проблемой. Кстати, начинающие домашние мастера начинают свою деятельность в качестве электрика именно с таких небольших приборов. Их схема проста, детали доступны, к тому же сам собранный прибор практически безопасен.

Рекомендации по эксплуатации генераторов

  1. Генератор из асинхронного двигателя – прибор повышенной опасности. И неважно, какой у него мотор, который передает механическую энергию. В любом случае необходимо позаботиться о безопасности эксплуатации. Самый простой способ – провести грамотно изоляцию прибора.
  2. Если асинхронный генератор будет использован периодически в качестве источника электроэнергии, то его необходимо укомплектовать измерительными приборами. Обычно для этого используют тахометр и вольтметр.
  3. Конечно, должны быть в схеме агрегата и две кнопки: «ВКЛ» и «ВЫКЛ».
  4. Обязательное условие – заземление.
  5. Учтите и тот факт, что мощность асинхронного генератора обычно отличается от мощности самого электродвигателя на 30-50%. Это связано с потерями при преобразовании механической энергии в электрическую.
  6. Обращайте внимание и на температурный режим эксплуатации. Как и двигатель внутреннего сгорания, генератор будет нагреваться.

Заключение по теме

Сделать своими руками генератор из обычного асинхронного двигателя не проблема. Здесь важно соблюсти все требования, которые были нами описаны выше. Небольшая неточность, и все может пойти неправильно. Во всяком случае, получить ток напряжением 220 вольт уже не получится, а если и получится, то сам агрегат долго не проработает.

Генератор из асинхронного двигателя своими руками: 3 схемы

Как подобрать электродвигатель

Чтобы исключить ошибки на стадии проекта необходимо уделить внимание конструкции приобретаемого двигателя, а также его электрическим характеристикам: потребляемой мощности, величине напряжения питания, числу оборотов ротора.

Асинхронные машины обратимы.

Они способны работать в режиме:

· электродвигателя, когда на них подается внешнее напряжение;

· или генератора, если их ротор вращает источник механической энергии, например, водяное либо ветряное колесо, двигатель внутреннего сгорания.

Обращаем внимание на заводскую табличку, конструкцию ротора и статора. Учитываем их особенности при создании генератора.

Что надо знать о конструкции статора

У него на общем сердечнике магнитопровода намотаны три изолированных обмотки для питания от каждой фазы напряжения.

Их подключают одним из двух способов:

1. Звездой, когда все концы собраны в одну точку. На 3 начала и общий вывод концов подается напряжение по четырем проводам.

2. Треугольником — конец одной обмотоки подключен к началу другой так, что схема собрана кольцом и из нее выходят всего три провода.

Более подробно эта информация изложена в статье моего сайта о подключении трехфазного двигателя в бытовую однофазную сеть .

Особенности конструкции ротора

На нем тоже создан магнитопровод и три обмотки.

Они соединяются одним из двух способов:

1. через контактные выводы у двигателя с фазным ротором;

2. накоротко замкнуты алюминиевой вставкой в конструкцию беличьего колеса — асинхронные машины.

Нам нужен ротор короткозамкнутый. Все схемы разработаны для него.

Конструкцию фазного ротора тоже можно использовать в качестве генератора. Но ее придется переделать: просто шунтируем все вывода между собой закоротками.

Преимущества и недостатки генератора

К положительным качествам разработки принадлежат:

  1. Простая и быстрая сборка с возможностью избежать разборки электродвигателя и перемотки обмотки.
  2. Способность осуществлять вращение электротока с помощью ветряной либо гидротурбины.
  3. Применение устройства в системах мотор-генератор, чтобы преобразовать однофазную сеть (220В) на трехфазную (380 В).
  4. Способность использовать разработку в местах отсутствия электричества, применяя для раскрутки двигатель внутреннего сгорания.

Минусы:

  1. Проблематичность расчета емкости конденсата, который присоединяется к обмоткам.
  2. Сложно достичь максимальной отметки мощности, на которую способна самостоятельная разработка.

Самодельный генератор из асинхронного двигателя

Принцип работы

Генератор вырабатывает электрическую энергию при условии, что количество оборотов ротора несколько выше синхронной скорости. Самый простой тип вырабатывает порядка 1800 об/мин., учитывая, что уровень его синхронной скорости становится 1500 оборотов.

Его принцип действия основывается на переработке механической энергии в электроэнергию. Заставить ротор вращаться, и производить электричество можно с помощью сильного крутящегося момента. В идеальном варианте – постоянный холостой ход, который способен поддерживать одинаковую скорость движения.

Все виды моторов, работающие от силы непостоянного тока, называются асинхронными. У них магнитное поле статора кружится скорее, чем поле ротора, соответственно направляя его в сторону своего движения. Чтобы изменить электромотор на функционирующий генератор понадобится повысить скорость передвижения ротора, чтобы он не следовал за магнитным полем статора, а начал двигаться в другую сторону.

Получить подобный результат можно, подключив прибор к электросети, конденсатор с большой емкостью или целую группу конденсаторов. Они заряжаются и скапливают энергию от магнитных полей. Фаза конденсатора имеет заряд, который противоположен источнику тока мотора, из-за чего происходит замедление работы ротора, и начинается выработка тока статорной обмоткой.

Схема генератора

Схема очень простая и не нуждается в наличии специальных знаний и умений. Если запустить разработку не подключая ее к сети, начнется вращение и, после выхода на синхронную частоту, статорная обмотка станет образовывать электрическую энергию.

Прикрепив к ее зажимам специальную батарею из нескольких конденсаторов (С) можно получить опережающий емкостный ток, который будет создавать намагничивание. Емкость конденсаторов должна быть выше критического обозначения С0, которое зависит от габаритов и характеристик генератора.

В данной ситуации происходит процесс самостоятельного запуска, а на статорной обмотке монтируется система с симметричным трехфазным напряжением. Показатель создаваемого тока напрямую зависит от емкости для конденсаторов, а также характеристики машины.

Простейшая схема включения асинхронного двигателя

Работа двигателя в режиме генератора

Любой асинхронный электрогенератор используется в качестве некоего трансформатора, где механическая энергия от вращения вала двигателя, преобразуется в переменный ток. Такое становится возможным тогда, когда его скорость становится выше синхронной (порядка 1500 об/мин).  Классическую схему переделки и подключения двигателя в режиме электрогенератора с выработкой трехфазного тока можно легко собрать своими руками:

Чтобы достичь такой стартовой частоты вращения, необходимо приложить довольно большой крутящий момент (например, за счет подключения двигателя внутреннего сгорания в бензогенераторе или крыльчатки в ветряке). Как только частота вращения достигает значения синхронной, начинает действовать конденсаторная батарея, создающая емкостный ток. За счет этого происходит самовозбуждение обмоток статора и выработка электрического тока (режим генерирования).

Необходимым условием устойчивой работы такого электрогенератора с промышленной частотой сети 50 Гц, является соответствие его частотных характеристик:

  1. Скорость его вращения должна превышать асинхронную (частоту работы самого двигателя) на процент скольжения (от 2 до 10%),
  2. Значение скорости вращения генератора должно соответствовать синхронной скорости.

Как самостоятельно собрать асинхронный генератор?

Обладая полученными знаниями, смекалкой и умением работать с информацией, можно своими руками собрать/переделать работоспособный генератор из двигателя. Для этого необходимо совершить точные действия следующей последовательности:

  1. Вычисляется реальная (асинхронная) частота вращения двигателя, который планируется применить в качестве электрогенератора. Для определения оборотов на подключенном к сети агрегате можно использовать тахограф,
  2. Определяется синхронная частота двигателя, которая одновременно будет асинхронной для генератора. Здесь учитывается величина скольжения (2-10%). Допустим, измерения показали скорость вращения на уровне 1450 об/мин. Требуемая частота работы электрогенератора будет составлять:

nГЕН = (1,02…1,1)nДВ= (1,02…1,1)·1450 = 1479…1595 об/мин,

  1. Подбор конденсатора необходимой емкости (используются стандартные сравнительные таблицы данных).

На этом можно и поставить точку, но если требуется напряжение однофазной сети 220В, то режим функционирования такого устройства потребует внедрения в приведенную ранее схему понижающего трансформатора.

Виды генераторов на базе двигателей

Покупка штатного готового эл генератора – удовольствие отнюдь не из дешевых и вряд ли по карману практическому большинству наших сограждан. Прекрасной альтернативой может послужить самодельный генератор, его можно собрать при достаточных познаниях в области электротехники и слесарного дела. Собранное устройство может успешно использоваться в качестве:

  1. Электрогенератора с самозапиткой. Пользователь может своими руками получить устройство для выработки электроэнергии с длительным периодом действия вследствие самостоятельной подпитки,
  2. Ветрогенератора. В качестве движителя, необходимого для пуска двигателя, используется ветряк, который вращается под воздействием ветра,
  3. Генератора на неодимовых магнитах,
  4. Трехфазного бензогенератора,
  5. Однофазного маломощного генератора на двигателях электроприборов и т. д.

Переделка своими руками стандартного мотора в действующее генерирующее устройство – занятие увлекательное и очевидно экономящее бюджет. Таким образом можно переделать обычный ветряк, соединив его с двигателем для автономной выработки энергии.

Схема асинхронного генератора с подключением конденсаторов к двум обмоткам

Этот вариант довольно популярен. Он позволяет питать от двух обмоток три группы потребителей:

  • две напряжением 220 вольт;
  • одну — 380.


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:

Q=2π∙f∙C∙U2

Из этой формулы, зная мощность двигателя, для обеспечения полной нагрузки можно рассчитать емкость батареи конденсаторов:

С=Q/2π∙f∙U2

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.

Мощность генератора (кВА)Режим полной нагрузкиРежим холостого хода
cos φ=0.8cos φ=1Q (кВАр)С (мкф)
Q (кВАр)С (мкф)Q (кВАр)С (мкф)
1515,53427,81725,44120
1011,12455,91304,1892
78,251824,44983,3674
56,251383,4752,7260
3,54,531002,54562,0445
22,72601,63361,2728

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.

Необходимые материалы и инструменты

Для изготовления мотора-генератора своими руками достаточно иметь антисинхронный двигатель. Остальные материалы можно найти в хозяйстве или на специализированных рынках радиотехники.

Могут понадобиться такие инструменты и материалы:

  1. Труба из стали с толщиной стенок не менее 3 мм и общим диаметром 6 см и больше. Высоту нужно подбирать индивидуально, в зависимости от скорости ветров в регионе. Но нужно помнить, что чем выше будет мачта, тем сильнее будет дуть ветер и, соответственно, вырабатываться больше электричества.
  2. Для изготовления лопастей можно использовать различные материалы, но лучше купить готовую деталь заводского производства, так как она будет идеально откалибрована. Самостоятельно изготовить её можно из труб или листов ПВХ, металла. Кроме этого, может подойти деревянная доска, профиль из стеклоткани.
  3. В качестве основы (опоры для мачты) подойдёт бетонная стяжка. С другой стороны, можно использовать металл или дерево. Нужно только помнить, что за надёжность конструкции отвечает основа. Если опора будет слабой, то мачта со временем рухнет от ветра.
  4. Дрель и набор свёрл.
  5. Ножовка.
  6. Разводной ключ.
  7. Рулетка.
  8. Лист металла, который будет служить материалом для изготовления мачты.
  9. Стальная рама. Она будет выполнять функцию основы для ветрогенератора, поворотного механизма и лопастей.
  10. Весь необходимый дополнительный инструмент, включая сварку, с помощью которого можно изготовить устройство.
  11. Хомуты для фиксации растяжек.
  12. Металлический трос с сечением 12 мм.

Характеристики ветрогенератора

Сначала необходимо определиться с желаемым итоговым результатом. Характеристики электродвигателя, выполняющего роль генератора, могут быть разными, и от этого зависит, сколько электроэнергии устройство будет вырабатывать за единицу времени.

Для производства среднего количества энергии генератор должен иметь приблизительно такие характеристики:

  1. Минимальная мощность установки — 1.3 кВт.
  2. Желательны неодимовые магниты в конструкции. Их функция заключается в обеспечении электромагнитной движущейся силы. Для этого может применяться и стальная гильза, которая устанавливается на ротор.
  3. Расположение магнитов на роторе должно соответствовать схеме. Это значит, что их полюсы должны быть развёрнуты в правильную сторону.
  4. Предварительно вал ротора нужно проточить и подогнать размеры под диаметр магнитов.
  5. При установке магнитов не всегда требуется переделывать обмотку. Если она состоит из проводов с большим сечением — ничего страшного, это только увеличит мощность. Самым лучшим вариантом обмотки будет устройство, имеющее шесть полюсов, провод с сечением не более 1.2 мм и максимум 24 витка на катушке.

Нюансы монтажа

Как правило, для изготовления ветро генератора из асинхронного двигателя своими руками применяется ветряк с тремя лопастями, которые в диаметре достигают двух метров. Если увеличить количество лопастей или их длину, то улучшение характеристик не произойдёт. Перед тем как выбирать модификацию устройства, тип, характеристики, габариты, необходимо осуществить правильный расчёт.

Для начала нужно рассчитать мощность самой мачты. Она должна устанавливаться на бетонную основу толщиной полметра. Предварительно следует вырыть яму, также учитывая при этом состояние и тип почвы.

Подключать к электросети каждый из приборов нужно в определённом порядке. Сначала идут аккумуляторы, а потом уже и ветрогенератор. Вращаться вал электромотора может либо горизонтально, либо вертикально. Как правило, устанавливают в вертикальном положении, это связано с конструктивными особенностями. Для обеспечения защиты от влаги генератор оборудуют прокладками или колпаком.


Для установки мачты необходимо выбрать открытое место, где будет максимальное количество ветров. Высота монтажа генераторного устройства должна быть достаточно большой. Переделанный асинхронник в идеальном варианте устанавливается на высоте 15 метров, но на практике мачты более 7 метров никто не использует.

В качестве основного источника электрического питания дома устройство лучше не использовать. Такое тихоходное устройство следует устанавливать для страховки от ситуаций с перебоями в электричестве или для экономии семейного бюджета, поскольку счёт за централизованную подачу существенно уменьшается.

Стоит отметить, что установки подобного типа можно использовать не во всех регионах. Минимальная скорость ветра для целесообразности использования должна постоянно держаться на отметке 7 метров за секунду. Если этот показатель меньше, то и электроэнергии будет вырабатываться очень мало.

Перед установкой проводятся необходимые расчёты. В некоторых ситуациях могут возникнуть сложности с обработкой узлов асинхронного движка. Ветряк нельзя изготовить без соответствующих модулей, а также проведения предварительных испытаний устройства. Подключение такого оборудования осуществить невозможно.

Порядок доработки обмоток

Прежде чем сделать генератор из асинхронного двигателя, следует разобраться с его статорными катушками, соединёнными между собой и включаемыми в питающую линию по определённой схеме.

Дополнительная информация. Для классического подключения асинхронных механизмов используются два типа включения статорных обмоток: по так называемой схеме «звезда» или «в треугольник».

В первом случае все три линейных катушки (А, В и С) с одной стороны объединяются в общий нулевой провод, в то время как вторые их концы подключаются к трём фазным линиям. При включении «треугольником» конец одной катушки соединяется с началом второй, а её конец, в свою очередь, – с началом третьей обмотки и так далее вплоть до замыкания цепочки.

В результате такого подключения образуется правильная геометрическая фигура, вершины которой соответствуют трём фазным проводам, а нулевой провод вообще отсутствует.

Из соображений простоты монтажа и безопасности эксплуатации в бытовых схемах обычно выбирается подключение типа «звезда», обеспечивающее возможность организации местного (повторного) защитного заземления.

При доработке двигателя следует снять крышку распределительной коробки и получить доступ к клеммам, на которые в нормальных условиях поступает трёхфазное питающее напряжение. В генераторном режиме к этим контактам следует подсоединить питающую линию с подключёнными к ней бытовыми трёхфазными потребителями.

Для организации однофазного питания (розеточных линий и цепей освещения, в частности) их нужно будет подключить одним концом к выбранному фазному контакту А, В или С, а другим – к общему нулевому проводу. Порядок подсоединения проводов к асинхронному двигателю приводится на следующем рисунке.

Важно! В случае нескольких линейных (однофазных) нагрузок необходимо распределить их по фазам таким образом, чтобы те были загружены более-менее равномерно.

Таким образом, генератор своими руками, собранный из трёхфазного двигателя, будет нагружен на все питающие цепи, а конечные потребители получат полагающиеся им нормативные мощности.

Организация приводной части

В бытовых условиях в качестве механического привода, как правило, используются типовые бензогенераторы, с которых момент вращения передаётся непосредственно на рабочий вал. Основная проблема при таком подключении – организация надёжного муфтового сцепления, полностью передающего крутящий момент на ось якоря генератора (в данной ситуации его функцию выполняет ротор двигателя).

При её обустройстве самый оптимальный вариант – это обратиться за помощью к профессиональным механикам, которые помогут организовать муфтовое соединение требуемого качества и надёжности.

Обратите внимание! Ротор переделываемого механизма напоминает по своей конструкции обмотку статора с тремя сдвинутыми на 120 градусов обмотками (он называется в этом случае фазным).

Линейные выводы каждой из обмоток соединяются со съёмными контактными кольцами, посредством которых на механизм двигателя через графитовые щётки подавалось запускающее напряжение. Если оставить всё как было, получается очень непростая в изготовлении и обслуживании конструкция, использовать которую в составе будущего генератора не имеет смысла.

Для удобства переделки лучше всего воспользоваться схемой короткозамкнутой подвижной части, которая может быть получена путём закорачивания рабочих выводов каждой из катушек фазного ротора.

Генератор на постоянных магнитах

Известен ещё один способ обустройства бытовых генераторов, состоящий в использовании при изготовлении мощных постоянных магнитов и ряда дополнительных приспособлений (в некоторых средствах массовой информации их ещё называют «вечными»).

Принцип работы такого источника энергии на магнитах состоит во взаимодействии эм полей, создаваемых постоянными магнитными заготовками, жёстко закреплёнными на статорной и роторной части устройства (смотрите рисунок ниже).

Основное преимущество таких двигателей, выполняющих функцию генератора, – отсутствие потребности в источнике внешней энергии или в топливе. Однако и в данном случае не обходится без  недостатков, проявляющихся, в первую очередь, в том, что сильные магнитные поля могут негативно сказываться на здоровье обслуживающего персонала.

С учётом этого недостатка во всех остальных ситуациях такой электромотор широко применяется в различных приводных узлах, нередко устанавливаемых на промышленном оборудовании. В качестве примера может быть приведён известный среди специалистов генератор, под обозначением «г 303».

В заключение обзора самодельных генераторов следует заметить, что для переделки их из асинхронных двигателей может потребоваться целый комплект специального съёмного инструмента, по своему составу напоминающий автомобильное оборудование.

Советы по эксплуатации

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.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трёхфазного напряжения. Этот вариант включения уменьшает рабочую ёмкость конденсаторов, снижает нагрузку на первичный механический двигатель в режиме холостого хода и т.о. экономит «драгоценное» топливо.

В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа «Ока», «Волга», поливальных насосов «Агидель», «БЦН» и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) — больше.

Теперь несколько слов о первичном механическом двигателе, который будет приводить во вращение генератор. Как известно, любое преобразование энергии связано с её неизбежными потерями. Их величина определяется КПД устройства. Поэтому мощность механического двигателя должна превышать мощность асинхронного генератора на 50…100%. Например, при мощности асинхронного генератора 5 кВт, мощность механического двигателя должна быть 7,5…10 кВт. С помощью передаточного механизма добиваются согласования оборотов механического двигателя и генератора так, чтобы рабочий режим генератора устанавливался на средних оборотах механического двигателя. При необходимости, можно кратковременно увеличить мощность генератора, повышая обороты механического двигателя.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других — коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

Если с помощью генератора предполагается запитывать оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети. Отключать надо оба провода: «фазу» и «ноль».

В заключение несколько общих советов.

1. Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

3. Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он «не любит» холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы — 2/3 общей мощности генератора.

5. Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме «холостого хода» должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.

Проверка и запуск в работу

После того как генератор будет собран необходимо проверить его на работоспособность. Для этого в качестве нагрузки можно использовать обыкновенную лампочку накаливания.

Причем начальная скорость вращения генератора должна быть небольшой. И по мере ее увеличения яркость накала лампочки должна увеличиваться.

Источники

  • https://zen.yandex.com/media/housediz/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelia-svoimi-rukami-ot-a-do-ia-5b30fc5f2dbfc700a8c80687
  • https://housetronic.ru/electro/generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya.html
  • https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelya-svoimi-rukami.html
  • https://HouseDiz.ru/kak-sdelat-samodelnyj-generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya/
  • https://mtz-80.ru/bez-rubriki/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelya-svoimi-rukami
  • https://amperof.ru/elektropribory/samodelnyj-generator.html
  • https://www.asutpp.ru/asinxronnyj-generator.html
  • http://electro-shema.ru/energetika/asinxronnyj-elektrodvigatel-v-kachestve-generatora.html
  • https://electrikexpert.ru/generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya/

[свернуть]

схема, порядок сборки в домашних условиях


Электроэнергия не всегда подается бесперебойно, например, из-за удаленного расположения ЛЭП от жилых построек. И когда то и дело отключают свет, наверняка вы задумывались о покупке генератора? Конечно, покупное устройство – недешевое решение, да и затраты не всегда оправданы. Более доступный вариант – изготовить генератор своими руками. Такое решение не требует больших вложений на сборку, может преобразовать энергию не только за счет дорогостоящего бензина, дизельного движка, но и более доступных – газа, пара и т.п.

Поэтому он решает проблему с перебоями электричества и экономит энную сумму в бюджете. Но как сделать действительно качественный генератор, какие еще у самоделки преимущества перед покупными устройствами? Мы поможем вам разобраться во всех нюансах – в этой статье приведем схемы сборки электрогенератора, принцип его работы, преимущества использования самоделки. Также рассмотрим пошаговую инструкцию по изготовлению генератора в домашних условиях.

Содержание статьи:

Преимущества самодельного генератора

Самодельный генератор выигрывает у покупного более доступной стоимостью. Безусловно финансовая сторона важна, но устройство, сделанное своими руками – это прибор только с необходимыми и заявленными требованиями.

Стоит учесть, что выбранная конструкция непосредственно сказывается на КПД. Так в асинхронных генераторах потери КПД не превышают 5%. Лаконичность конструкции его корпуса с защитой мотора от влаги, грязи снижает потребность в частом техническом обслуживании. Асинхронный генератор более устойчив против скачков напряжения за счет выпрямителя на выходе, что предотвращает поломки подключенного оборудования.

Самодельный генератор работает вне зависимости от удаленности ЛЭП, обеспечивая электроэнергией в любых условиях. Он преобразует энергию, используя доступный вид топлива

Такое устройство эффективно питает сварочные аппараты, лампы накаливания, компьютерную и мобильную технику с чувствительностью к перепадам напряжения. Имеет хорошую производительность и моторесурс.

Прибор – хорошая альтернатива обычным источникам электропитания, выручает при аварийном отключении электричества, экономит средства. Мобилен, малогабаритен, с простой конструкцией, легко поддается ремонту – можно своими силами заменить вышедшие из строя детали, узлы.

Кроме прочего, самоделка обладает небольшими размерами, поэтому с легкостью устанавливается даже в небольших помещениях.

Разместить самодельный генератор можно в небольшом помещении, за счет компактной конструкции прибор не требует много места для своей установки

В зависимости от от используемого типа топлива генератор требует лишь соблюдения мер предосторожности в процессе использования.

В процессе эксплуатации самодельного генератора необходимо соблюдать технику безопасности: следить за электрическими кабелями, не допускать их перекручивания, не трогать оголенные провода руками и т.п

Разновидности генераторов электроэнергии

Обычно самодельный генератор в домашних условиях изготавливают на основе асинхронного двигателя, магнитным, паровым, на дровах.

Вариант #1 — асинхронный генератор

Устройство сможет вырабатывать напряжение 220-380 В, исходя из показателей выбранного мотора.

Для сборки такого генератора потребуется лишь запустить асинхронный двигатель, подключив конденсаторы к обмоткам.

Генератор на основе асинхронного двигателя самостоятельно синхронизируется, запускает роторные обмотки с постоянным магнитным полем.

Двигатель оборудован ротором с трехфазной или однофазной обмоткой, вводом кабеля, короткозамыкательными устройством, щетками, регулирующим датчиком

Если ротор короткозамкнутого типа, то обмотки возбуждаются при помощи остаточной силы намагниченности.

Вариант #2 — устройство на магнитах

Для магнитного генератора подходит коллекторный, шаговый (синхронный бесщеточный) двигатель и прочие.

Обмотка с большим количеством полюсов увеличивает показатель КПД. В сравнение с классической схемой (где КПД 0,86) 48-полюсная обмотка позволяет сделать мощность генератора больше

В процессе сборки магниты крепятся на вращающуюся ось и устанавливаются в прямоугольную катушку. Последняя при вращении магнитов вырабатывает электростатическое поле.

Вариант #3 — паровой генератор

Для генератора на пару используют печь с водяным контуром. Работает устройство за счет тепловой энергии пара и турбинных лопастей.

Чтобы самостоятельно сделать генератор на пару, понадобится печь с водяным (охлаждающим) контуром

Это замкнутая система с массивной немобильной установкой, требующей контроля и охлаждающего контура для превращения пара в воду.

Вариант #4 — устройство на дровах

Для генератора на дровах используют печи, включая походные. К стенкам печей закрепляют элементы Пельтье и располагают конструкцию в корпус радиатора.

Принцип работы генератора следующий: при нагревании поверхности проводниковых пластин с одной стороны другая охлаждается.

Чтобы самостоятельно сделать генератор на дровах, можно использовать любые печи. Генератор работает за счет элементов Пельтье, нагревающих и охлаждающих проводниковые пластины

На полюсах пластин появляется электрический ток. Наибольшая разница между температурами пластин обеспечивает генератор максимальной мощностью.

Агрегат более работоспособен при минусовых температурных режимах.

Принцип работы электрогенератора

Работа генераторов реализуется по принципу электромагнитной индукции, когда в замкнутой рамке происходит наводка тока за счет пересечения ее вращающимся магнитным полем. Магнитное поле создают обмотки либо постоянные магниты.

Когда из коллектора электродвижущая сила достигает замкнутого контура и узлов щетки, то ротор начинает вращаться сообща с магнитным потоком. Так создается напряжение в подпружиненных щетках, прижатых к коллекторам пластинчатого вида.

Далее электроток передается к выходным клеммам, проходит в сеть, распространяется по генератору.

Используют генераторы переменного и постоянного тока. Электрогенератор переменного тока малогабаритен, не образовывает вихревые токи, при этом имеет возможность функционировать в экстремальных температурах. Аппарат с постоянным током не требует тщательного контроля, обладает значительным числом ресурсов.

Конструкционно генератор включает в себя: щетки со щеткодержателями, коллектор, якорную обмотку, якорь, стартер, кольца контактные, обмотку стартера, ротор, корпус, вентилятор, привод и станину

Генератор переменного тока может быть как синхронным, так и асинхронным. Первый – с постоянным электрическим магнитом и количеством вращений статора равных роторным, формирующим магнитное поле. Преимуществами такого генератора называют стабильно высокое напряжение, к недостаткам относят перегрузку по токам из-за завышенной нагрузки на регулятор, повышающий ток обмотки ротора.

Конструкция асинхронного генератора: короткозамкнутый ротор, статор. Когда вращается ротор генератор индуцирует ток, а магнитное поле выдает напряжение синусоидального типа.

Пошаговая инструкция по сборке

Собирать генератор в домашних условиях необходимо после того, как подготовлен комплект из необходимых радиокомпонентов, электроинструментов и материалов.

Этап 1 – подготовка радиокомпонентов

Для сборки модуля механического генератора с электромагнитами потребуется двигатель. Для изготовления маломощного генератора можно использовать электродвигатель от стиралки типа «Ока», «Волга», насоса «Агидель» и прочие.

Ток, вырабатываемый мотором, определяет выбор деталей и узлов. Для преобразования тока из переменного в постоянный необходимы выпрямительные диоды, например, диодный мост высокой мощности в десятки ампер с напряжением не более 50 В. Для полярных конденсаторов постоянного тока важны сглаживающие фильтры со способностью выравнивать пульсацию напряжения постоянного характера.

Для того, чтобы сделать самодельный ветрогенератор, не потребуется большой точности исполнения и узкоспециализированных материалов. Построенный образец работает при скорости ветра от 9 до 10 м/с, обеспечивает мощностью в 800 Вт.

В качестве дополнительной платы с USB-портом для подключения гаджетов выбирается устройство для преобразования напряжения в 1,5-20 В. Такой список радиокомпонентов достаточен для маломощного генератора напряжением до двух десятков вольт. В случае с асинхронным двигателем подключить мобильные устройства получится напрямую.

Этап 2 – подготовка инструментов и материалов

Из электроинструментов понадобится болгарка, в наборе которой есть отрезные диски по металлу, дереву и шлифовальный диск (твердый или круг-наждачка).

Рекомендуем ознакомиться с .

Также необходима электрическая дрель со сверлами по металлу. Может понадобиться перфоратор с ударными сверлами, коронками по бетону. Иногда перфоратор комплектуется переходником с простыми, коническими сверлами, коронками по дереву. Также пригодится шуруповерт с головками под переходник-гайковерт, головкой под гайки.

Для сборки каркаса генератора потребуются материалы. Их выбирают по своему усмотрению. Это может быть трубный прокат разного диаметра, металлическая арматура, профиль и т.п.

Во время сборки конструкции генератора у мастера под рукой должны находиться отвертки разного диаметра, плоскозубцы, молоток, гаечные ключи и прочее

Для соединения запасаются крепежами – гайками, шайбами, саморезами, болтами. Это универсальный набор инвентаря, собрав который, можно приступать к изготовлению генераторной установки своими руками.

Этап 3 – подготовительные работы

После подготовки инструментов и материалов приступают к подготовительным работам. Они необходимы перед сборкой генератора потому, что включают первоначальный расчет мощности устройства.

Рассчитывают мощность, подключая двигатель в сеть. Количество выдаваемых вращений определят мощность мотора. Иногда для измерений используют тахометр, а к полученным данным прибавляют 10% для компенсации нагрузки (предотвращение перегрева мотора при использовании).

После того, как мощность точно подсчитана, подбирают конденсатор соответственно ранее полученным данным мощности двигателя.

После проведенного подсчета мощности необходимо выбрать конденсатор. Устройство предотвращает перегрева мотора во время работы генератора

В завершение подготовительных работ продумывают заземление будущего генератора. Этот процесс помогает избежать травматических ситуаций, продлить эксплуатационные сроки генератора.

Этап 4 – изучение схемы звезда и треугольник

Чтобы собрать генератор в 220, требуется схемы-аналоги производственной модели – звезда или треугольник.

В сложных устройствах иногда используют комбинированную схему звезда-треугольник. В соединение типа звезда концы крепятся в единой точке. Графический вид представляет собой расхождение фаз из центра в разные стороны, как-будто лучи образуют звезду. По схеме типа треугольник концы одной обмотки крепятся с началом последующей

По схеме звезды электросоединение выполняют для каждого из концов обмоток одной точки,  для треугольника – соединение последовательного типа.

Этап 5 – непосредственно сборка

Рассмотрим несколько вариантов сборки электрогенератора.

Сборка асинхронного генератора

Изготовление асинхронного генератора не требует переточки ротора под неодимовые магниты, поэтому схему устройства называют переделкой готового асинхронного мотора. В таком варианте нет необходимости в питании роторной обмотки, она снимается с двигателя, а ось ротора протачивается для плоских магнитов.

По схеме сборки асинхронного генератора мощность устройства достигает от 2 до 5 киловатт при емкости конденсаторов от 28 до 138 микрофарад. Для того, чтобы напряжение было статичным, необходима емкость, в зависимости от планируемой нагрузки на генератор.

Сборка агрегата происходит в три этапа. Первый предполагает собрать одну несущую конструкцию, установив в нее двигатель с приводом передаточного типа.

Соединение выполняется так: конец 1-ой обмотки соединяется с концами начала 2-ой обмотки. Далее конец 2-ой обмотки крепят к началу 3-ей обмотки. Конец  3-ей обмотки соединяется с началом 1-ой обмотки

На втором этапе подключают переменные и неполярные конденсаторы к обмоткам. Последние включаются по схеме звезда, когда часть концов соединяют к центру корпуса, а остальные выводятся отдельно.

В заключении к вершинам конденсатора присоединяют свободные обмоточные концы согласно схемы треугольник.

Подключаем переменные и неполярные конденсаторы к обмоткам, часть концов у которых соединяем к центру корпуса, другие выводим отдельно

Перед первым запуском новое устройство тестируется, например, обычной лампочкой накаливания в два-три десятка ватт. Это необходимо для проверки генератора на способность обеспечивать бесперебойной выдачей напряжения, 3000 оборотов в одну минуту.

Собираем генератор на дровах

Сборку дровяного генератора рассмотрим на примере буржуйки. Порядок сборки такой: в начале радиатор размещается на стенках буржуйки так, чтобы шипы смотрели внутрь. Далее, в зависимости от размеров радиатора, устанавливаются элементы Пельтье, к одному из которых в последующем крепят еще один радиатор.

Такую установку лучше расположить в тени, возле неутепленной стены небольшой толщины, что обеспечит максимальное охлаждение.

Для запуска генератора на дровах поджигают поленья. Разгораясь они нагревают стенки печки, которые заставляют элемент Пельтье выдавать максимальную мощность. Охлаждается генератор холодным уличным воздухом.

У нас на сайте есть подробная инструкция по своими руками.

Нюансы сборки коллекторного генератора

Коллекторный генератор собирают по следующей схеме: сначала размещают мотор коллекторного типа на несущую раму, иную конструкцию.

Потом присоединяют к выводам мотора сглаживающий конденсатор, плату DC-инверторного преобразователя. Конденсатор должен быть постоянного тока.

Необходимо прикрутить патрон к оси двигателя, при этом мотор закрепить так, чтобы патрон был плотно прижат к устройству. Далее минусовой провод мотора присоединяется к минусу от аккумулятора, а плюсовой к анодам диодов, катоды диодов к плюсам аккумуляторов

Следующим шагом, если нет USB-порта, будет его подсоединение к выходу от DC-платы. К такому генератору можно подключать мобильные устройства.

Располагается конструкция генератора на велосипедной раме или ветряке.

Устанавливаем генератор на велосипеде или ветряке из вентиляторных запчастей. Для удобства использования можно прикрепить флюгер-хвостовик

Вместо коллекторного можно поставить шаговый мотор с более высоким КПД и сроком службы от 10 лет. Предпочтительно выбирать модели с напряжением в 12 В и током от 1,8 до 4,2 ампера. В таких моторах обмоток от 2 до 4, их подключают последовательно для напряжения в 24, 36, 48 В. Если мотор подключают параллельное, то на выходе получается ампераж в большом значении. В связи с этим до нужного напряжения генератор будет разгоняться сложнее.

Помимо этих вариантов у нас на сайте есть подробные инструкции по сборке и генератора.

Рекомендации по безопасной эксплуатации

Для генераторов, которые будут использоваться в уличной среде, например, ветряная электростанция, велогенератор, следует создать защиту от осадков, пыли, грязи. Устройство размещают в специальном отдельном корпусе.

Если генератор будет работать на улице в многочасовом режиме, испытывая каждодневные нагрузки, ему необходима регулярная смазка подшипников. Манипуляции проводят один-два раза в пол года.

Не допустимо короткое замыкание: проводов двигателя, вспомогательной радиоэлектроники, полупроводников. Это может привести к тому, что сгорят замкнутые обмотки.

Если случилось короткое замыкание, ремонт двигателя может осложняться сложностью доступа к внутренним деталям генератора

Ремонт двигателя может осложняться трудностью доступа к внутренним узлам из-за силы ротора, тормозящей вращение пропорционально нагрузке. Для предотвращения таких ситуаций следует постоянно контролировать  температуру двигателя, не давая ему перегреваться.

Также следует постараться не использовать устройство продолжительное время: чем дольше генератор в работе, тем его мощность меньше. Значение оптимальной температуры двигателя от 40 до 45 градусов.

Для самодельного генератора без автоматических приборов управления требуется постоянный пользовательский контроль, в том числе для снятия данных.

Если сборка и использование самодельного электрогенератора вам кажется сложным, рекомендуем присмотреться к покупным аналогам – в следующей статье приведен газовых генераторов электроэнергии.

Выводы и полезное видео по теме

Тем не менее, генератор, изготовленный в домашних условиях – это резервный источник электропитания с хорошей производительностью, моторесурсом и экономической выгодой. Даже маломощные генераторы обеспечивают приборы и оборудование работоспособностью, поддерживают на должном уровне комфорт в частном доме, квартире в черте города или за его пределами. Для того, чтобы сделать самодельный генератор,  потребуется всего лишь определиться с его конструкцией, видом устройства и подобрать необходимые детали.

А может быть у вас есть свои способы изготовления генератора своими руками или даже хитрости? Поделитесь, пожалуйста, секретами. Это можно сделать в комментариях к данной статье, в блоке, расположенном ниже.

Видео об изготовлении ручного электрогенератора:

Собираем ветрогенератор своими руками:

Генератор, изготовленный в домашних условиях – это резервный источник электропитания с хорошей производительностью, моторесурсом. Даже маломощные генераторы обеспечивают приборы и оборудование работоспособностью, поддерживают на должном уровне комфорт в частном доме, квартире в черте города или за его пределами. Для того, чтобы собрать самодельный генератор, потребуется определиться с его конструкцией, видом и подобрать необходимые детали.

У вас есть опыт изготовления генератора своими руками? Поделитесь своими рекомендациями с другими посетителями нашего сайта. Это можно сделать в комментариях к данной статье – блок расположен ниже. Также здесь вы можете добавить уникальные фото самодельного электрогенератора.

Генератор из асинхронного двигателя своими руками

Самодельный генератор на 220V из асинхронного двигателя и мотоблока, фото и описание изготовления самоделки своими руками.

Автор этой самоделки Олег Мошняга, решил сделать генератор из асинхронного электродвигателя и мотоблока. Для этого автор, изготовил основание площадку на раме мотоблока и закрепил на ней электродвигатель мощностью 2.2 кВт.

 

Небольшое уточнение: ротор, асинхронного двигателя, имеет остаточный магнетизм, который, при вращении этого ротора другим двигателем, значительно улавливается обмотками статора.
Чтобы асинхронный двигатель работал в режиме генератора, нужно к обмоткам подключить конденсаторы в соотношении 80 Мкф на 5 Квт мощности асинхронника. Это будет система возбуждения реактивной энергией.

На рисунке показана схема подключения асинхронного двигателя в режиме генератора.

Обмотки электродвигателя подключил соединением по типу «звезда», также между фазами подключил конденсаторы по 60 мкф на каждую фазу.

На мотоблоке установлен ДВС мощностью 7 л.с.

На шкивы двигателей, одел клиновидный ремень, также поставил натяжной ролик для ремня.

Вот так выглядит конструкция генератора из асинхронного двигателя и мотоблока.

Испытания самоделки прошли удачно, подключенные к генератору, болгарка и дрель, работают. Правда сварочный аппарат такой генератор не тянет, но и такой результат вполне хорош, генератор можно использовать для работы электроинструментов. Автор не покупал готовый бензогенератор, а решил изготовить его из того, что у него уже было, поэтому ничего покупать не пришлось.


Более подробно о своей самоделке, автор рассказывает в этом видео:

Ветрогенератор на асинхронном двигателе своими руками

В качестве генератора для ветряка было решено переделать асинхронный двигатель. Такая переделка очень проста и доступна, поэтому в самодельных конструкциях ветрогенераторов часто можно видеть генераторы сделанные из асинхронных двигателей.

Переделка заключается в проточке ротора под магниты, далее магниты обычно по шаблону приклеивают к ротору и заливают эпоксидной смолой чтобы не отлетели. Так-же обычно перематывают статор более толстым проводом чтобы уменьшить слишком большое напряжение и поднять силу тока. Но этот двигатель не хотелось перематывать и было решено оставить все как есть, только переделать ротор на магниты. В качестве донора был найден трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1,32Кв. Ниже фото данного электродвигателя.


асинхронный двигатель переделка в генератор Ротор электродвигателя был проточен на токарном станке на толщину магнитов. В этом роторе не применяется металлическая гильза, которую обычно вытачивают и надевают на ротор под магниты. Гильза нужна для усиления магнитной индукции, через нее магниты замыкают свои поля питая из под низа друг друга и магнитное поле не рассеивается, а идет все в статор. В этой конструкции применены достаточно сильные магниты размером 7,6*6мм в количестве 160 шт., которые и без гильзы обеспечат хорошую ЭДС.



Сначала, перед наклейкой магнитов ротор был размечен на четыре полюса, и со скосом были расположены магниты. Двигатель был четырех-полюсной и так как статор не перематывался на роторе тоже должно быть четыре магнитных полюса. Каждый магнитный полюс чередуется, один полюс условно "север", второй полюс "юг". Магнитные полюса сделаны с промежутками, так в полюсах магниты сгруппированы плотнее. Магниты после размещения на роторе были замотаны скотчем для фиксации и залиты эпоксидной смолой.

После сборки ощущалось залипание ротора, при вращение вала чувствовались залипания. Было решено переделать ротор. Магниты были сбиты вместе с эпоксидной смолой и снова размещены, но теперь они более менее равномерно установлены по всему ротору, ниже фото ротора с магнитами перед заливкой эпоксидной смолой. После заливки залипание несколько снизилось и было замечено что немного упало напряжение при вращении генератора на одних и тех же оборотах и немного подрос ток.


После сборки готовый генератор было решено покрутить дрелью и что нибудь к ниму подключить в качестве нагрузки. Подключалась лампочка на 220 вольт 60 ватт, при 800-1000 об/м она горела в полный накал. Так-же для проверки на что способен генератор была подключена лампа мощностью 1 Кв, она горела в полнакала и сильнее дрель не осилила крутить генератор.


В холостую на максимальных оборотах дрели 2800 об/м напряжение генератора было более 400 вольт. При оборотах примерно 800 об/м напряжение 160 вольт. Так-же попробовали подключить кипятильник на 500 ватт, после минуты кручения вода в стакане стала горячей. Вот такие испытания прошел генератор, который был сделан из асинхронного двигателя.

Далее дошла очередь до винта. Лопасти для ветрогенератора были вырезаны из ПВХ трубы диаметром160мм. Ниже на фото сам винт диаметром 1,7 м., и расчетные данные, по которым делались лопасти.


После для генератора была сварена стойка с поворотной осью для крепления генератора и хвоста. Конструкция сделана по схеме с уводом ветроголовки от ветра методом складывания хвоста, поэтому генератор смещен от центра оси, а штырек позади, это шкворень, на который одевается хвост.


Здесь фото готового ветрогенератора. Ветрогенератор был установлен на девятиметровую мачту. Генератор при силе ветра выдавал напряжение холостого хода до 80 вольт. К нему пробовали подсоединять тенн на два киловатта, через некоторое время тенн стал теплым, значит ветрогенератор все-таки имеет какую-то мощность.


Потом был собран контроллер для ветрогенератора и через него подключен аккумулятор на зарядку . Зарядка была достаточно хорошим током, аккумулятор быстро зашумел, как будто его заряжают от зарядного устройства.

Данные на шиндике электродвигателя говорили 220/380 вольт 6,2/3,6 А.значит сопротивление генератора 35,4Ом треугольник/105,5 Ом звезда. Если он заряжал 12-ти вольтовый аккумулятор по схеме включения фаз генератора в треугольник, что скорее всего, то 80-12/35,4=1,9А. Получается при ветре 8-9 м/с ток зарядки был примерно 1,9 А, а это всего 23 ватт/ч, да немного, но может я где-то ошибся.

Такие большие потери из-за высокого сопротивления генератора, поэтому статор обычно перематывают более толстым проводом чтобы уменьшить сопротивление генератора, которое влияет на силу тока, и чем выше сопротивление обмотки генератора, тем меньше сила тока и выше напряжение.

Источник

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Мой самодельный электрогенератор (Сделай сам)

Мой самодельный электрогенератор (Сделай сам)

Exavier's Проекты

Хотя я изучаю прикладную Экономика, искренне интересуюсь механикой и электричеством. В моем запасе время я пытаюсь проектировать, а иногда даже строить вещи, из которых рисунки.Потому что это моя страсть, и я могу представить, что есть такие, как Я сделал этот сайт, чтобы давать предложения и техническую информацию. Этот информацию не всегда легко найти.

Фото Галерея

Ссылки

экзавьер мои проекты на telenet.be

_____________________________________________________________________________________________________________

Мой самодельный генератор "Generax 1500"

(не еще не закончено)

Один раз Я купил бензиновый двигатель от старой газонокосилки на Ибазаре (сейчас Ebay), потому что я хотел узнать, как работает четырехтактный двигатель.Я разобрал, почистил все, поставил новые уплотнители и наконец все снова собрал. Но она не заводилась. После того, как снова взял мои инструменты и положил их вместе во второй раз, примерно через две недели, она снова издала свой старый звук. Это я впервые увидел, как она крутится, и она отлично справилась!

Имея сделал все это, подумал я, а почему бы мне не построить что-нибудь полезное с этим кусок красивой техники? Сначала у меня возникла идея сделать мощный водяной насос с ней, но так как я не мог найти подходящие запчасти, я поменял свой ума и решил построить самодельный электрогенератор.

Для изготовления электрогенератора я начал с того двигателя, который у меня уже был. Это Briggs & Stratton 3,5 л.с. с вертикальным валом диаметром 7/8 дюйма (22,22 мм). Серийный номер: Модель 92908 Тип 1282 - 01 Код 82021605 (двигатель с 1982 года!)

Теперь у меня был двигатель, сделал чертеж шасси и хочу в местную компанию с ним. Они сделали его из стали толщиной 4 мм. для меня, так что он определенно будет достаточно силен, чтобы сопротивляться механическая мощность моего самодельного электрогенератора.Отверстие под вал двигателя и масло резервуар они сделали резаком. Отверстие для вала генератора я собираюсь сделать сам. Я оседлал двигатель первый раз.

Следующим шагом стал генератор. Я получил промышленная трехфазная (см. техническую информацию далее) электрическая индукционная мотор для свободный. Мне сказали, что их легко превратить в электрогенератор, просто вращая ось и подключив конденсаторы переменного тока (переменного тока) в параллельно.Я намерен переделать трехфазный генератор / генератор вывод в однофазный, пригодный для домашнего использования. Я вернусь к этому когда описываю электрическую часть. Сначала асинхронный двигатель имел поврежденный серый цвет. но я покрасил его в темно-синий цвет.

Характеристики асинхронного двигателя (согласно паспортная табличка двигателя): Производитель: Mez motoren; Фаза: 3 ~; Мощность: 1,5 кВт / 2 л.с. Частота: 50 Гц; Г / Д 380/220 В; Об / мин: 1410; Cos j: 0,82; Текущее: 3.5 / 6,2 А; IP44. Нажмите

здесь

для таблицы данных производителя.

Потому что я почувствовал потребность сделать сварные соединения (для крепления вертикального монтажного кронштейна самодельного генератора к шасси), а сварщика у меня не было, решил начать с чего-то другого, Терминал. Терминал предусматривает главный выключатель, контрольные лампы для первичной и вторичной вольтаж (до и после переключения) и конечно розетка переменного тока.Внутри есть два конденсатора (проводка C-2C), предохранитель (идеально подойдет дифференциальный выключатель + заземление) и все провода. со своими разъемами. Клеммная пластина изготовлена ​​из матовой нержавеющей стали, которую я вырезал. извлекать (ручной пилой!) из другого куска.

В ожидании сварки я уже началось с некоторых расчетов передаточного отношения шкивов (щелкните Вот за .xls файл). После некоторых исследований я предположил, что мой бензиновый двигатель крутится на 3600 выстрелов в минуту на полном газу. В Excel я сделал несколько расчетов и заказал два шкива диаметром 67 и 140 мм (SPA, чугун, втулка 1108 и 1610 г.). Тем не менее, позже я нашел веб-сайт, на котором говорилось, что косилка с вертикальной осью двигатели вращаются со скоростью 0,80 об / мин по сравнению с двигателями горизонтальных косилок. В Кроме того, из-за трансмиссии теряется 10% мощности. Со всем этим взято во внимание надеюсь, что мой самодельный генератор будет иметь обороты не менее 1550.В противном случае мне придется покупать новый шкив мотора чуть большего диаметра. или попробуйте разогнать двигатель косилки.

Вал мотора имеет американские размеры. (7/8 дюйма в диаметре), и я подумал, что 22 мм подойдет. Когда я попробовал Чтобы прикрепить шкив, было ясно, что эти 0,225 мм ДЕЙСТВИТЕЛЬНО имеют значение. Итак, мне пришлось отрегулировать шкив двигателя на сверло от 22 мм до 22,225 мм (7/8 дюйма) с точильным камнем на моей электродрели (третье фото).Это далеко от идеала, и я надеюсь, что это сработает. Токарный станок было бы лучшим решением, если бы, конечно, он у меня был.

На контейнерном парке я заметил старую трехколесный велосипед. Так как я отчаянно искал дешевые качественные диски, это открытие было действительно облегчением. я сразу же установил колеса под деревянную тележка.

Только что заказал книгу "Моторы". в качестве генераторов для микрогидроэнергетики »г. Найджел Смит.Кто-то посоветовал мне эту книгу, потому что автор подробно объясняет, как электрический проводка генератора должна быть сделана.

В комплекте: выбор электродвигателя, эффективность, преимущества и недостатки индукционных генераторов по сравнению с другими типами генератор, требования к конденсаторам, напряжение и частота, соображения нагрузки, преобразование 3 фазы в 1 фазу, запуск двигателя

Как упоминал мой самодельный генератор еще не закончен.Я надеюсь, что то, что я уже сделал, будет работать вместе в удачный способ.

Меня больше всего беспокоит настроенная шкив двигателя и передаточное число шкива. Мне также нужно найти кого-нибудь, кто умеет сваривать мне.

Посмотрим ...

_____________________________________________________________________________________________________________

1.Генератор

...

Единственное, что я решил - это производить электричество, но как? Чем больше читаю об этом, тем больше проблем возникало.

  • Одна возможность для использовать автомобильный генератор , но тогда у вас будет 13,8 В постоянного тока.

    Хотя можно преобразовать этот постоянный ток (DC) в 230 В или 115 В переменного тока с инвертором

    , это - достаточно дорогое и некачественное решение (зависит от вашего бюджета).Инверторы мощностью более 500 Вт стоят дорого. кликните сюда схемы этой установки.

  • Другой возможность использовать электродвигатель для выработки напряжения. Мотор может быть используется наоборот как электрогенератор! Генерируемое напряжение зависит от номинального напряжения двигателя (теперь генератора).

    Электродвигатели бывают разных типов. Для начала есть AC и DC. моторы. В классе переменного тока есть Induction и Universal моторы .

Что Я так и сделал был второй вариант , при этом он был лучшим и тем менее дорогой. Лучшее, потому что эта установка создает чистый синус волна, и нет квадрата волна как обычный инвертор.Самый дешевый Кстати, потому что я получил бесплатно старый промышленный трехфазный асинхронный электродвигатель от компании, у которой по стечению обстоятельств их было много, и я хотел их привезти. за переработка отходов.

(Я даже мог выбрать из 100!)

Есть два типа индукционных генераторов (двигателей) (также называемых асинхронный двигатели или двигатели с короткозамкнутым ротором ). Как правило, эти двигатели предназначены для использования в приложениях , 1 фаза, или , 3 фазы, .Первый тип - это мотор для домашнего использования, а второй - для промышленного использования (одинаковая нагрузка в киловаттах делится на три кабеля, поэтому каждый кабель имеет меньший ток и не перегревается). В своем генераторе я использовал промышленный тип потому что я получил это и был счастлив, что нашел что-то.

От то, что я слышал, могу сделать вывод, что трехфазный индукционный генератор более эффективен, чем однофазный генератор.

Другой Тип двигателя переменного тока - синхронный двигатель / генератор . Этот мотор реже, и я предполагаю, что вам нужно использовать свои знания силовой электроники, чтобы заставить эти двигатели генерировать. Это тип автомобильного генератора. Есть обмотки в роторе и статоре и статоре дает переменную мощность ротору для определения правильное напряжение статора (при работе генератора). Все генераторы коммерческие используйте этот тип. Можно найти человека, который может заставить эти двигатели генерировать Вот.

А Третий тип электродвигателя под названием универсальный двигатель менее полезен. Это моторы в мелкая бытовая техника, такая как сверлильные станки, вентиляторы для пылесосов, а также генераторы . Они работают как на постоянном, так и на переменном токе. Так что не используйте это или же это но это. Я предполагаю, что эти моторы можно использовать как электрогенераторы, но тогда вам нужно иметь знания в области электроники.Эти двигатели обычно имеют обмотки в их статоре И роторе, и, следовательно, НИКАКОЙ беличьей клетки (см. последний рисунок выше).

Это Веб-сайт дает информация обо всех видах электродвигателей.

Как как вы уже могли видеть, я использовал асинхронный двигатель для выработки энергии. Я сейчас пойду дальше.

I сказал, что я использовал промышленный "трехфазный" асинхронный двигатель в качестве генератор.Что я тоже сказал заключается в том, что мощность делится на три провода, чтобы предотвратить перегрев. Вы могли ошибочно предполагают, что эти выводы соединены параллельно. Нет, реальность больше сложный. Фактически, эти три провода переменного тока имеют "фазовый сдвиг" 120 (360/3), поэтому подключение этих выводов может привести к короткому замыканию. Если если вы хотите узнать об этом больше, нажмите здесь.

В промышленный (3-фазный) асинхронный генератор / двигатель, вы можете сделать два возможных подключения проводки, треугольник (∆) и Уай (Y).

Если мы начинаем с точки зрения генератора, две возможности подключения создают разные сопротивления. Эти сопротивления приносят разные напряжения с их.

Пожалуйста замечание что трехфазный асинхронный двигатель имеет три вывода (возможно, с четвертым, "нейтраль"), по сравнению с асинхронным двигателем домашнего использования, который имеет только два (одна фаза + нейтральный). Я вернусь к этому позже.

  • При подключении в Delta каждая из трех катушек изначально рассчитана на 220 В (= старое сетевое напряжение, новое 230 В в Бельгии), поэтому при использовании в качестве электрического генератор, катушка тоже будет подавать 220В.

    Потому что напряжение между ними два из трех выводов ниже в Delta при той же мощности (в Ватт) ток будет выше, чем в Уай. (P = U x I)

  • При подключении в Уай, как видно выше, каждый из трех проводов представляет собой комбинацию две катушки. А специальная формула действительно заявляет, что катушка n1 займет 220В и катушка n2 160В.220В + 160 В = 380 В

Та же концепция для звезда : напряжение выше и текущее ниже .

Все эту информацию можно увидеть на заводской табличке электродвигателя.

Кроме того сколько ватт, мощность также будет указана в лошадиных силах (л.с.)

Нажмите Вот копия с объяснением, которую мне дал парень.

Примечание: Для некоторых промышленных электродвигателей каждая из трех опор будет состоять из более чем одной катушки. Затем терминалы нумеруются. от 1 до 9 или 12 вместо 1, 2, 3.

2. Коробка передач ...

Если вы хотите производить электричество, вам необходимо подключить индукционный генератор к бензиновый или дизельный двигатель (или что-то более экологичное, например, ветер или водяная турбина).

Вы также можно подключить другой электродвигатель (от 12 В, 24 В до 230 В) к индукционной генератор, например если имеется только батарея на 12 В постоянного тока и вам нужно 120/230 В переменного тока.

Есть Есть несколько вариантов соединения между этими двумя основными частями.

Обороты приводного двигателя будут такими же, как индукционного генератора (или генератора другого типа).

  • Ремень стяжной. В этой настройке вам понадобятся шкивы. Эти шкивы варьироваться по внешнему диаметру так что вы можете рассчитать соотношение (я вернусь к этому в Двигатель ). Два шкива соединены с ремень. Там всегда есть потери из-за проскальзывания шкива и ремня. Они разные виды ремня.Недавно СПА или

    Ремни и шкивы SPB заменяют старые A или B. У новых есть лучшее сцепление и, следовательно, меньше потерь. Также следует обратить внимание на внутренний диаметр (вала) шкивов. Большинство двигателей (американского производства!) Имеют вал дюймовой системы. (1/2 ", 7/8") и, следовательно, для двигателя вам понадобятся шкивы с диаметр в дюймовой системе. Для двигателя это зависит от страны, в которой вы живете.

я изготовил самодельный генератор по второму варианту , с клиноременной муфтой.

Пока собирая информацию, конечно, я нашел сайты, где можно купить трансмиссию части.

Эпицентр ; Mfgsupply ; Robocombat ; Феникс-производитель . Также в местных магазинах косилок / электродвигателей можно найти запчасти.

Примечание: Очень важно установить надлежащую защиту ремня / цепи.Движущиеся части очень опасны для ваших рук и детей!

3. Двигатель

...

Единственный ключевой компонент, которого все еще не хватает, - это источник питания. Как я уже сказал, это может быть всем, что

имеет ось.Для электрогенераторов обычно используют 4-тактный бензиновый или дизельный двигатель. двигатель, как и я.

самые известные бренды - Briggs & Stratton, Honda и Текумсе. На последнем я считаю самые лучшие и самые долговечные двигатели.

Важно выбрать двигатель который достаточно мощный, чтобы приводить в действие самодельный генератор. Дело в том, что если нагрузка применительно к генератору, двигатель должен работать больше, чтобы приводить в действие генератор.Чтобы сделать двигатель сильнее, нужно создать хорошее передаточное число. при этом двигатель вращается быстрее, чем генератор (генератор). Обычный бензин обороты двигателя 1800 об / мин на холостом ходу и 3400-3600 об / мин на полном газу.

Мой соотношение 2,09: 1

Кому убедитесь, что лучше всего умножить мощность двигателя на 746, а затем на 0,50.

Пусть мне объяснить.Теоретически лошадиные силы равно примерно 740 Вт. Так что вы можете возразить, что подключать электрогенератор мощностью 2590 Вт для двигателя Briggs & Stratton мощностью 3,5 л.с. На практике это совсем не работает. Если вы попробуете эту настройку, вы увидите, что двигатель глохнет, обороты будут идти в свободном падении. Это происходит потому, что ни бензиновый двигатель, ни индукционный генератор не имеют 100% эффективность. Общая эффективность 50% пока кажется мне разумной.

Примечание: При настройке каждой части электрический генератор на месте, вы должны быть осторожны, чтобы не поставить топливный бак слишком близко к выхлопной трубе. Вы поймете, что это может создать опасный ситуация.

4. Электрическая система

...

Ранее я упоминал об использовании одно- и трехфазных асинхронных электродвигателей в качестве электрические генераторы.Эти два подхода требуют разного подключения. Однако каждый подход требует использования конденсаторов . В виде ns8o говорит: Емкость помогает наводить токи в проводники ротора и заставляет его производить переменный ток. Вы можно обойтись без конденсаторов, но тогда генератор должен быть подключен к электрическая сеть.

Частота будет определяться скоростью источника питания, а напряжение будет определяется емкостью конденсатора.

3 фазы

двигатели как генератор

С такой промышленный электродвигатель у вас есть три вывода (+ нейтраль). Это проблема, поскольку вы будете подключать однофазные домашние нагрузки. (например, лампы, электродрель, холодильник и т. д.)

к вашему самодельному генератору.

Есть Есть два способа использования промышленного двигателя в качестве электрогенератора в бытовой технике:

  • Во-первых, чтобы взять питание между любыми двумя из трех проводов .

    Таким образом, двигатель можно подключать по схеме звезды или треугольника (в зависимости от напряжение, которое вы хотите). Это можно подключить, например лампу мощностью 100 Вт к электрогенератору мощностью 1500 Вт, взяв питание

    от двух из трех проводов (помните: 230 Вольт в треугольнике (120 В в Америке)). Но если вы хотите подключить лампу мощностью 600 Вт к (одной из трех фаз) генератора мощностью 1500 Вт таким образом, она не будет работать. Это потому, что мощность индукционного генератора делится на три (три катушки группы).Можно будет 3 раза подключить пусть я говорю макс. 350 Вт для этого трехфазного индукционного генератора мощностью 1500 Вт. Если вы выберете этот метод, вам придется подключить конденсаторы. над обмотками двигателя.

  • Метод второй состоит из специального способа подключения, в котором также используются конденсаторы. Этот способ изготовления однофазный выход (230 В) от трехфазного генератора называется методом C-2C (также описано в: Двигатели как генераторы для микрогидроэнергетики от Найджела Смита (требуются технические знания!) и использует два конденсатора.Одно значение C и один стоимостью 2С. Значения всегда измеряются в F (микрофарад). Катушки индукционного генератора должны быть подключены по схеме «Дельта». Значения конденсаторов см. В той же таблице. как указано выше.

Ссылка для умножения РЕАКТИВНАЯ мощность в кВт (Киловатт) на 7,35 для C. Power берется параллельно по соединению C.

когда При выборе номиналов конденсаторов важно выбирать те, которые имеют достаточную уровень напряжения.Они могут взорваться, если этот рейтинг недооценен. За безопасность выбирайте конденсаторы не менее 350 В (в 1,5 раза больше номинала).

Однофазные двигатели в качестве генератора

Такой асинхронные двигатели, возможно, найти проще, поскольку они используются для привода водяных насосов, электрических газонокосилок и стиральных машин. Однако этот вид индукционных генераторов (спроектированных как двигатель) также требует емкости (в параллельно проводам двигателя) и принцип тот же.Однако они будут потребуется больше емкости, чем потребуется трехфазным системам. Видеть электронная таблица вкладка 'однофазный двигатель> однофазный генератор)'.

Дополнительный информация, важный!

  • Конденсаторы: Всегда использовать двигатель запустите конденсаторов с напряжением, которое в √3 раза выше, чем напряжение, которое вы хотите генерировать.Итак, для моей модели, которая дает как минимум 230 x 1,73 = 400 В. Также существует двигатель начало конденсаторы. Не используйте их. Они взорвутся, если попадут под ток постоянно.

  • об / мин: Чтобы начать генерацию, необходимо управляйте двигателем как генератором с частотой вращения немного (+ -6%) выше паспортной. Мой мотор должно быть + - 1500 об / мин вместо номинальной скорости 1410 об / мин.Таким образом, напряжение будет в 1,06 раза больше, чем напряжение, указанное на паспортной табличке. Шахта будет 235 Вольт, что вполне нормально (при приложении нагрузки напряжение будет падение).

    Поскольку напряжение слишком сильно падает, это может повредить ваши компоненты, потому что ток будет расти. Может пригодиться установка предохранителя. Чтобы немного сберечь напряжение, вы можете рассчитать соотношение таким образом, чтобы напряжение будет например 270 Вольт на полном газу. Нецелесообразно запускать электрогенератор на это напряжение как на подшипниках, так и на конденсаторах (слишком высокое напряжение: опасность взрыв) не выдержит.

Потребуется ручное управление.

Хотя ручное управление просто хорошо, там существует также электронное управление напряжением / частотой.

Просто найдите индукционный генератор контроллер (IGC) в Google или Yahoo.

  • Маховик двигателя: маховик бензинового двигателя нужен, чтобы двигатель оставался на скорости.Он должен быть тяжелым, в чугуне. В некоторых двигателях газонокосилок (с вертикальным валом) это маховик выполнен из легкого алюминия, вес переносится винтом лезвие. Если вы используете такой двигатель, как я, используйте тяжелые (чугунные) шкивы или установить новый чугунный маховик.

  • Шкивы: Убедитесь, что вы приобрели ведущий шкив, имеющий шпоночный паз.Бездельник шкив не будет работать в самодельный генератор потому что они делают не передают мощность от оси на ремень, они просто катятся.

  • Запуск самодельный генератор: При запуске бензинового двигателя магнитное поле внутри генератора должно постепенно нарастать. Поэтому это необходимо приложить нагрузки после частота вращения генератора выше паспортной.То же самое и с выключением самодельного генератора: сначала необходимо переключить нагрузки! В виде как видите, переключатель может пригодиться (ставить после конденсаторов!).

Если вы Если у вас есть вопросы или предложения, напишите мне на [email protected]

___________________________________________________________________________

Фото Галерея

Ссылки

Электродвигатели и генераторы

Электродвигатели, генераторы, генераторы переменного тока и громкоговорители объясняются с помощью анимации и схем.
Это ресурсная страница Physclips, многоуровневого мультимедийного введения в физику (загрузите анимацию на этой странице).

Двигатели постоянного тока

Простой двигатель постоянного тока имеет катушку с проволокой, которая может вращаться в магнитном поле. В ток в катушке подается через две щетки, которые обеспечивают подвижный контакт с разрезное кольцо. Катушка находится в постоянном магнитном поле. Силы приложили на токоведущих проводах создают крутящий момент на катушке. Сила F на проводе длиной L, по которому течет ток i в магнитном поле. B равно iLB, умноженному на синус угла между B и i, который будет равен 90 °, если поля были равномерно вертикальными.Направление F идет справа правило руки *, как показано здесь. Две силы, показанные здесь, равны и противоположны, но они смещены вертикально, поэтому создают крутящий момент. (Силы на две другие стороны катушки действуют по одной и той же линии и поэтому не создают крутящего момента.)
    * Для запоминания направления силы используется ряд различных символов. Некоторые используют правую руку, некоторые - левую. Для студентов, которые знают векторное умножение, легко использовать силу Лоренца напрямую: F = q v X B , откуда F = i dL Б .Это источник диаграммы, показанной здесь.
Катушку также можно рассматривать как магнитный диполь или небольшой электромагнит, как указано стрелкой SN: согните пальцы правой руки в направление тока, а ваш большой палец - северный полюс. В эскизе Справа изображен электромагнит, образованный катушкой ротора. как постоянный магнит, и тот же крутящий момент (север притягивает юг) действовать для выравнивания центрального магнита.
    Мы используем синий для Северного полюса и красный для Южного. Это просто условность, чтобы сделать ориентацию ясной: нет никакой разницы в материалах на обоих концах магнита, и они обычно не окрашиваются в другой цвет.

Обратите внимание на влияние щеток на разрезное кольцо . Когда плоскость вращающейся катушки достигает горизонтали, щетки разорвут контакт (теряется не так много, потому что это точка нулевого момента все равно - силы действовать внутрь).Угловой момент катушки переносит ее через этот разрыв точка, и ток затем течет в противоположном направлении, которое меняет направление магнитный диполь. Итак, после прохождения точки останова ротор продолжает движение. повернуть против часовой стрелки и начать выравнивание в обратном направлении. в В следующем тексте я буду в основном использовать картинку «крутящий момент на магните», но имейте в виду, что использование щеток или переменного тока может привести к появлению полюсов электромагнит, о котором идет речь, меняет положение, когда ток меняет направление.

Крутящий момент, создаваемый в течение цикла, зависит от вертикального разделения две силы. Следовательно, это зависит от синуса угла между ось катушки и поле. Однако из-за разрезного кольца оно всегда в том же смысле. Анимация ниже показывает его изменение во времени, а вы можно остановить на любом этапе и проверить направление, приложив правую руку правило.

Двигатели и генераторы

Теперь двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока.Взгляните на следующую анимацию. В катушка, разрезное кольцо, щетки и магнит - это то же оборудование, что и двигатель выше, но катушка вращается, что генерирует ЭДС.

Если вы используете механическую энергию для вращения катушки (N витков, область A) с равномерной угловая скорость ω в магнитном поле B , это создаст в катушке синусоидальную ЭДС. ЭДС (ЭДС или электродвижущая сила - это почти то же самое, что и напряжение). Пусть θ будет угол между B и нормалью к катушке, поэтому магнитный поток φ равен НАБ.cos θ. Закон Фарадея дает:

Приведенную выше анимацию можно назвать генератором постоянного тока. Как и в двигателе постоянного тока, концы катушки соединяются с разрезным кольцом, две половины которого контактируют кистями. Обратите внимание, что щетки и разрезное кольцо «исправляют» создаваемую ЭДС: контакты организованы таким образом, что ток всегда будет течь в одном и том же направление, потому что, когда катушка вращается мимо мертвой точки, где щетки встречаются зазор в кольце, соединения между концами катушки и внешние клеммы перевернуты.ЭДС здесь (без учета мертвой зоны, которая обычно бывает при нулевом напряжении) равна | NBAω sin ωt |, как нарисовано.

Генератор

Если нам нужен AC, нам не нужно исправление, поэтому нам не нужны разрезные кольца. (Этот это хорошая новость, потому что разрезные кольца вызывают искры, озон, радиопомехи и дополнительный износ. Если хочешь Постоянный ток, часто лучше использовать генератор и выпрямлять диоды.)

На следующей анимации две кисти соприкасаются с двумя непрерывными кольцами, поэтому две внешние клеммы всегда подключены к одним и тем же концам катушки.Результатом является не исправленная синусоидальная ЭДС, заданная NBAω sin ωt, который показан на следующей анимации.


Это генератор переменного тока. Преимущества переменного и постоянного тока генераторы сравниваются в разделе ниже. Выше мы видели, что двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока. Точно так же генератор переменного тока также является двигателем переменного тока. Тем не мение, он довольно негибкий. (Смотри как настоящие электродвигатели работают для более подробной информации.)

Задний ЭДС

Теперь, как показывают первые две анимации, двигатели и генераторы постоянного тока могут быть то же самое.Например, двигатели поездов становятся генераторами, когда поезд замедляется: они преобразуют кинетическую энергию в электрическую и мощность обратно в сеть. В последнее время несколько производителей начали выпуск автомобилей. рационально. В таких автомобилях электродвигатели, используемые для привода автомобиля, также используется для зарядки аккумуляторов при остановке автомобиля - это называется регенеративным торможение.

Итак, вот интересное следствие. Каждый двигатель - это генератор . Это правда, в некотором смысле, даже когда он действует как двигатель.ЭДС, что мотор генерирует называется обратной ЭДС . Обратная ЭДС увеличивается с увеличением скорость из-за закона Фарадея. Итак, если на двигатель нет нагрузки, он очень сильно крутится. быстро и разгоняется до появления обратной ЭДС плюс падение напряжения из-за потерь, равно напряжению питания. Обратную ЭДС можно рассматривать как «регулятор»: он останавливает бесконечно быстро вращающийся двигатель (что избавляет физиков от некоторых затруднений). Когда двигатель загружен, то фаза напряжения становится ближе к фазе тока (начинает выглядят резистивными), и это кажущееся сопротивление дает напряжение.Итак, спина Требуемая ЭДС меньше, и двигатель вращается медленнее. (Чтобы добавить обратно ЭДС, которая является индуктивной, к резистивной составляющей необходимо добавить напряжения которые не в фазе. См. AC схем.)

Катушки обычно имеют сердечники

На практике (и в отличие от схем, которые мы нарисовали) генераторы и постоянный ток двигатели часто имеют сердечник с высокой проницаемостью внутри катушки, так что большие магнитные поля создаются умеренными токами. Это показано слева в на рисунке ниже показаны статоры (статические магниты) постоянные магниты.

Моторы универсальные

Магниты статора тоже могут быть выполнены в виде электромагнитов, как показано выше. справа. Два статора намотаны в одном направлении, чтобы поле в том же направлении, а ротор имеет поле, которое дважды меняет направление за цикл, потому что он подключен к щеткам, которые здесь не указаны. Один Преимущество наличия статоров в двигателе состоит в том, что можно сделать двигатель который работает от переменного или постоянного тока, так называемый универсальный двигатель .Когда вы едете у такого мотора с переменным током ток в катушке меняется дважды за каждый цикл (помимо изменений со щеток) а вот полярность статоров изменяется одновременно, поэтому эти изменения отменяются. (К сожалению, кисти еще остались, хотя я спрятал их в этом эскизе.) недостатки постоянного магнита по сравнению со статорами с обмоткой см. ниже. Также смотрите больше на универсальных моторах.

Построить простой мотор

Чтобы построить этот простой, но странный мотор, вам понадобятся два довольно сильных магнита. (подойдут редкоземельные магниты диаметром около 10 мм, магниты), жесткий медный провод (не менее 50 см), два провода с крокодиловой зажимы на обоих концах, фонарь на шесть вольт, две банки безалкогольных напитков, два блока дерева, липкой ленты и острого гвоздя.

Сделайте катушку из жесткой медной проволоки, чтобы она не нуждалась во внешних служба поддержки. Намотайте от 5 до 20 витков по кругу диаметром около 20 мм и два конца радиально направлены наружу в противоположных направлениях. Эти цели будут быть одновременно осью и контактами. Если провод имеет лаковую или пластиковую изоляцию, снимите его с концов.

Опоры оси могут быть выполнены из алюминия, поэтому что они создают электрический контакт. Например проткнуть безалкогольный напиток банки с гвоздем, как показано.Расположите два магнита с севера на юг, так что магнитное поле проходит через катушку под прямым углом к оси. Закрепите или приклейте магниты к деревянным блокам (не показаны на схеме), чтобы они оставались на нужной высоте, затем переместите блоки поставить их на место, достаточно близко к катушке. Сначала поверните катушку так что магнитный поток через катушку равен нулю, как показано на схеме.

Теперь возьмем аккумулятор и два провода с зажимами «крокодил».Подключить два вывода аккумулятора к двум металлическим опорам для катушка и она должна повернуться.

Обратите внимание, что у этого двигателя есть по крайней мере одна «мертвая зона»: он часто останавливается. в положении, когда на катушке отсутствует крутящий момент. Не уходи он горит слишком долго: он быстро разряжает аккумулятор.

Оптимальное количество витков в катушке зависит от внутреннего сопротивление аккумулятора, качество опорных контактов и тип провода, поэтому вам следует поэкспериментировать с разными значениями.

Как уже говорилось выше, это тоже генератор, но очень неэффективный. Чтобы увеличить ЭДС, используйте больше витков (может потребоваться использовать более тонкую проволоку и рамку для намотки.) Вы можете использовать например, электродрель, чтобы быстро повернуть ее, как показано на рисунке выше. Используйте осциллограф, чтобы посмотреть на генерируемую ЭДС. Это переменный или постоянный ток?

У этого двигателя нет разъемного кольца, почему он работает на DC? Проще говоря, если бы он был точно симметричным, это не сработало бы.Однако, если ток в одном полупериоде немного меньше, чем в другом, то средний крутящий момент не будет равен нулю, и, поскольку он вращается достаточно быстро, угловой момент, приобретенный в течение полупериода с большим током, переносит его через полупериод, когда крутящий момент находится в противоположном направлении. По крайней мере, два эффекта могут вызвать асимметрию. Даже если провода полностью зачищены и чистые, контактное сопротивление вряд ли будет одинаковым даже в состоянии покоя. Кроме того, само вращение вызывает прерывистый контакт, поэтому, если во время одной фазы есть более длительные отскоки, этой асимметрии будет достаточно.В принципе, можно частично зачистить провода таким образом, чтобы ток за полупериод был равен нулю.

Альтернативная версия простого двигателя Джеймса Тейлор.
Еще более простой двигатель (который также намного проще для понимания!) - это униполярный двигатель.

Двигатели переменного тока

С помощью переменного тока мы можем изменить направление поля без использования щеток.Это хорошая новость, потому что мы можем избежать дуги, образования озона и омическая потеря энергии, которую могут вызвать щетки. Далее, поскольку кисти контактируют между движущимися поверхностями, они изнашиваются.

Первое, что нужно сделать в двигателе переменного тока, - это создать вращающееся поле. 'Обычный' Переменный ток от 2-х или 3-х контактной розетки - это однофазный переменный ток - он имеет одну синусоидальную разность потенциалов создается только между двумя проводами - активным и нейтральным. (Обратите внимание, что заземляющий провод не пропускает ток, за исключением электрические неисправности.) При однофазном переменном токе можно создать вращающееся поле. за счет генерации двух противофазных токов с помощью, например, конденсатора. В показанном примере два тока сдвинуты по фазе на 90 °, поэтому вертикальный составляющая магнитного поля синусоидальная, а горизонтальная косусоидальная, как показано. Это дает поле, вращающееся против часовой стрелки.

(* Меня попросили объяснить это: из простого AC Теоретически, ни катушки, ни конденсаторы не имеют напряжения в фазе с электрический ток.В конденсаторе напряжение максимально, когда заряд закончил течь на конденсатор и вот-вот начнет стекать. Таким образом, напряжение отстает от тока. В чисто индуктивной катушке падение напряжения является самым большим, когда ток изменяется наиболее быстро, что также когда ток равен нулю. Напряжение (падение) опережает ток. В моторных катушках фазовый угол меньше 90, потому что электрические энергия преобразуется в механическую энергию.)

На этой анимации графики показывают изменение токов во времени. в вертикальных и горизонтальных витках. График компонент поля B x и B y показывает, что векторная сумма этих двух полей является вращающейся поле. Основное изображение показывает вращающееся поле. Он также показывает полярность магнитов: как указано выше, синий представляет северный полюс, а красный - южный полюс.

Если мы поместим постоянный магнит в эту область вращающегося поля, или если мы поместим в катушке, ток которой всегда течет в одном и том же направлении, тогда это становится синхронный двигатель .В широком диапазоне условий двигатель будет повернуть со скоростью магнитного поля. Если у нас будет много статоров, вместо этого всего двух пар, показанных здесь, то мы могли бы рассматривать его как шаговый двигатель: каждый импульс перемещает ротор на следующую пару задействованных полюсов. Пожалуйста, помните мое предупреждение об идеализированной геометрии: настоящие шаговые двигатели десятки полюсов и довольно сложные геометрические формы!

Двигатели асинхронные

Теперь, поскольку у нас есть изменяющееся во времени магнитное поле, мы можем использовать наведенную ЭДС в катушке - или даже просто вихревые токи в проводнике - чтобы ротор магнит.Правильно, если у вас есть вращающееся магнитное поле, вы можете просто вставил проводник и получается. Это дает несколько преимуществ асинхронные двигатели : отсутствие щеток или коммутатора означает более простое производство, нет износ, отсутствие искр, отсутствие образования озона и отсутствие связанных с этим потерь энергии с ними. Внизу слева схематическое изображение асинхронного двигателя. (Для фотографий настоящие асинхронные двигатели и подробнее см. Индукция. двигатели.)

Анимация справа представляет двигатель с короткозамкнутым ротором .Белка клетка имеет (во всяком случае, в этой упрощенной геометрии!) два круглых проводника, соединенных несколькими прямыми стержнями. Любые два стержня и соединяющие их дуги образуют катушка - на что указывают синие черточки на анимации. (Только два из для простоты показано много возможных схем.)

На этой схеме показано, почему их можно назвать двигателями с короткозамкнутым ротором. Реальность иная: фотографии и подробности см. В разделе «Индукция». моторы. Проблема с показанными асинхронными двигателями и двигателями с короткозамкнутым ротором в этой анимации показано, что конденсаторы высокой стоимости и высокого напряжения стоят дорого.Одно из решений - двигатель с экранированным полюсом, но его вращающийся поле имеет некоторые направления, в которых крутящий момент небольшой, и имеет тенденцию бежать назад при некоторых условиях. Самый простой способ избежать этого - использовать многофазные двигатели.

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока

Однофазный используется в домашних условиях для приложений с низким энергопотреблением, но у него есть некоторые недостатки. Во-первых, он выключается 100 раз в секунду (вы не обратите внимание, что флуоресцентные лампы мигают с такой скоростью, потому что ваши глаза слишком медленные: даже 25 изображений в секунду на экране телевизора достаточно, чтобы дать иллюзия непрерывного движения.) Во-вторых, это делает его неловким для создания вращающихся магнитных полей. По этой причине некоторые высокие мощности (несколько кВт) для бытовых устройств может потребоваться трехфазная установка. Промышленное применение широко использовать трехфазный двигатель, трехфазный асинхронный двигатель является стандартным рабочая лошадка для приложений большой мощности. Три провода (не считая земли) несут три возможных разности потенциалов, которые не совпадают по фазе с каждым другое на 120 °, как показано на анимации ниже. Таким образом, три статора плавно вращающееся поле.(Посмотри это ссылку для получения дополнительной информации о трехфазном питании.)

Если поместить постоянный магнит в такой набор статоров, он станет синхронным трехфазный двигатель . На анимации изображена беличья клетка, в которой простота показана только одна из многих петель наведенного тока. Без механической нагрузки, он вращается практически синхронно с вращающимся полем. Ротор не обязательно должен быть беличьей клеткой: фактически любой проводник, который будет переносящие вихревые токи будут вращаться, стремясь следовать за вращающимся полем.Такая компоновка может дать асинхронный двигатель , обладающий высоким КПД, высокая мощность и высокие крутящие моменты в диапазоне скоростей вращения.

Двигатели линейные

Набор катушек можно использовать для создания магнитного поля, которое переводит, скорее, чем вращается. На паре катушек на анимации ниже подается импульс от слева направо, поэтому область магнитного поля перемещается слева направо. А постоянный или электромагнит будет стремиться следовать за полем. Так что простой плита из проводящего материала, потому что наведенные в ней вихревые токи (не показаны) содержат электромагнит.В качестве альтернативы мы могли бы сказать, что из Фарадея закон, ЭДС в металлической плите всегда индуцируется, чтобы противодействовать любому изменению в магнитном потоке, а силы на токах, вызванные этой ЭДС, сохраняют поток в плите почти постоянный. (Вихревые токи на этой анимации не показаны.)

В качестве альтернативы мы могли бы иметь комплект катушек с питанием в подвижной части, и наводить вихревые токи в рельсе. В любом случае получается линейный двигатель, что было бы полезно, скажем, для поездов на магнитной подвеске.(В анимации геометрия как обычно на этом сайте, в высшей степени идеализирован, и только один вихревой ток показано.)

Некоторые примечания к двигателям переменного и постоянного тока для приложений большой мощности

    Этот сайт изначально был написан для помощи старшеклассникам. и учителя в Новом Южном Уэльсе, Австралия, где в новой программе по истории и приложениям физики за счет самой физики, был введен. В новой программе в одной из точек есть следующее: озадачивающее требование: «объясните, что двигатели переменного тока обычно вырабатывают малую мощность и связывают это с их использованием в электроинструментах ".
Двигатели переменного тока используются для приложений с большой мощностью, когда это возможно. Три фазные асинхронные двигатели переменного тока широко используются для приложений большой мощности, в том числе тяжелая индустрия. Однако такие двигатели непригодны, если многофазность недоступна, или трудно доставить. Электропоезда тому пример: строить проще линии электропередач и пантографы, если нужен только один активный проводник, так что это обычно имеет постоянный ток, и многие двигатели поездов работают на постоянном токе. Однако из-за недостатков постоянного тока для высокой мощности, более современные поезда преобразуют постоянный ток в переменный, а затем бегут трехфазные двигатели.

Однофазные асинхронные двигатели имеют проблемы при объединении приложений высокая мощность и гибкие условия нагрузки. Проблема заключается в создании вращающееся поле. Конденсатор может использоваться для подачи тока в один набор катушки впереди, но дорогие высоковольтные конденсаторы стоят дорого. Затененный Вместо них используются полюса, но под некоторыми углами крутящий момент невелик. Если нельзя создают плавно вращающееся поле, и если груз «проскальзывает» далеко за поле, то крутящий момент падает или даже меняется на противоположное.

В электроинструментах и ​​некоторых приборах используются щеточные электродвигатели переменного тока. Кисти вводят потери (плюс образование дуги и озона). Обратная полярность статора 100 раз в секунду. Даже если материал сердечника выбран так, чтобы минимизировать гистерезис потерь («потери в железе»), это способствует неэффективности и возможности перегрева. Эти моторы можно назвать универсальными. двигатели, потому что они могут работать от постоянного тока. Решение дешевое, но грубое и неэффективно. Для приложений с относительно низким энергопотреблением, таких как электроинструменты, неэффективность обычно экономически не важна.

Если доступен только однофазный переменный ток, можно исправить переменный ток и использовать Двигатель постоянного тока. Раньше сильноточные выпрямители были дорогими, но сейчас они становятся все более дорогими. менее дорогой и более широко используемый. Если вы уверены, что понимаете принципы, пора перейти к Как настоящие электродвигатели работают Джона Стори. Или продолжайте здесь, чтобы найти о громкоговорителях и трансформаторах.


Громкоговорители

Громкоговоритель - это линейный двигатель с небольшим диапазоном.Имеет одиночный ход катушка, которая постоянно, но гибко подключена к источнику напряжения, поэтому нет кистей.
The катушка движется в поле постоянного магнита, который обычно имеет форму для создания максимального усилия на катушке. Подвижная катушка не имеет сердечника, поэтому его масса невелика, и он может быстро ускоряться, что позволяет частота движения. В громкоговорителе катушка прикреплена к легкому весу. бумажный конус, который поддерживается с внутренней и внешней стороны круглыми, плиссированные бумажные «пружины».На фотографии ниже динамик выходит за рамки нормальный верхний предел его перемещения, поэтому катушка видна над полюса магнита.

Для низкочастотного звука с большой длиной волны необходимы большие диффузоры. Показанный ниже динамик имеет диаметр 380 мм. Колонки, предназначенные для низкие частоты называются вуферами. Они имеют большую массу и поэтому трудно быстро разогнаться для высокочастотных звуков. На фотографии ниже часть вырезана, чтобы показать внутренние компоненты.

Твитеры - громкоговорители, предназначенные для высоких частот - может быть просто динамики аналогичной конструкции, но с небольшими диффузорами и катушками малой массы. В качестве альтернативы они могут использовать пьезоэлектрические кристаллы для перемещения конуса.

Громкоговорители представляют собой линейные двигатели со скромным диапазоном - возможно, десятки мм. Подобные линейные двигатели, хотя, конечно, без бумажного конуса, часто используется для радиального перемещения головки чтения и записи на дисководе.
Громкоговорители как микрофоны
На картинке выше вы можете видеть, что картонная диафрагма (конус динамика) соединена с катушкой провода в магнитном поле. Если звуковая волна перемещает диафрагму, катушка будет двигаться в поле, создавая напряжение. Это принцип динамического микрофона - хотя в большинстве микрофонов диафрагма намного меньше конуса громкоговорителя. Итак, динамик должен работать как микрофон. Хороший проект: все, что вам нужно, это громкоговоритель и два провода, чтобы подключить его ко входу осциллографа или микрофонному входу вашего компьютера.Два вопроса: как вы думаете, что масса диффузора и катушки повлияет на частотную характеристику? Как насчет длины волны звуков, которые вы используете?

Предупреждение: настоящие двигатели сложнее

Эскизы двигателей были схемами, чтобы показать принципы. Пожалуйста, не сердитесь, если, когда вы разбираете мотор, он выглядит больше сложный! (Смотри как настоящие электродвигатели работают.) Например, типичный двигатель постоянного тока вероятно, будет иметь много отдельно намотанных катушек для обеспечения более плавного крутящего момента: всегда есть одна катушка, для которой синусоидальный член близок к единице.Это показано ниже для двигателя с обмотанными статорами (вверху) и постоянные статоры (внизу).

Трансформаторы

На фотографии изображен трансформатор, предназначенный для демонстрационных целей: первичная и вторичная катушки четко разделены и могут быть удалены и заменен поднятием верхней части сердечника. Для наших целей отметим что у катушки слева меньше катушек, чем у правой (вставки показать крупные планы).

На эскизе и схеме показан повышающий трансформатор. Чтобы сделать понижающий трансформатор, достаточно разместить источник справа, а нагрузку - слева. ( Важно Примечание по безопасности : для настоящего трансформатора вы можете только «подключить его задом наперед» только после проверки соответствия номинального напряжения.) Итак, как трансформатор работает?

Сердечник (заштрихован) имеет высокую магнитную проницаемость, т.е. материал, образующий магнитное поле намного легче, чем свободное пространство, из-за ориентации атомных диполей.(На фотографии сердечник - ламинированное мягкое железо.) В результате поле сосредоточено внутри ядра, и почти силовые линии не выходят из ядра. Если следует, что магнитные потоки φ через первичный и вторичный примерно равны, как показано. Из Фарадея По закону ЭДС на каждом витке, будь то первичная или вторичная обмотка, равна -dφ / dt. Если пренебречь сопротивлением и другими потерями в трансформаторе, вывод напряжение равно ЭДС. Для N p витков первичной обмотки, это дает

Для N с витков вторичной обмотки это дает Разделение этих уравнений дает уравнение трансформатора где r - коэффициент поворотов.А что с током? Если пренебречь потерями в трансформатор (см. ниже раздел об эффективности), и если мы предположим, что напряжение и ток имеют одинаковое фазовое соотношение в первичной и вторичный, то из сохранения энергии мы можем записать в устойчивом состоянии:
    Power in = power out, поэтому

    V p I p = V s I s , откуда

    I s / I p = N p / N s = 1 / r.

Так что даром ничего не получишь: если увеличишь напряжение, то уменьшишься. ток (по крайней мере) в тот же коэффициент. Обратите внимание, что на фотографии катушка с большим количеством витков имеет более тонкий провод, потому что она предназначена для меньшего ток, чем тот, с меньшим количеством витков.

В некоторых случаях целью упражнения является уменьшение силы тока. В силе линий передачи, например, потери мощности при нагревании проводов из-за их ненулевое сопротивление пропорционально квадрату тока.Таким образом, передача электроэнергии от электростанции экономит много энергии. в город при очень высоких напряжениях, так что токи невелики.

Наконец, и снова предполагая, что трансформатор идеален, давайте спросим, ​​что резистор во вторичной цепи «похож» на первичную цепь. В первичном контуре:

    V p = V s / r и I p = Я s .r так

    V p / I p = V s / r 2 I s = Р / к 2 .

R / r 2 называется отраженным сопротивлением . При условии, что частота не слишком велика и при наличии сопротивления нагрузки (условия обычно встречается в практических трансформаторах), индуктивное сопротивление первичной намного меньше, чем это отраженное сопротивление, поэтому первичная цепь ведет себя как если бы источник управлял резистором номиналом R / r 2 .
КПД трансформаторов
На практике реальные трансформаторы имеют КПД менее 100%.
  • Во-первых, это резистивные потери в катушках (потеря мощности I 2 .r). Для данного материала сопротивление катушек можно уменьшить, сделав их сечение большое. Удельное сопротивление также можно сделать низким, используя медь высокой чистоты. (См. Дрейф скорости и закон Ома.)
  • Во-вторых, в сердечнике наблюдаются потери на вихревые токи. Это может быть уменьшается за счет ламинирования сердечника. Ламинирование уменьшает площадь цепей в ядре, и таким образом уменьшите ЭДС Фарадея, и, таким образом, текущий текущий в ядре, и таким образом теряется энергия.
  • В-третьих, в сердечнике есть гистерезисные потери. Магентизация и кривые размагничивания для магнитных материалов часто немного отличаются (гистерезис или зависимость от истории), и это означает, что требуемая энергия намагничивать сердечник (при увеличении тока) не совсем восстанавливается при размагничивании. Разница в энергии теряется в виде тепла в основном.
  • Наконец, геометрический дизайн, а также материал сердечника могут быть оптимизированным для обеспечения того, чтобы магнитный поток в каждой катушке вторичной почти такой же, как и в каждой катушке первичной обмотки.
Подробнее о трансформаторах: генераторы переменного и постоянного тока
Трансформаторы работают только от переменного тока, что является одним из больших преимуществ переменного тока. Трансформеры позволяют понижать 240 В до уровня, удобного для цифровой электроники (всего несколько вольт) или для других приложений с низким энергопотреблением (обычно 12 В). Трансформеры повышайте напряжение для передачи, как упомянуто выше, и понижайте для безопасности распространение. Без трансформаторов потери электроэнергии при распределении сети, и без того высокие, были бы огромными.Возможно преобразование напряжения в DC, но сложнее, чем в AC. Кроме того, такие преобразования часто неэффективно и / или дорого. Дополнительным преимуществом переменного тока является то, что его можно использовать на двигателях переменного тока, которые обычно предпочтительнее двигателей постоянного тока для приложений большой мощности.

Другие ресурсы от нас

Некоторые внешние ссылки на веб-ресурсы по двигателям и генераторам

  • Гиперфизика: Электромоторы с сайта HyperPhysics в штате Джорджия. Отлично сайт в целом, и моторный отсек для этого идеально подходит. Хорошо использование веб-графики. Производит двигатели постоянного, переменного тока и асинхронные двигатели и имеет обширный ссылки
  • Громкоговорители .. Еще больше хороших материалов от Государственной Гиперфизики Джорджии. Хорошая графика, хорошие объяснения и ссылки. Этот громкоговоритель сайт также включает в себя вложения.
  • http://members.tripod.com/simplemotor/rsmotor.htm A сайт, описывающий двигатель, построенный студентами.Ссылки на другие двигатели, построенные тот же студент и ссылки также на сайты о моторах.
  • http://www.specamotor.com A сайт, который сортирует двигатели различных производителей в соответствии со спецификациями, введенными пользователем.

В чем разница между постоянными магнитами и наличие электромагнитов в двигателе постоянного тока? Это делает его более эффективным или более могущественный? Или просто дешевле?

Когда я получил этот вопрос на Высшем Доска объявлений школьной физики, я отправил ее Джону Стори, выдающийся астроном и строитель электромобилей.Вот его ответ:

В общем, для маленького мотора намного дешевле использовать постоянные магниты. Материалы для постоянных магнитов продолжают совершенствоваться и стали настолько недорогими что даже правительство иногда присылает вам бессмысленные магниты на холодильник через почту. Постоянные магниты также более эффективны, потому что нет энергии тратится на создание магнитного поля. Так зачем вообще использовать раневое поле Двигатель постоянного тока? Вот несколько причин:

  • Если вы строите действительно большой двигатель, вам понадобится очень большой магнит и в какой-то момент раневое поле может подешеветь, особенно если очень Для создания большого крутящего момента необходимо сильное магнитное поле.Имейте это в виду если вы проектируете поезд. По этой причине у большинства автомобилей есть стартеры. которые используют поле раны (хотя некоторые современные автомобили теперь используют постоянные магнитные двигатели).
  • У постоянного магнита магнитное поле имеет фиксированное значение (то есть что означает "постоянный"!) Напомним, что крутящий момент, создаваемый двигателем заданная геометрия равна произведению тока через якорь и напряженность магнитного поля. С двигателем с возбужденным полем у вас есть возможность изменения тока через поле и, следовательно, изменения моторные характеристики.Это открывает ряд интересных возможностей; Вы ставите обмотку возбуждения последовательно с якорем, параллельно, или кормить из отдельно контролируемого источника? Пока есть достаточно крутящий момент для преодоления нагрузки на двигатель, внутреннего трения и т. д., чем слабее магнитное поле, тем * быстрее * двигатель будет вращаться (при фиксированной вольтаж). Сначала это может показаться странным, но это правда! Итак, если вы хотите двигатель, который может производить большой крутящий момент в состоянии покоя, но при этом сильно вращаться скорости при низкой нагрузке (как продвигается конструкция поезда?) раневое поле - вот ответ.
  • Если вы хотите иметь возможность запускать двигатель как от переменного, так и от постоянного тока (так называемый «универсальный» двигатель), магнитное поле должно менять полярность каждые полупериод Мощность переменного тока, чтобы крутящий момент на роторе всегда был в одном направлении. Очевидно, что для достижения этой цели вам понадобится мотор с возбужденным полем.

Мнения, выраженные в этих заметках, принадлежат мне и не обязательно отражают политика Университета Нового Южного Уэльса или Школы физики.В анимации сделал Джордж Hatsidimitris.
Джо Вулф / [email protected]/ 61-2-9385 4954 (UT + 10, +11 окт-март)

Индукционный генератор в ветроэнергетических установках

2.1. Модель ветровой энергии и ветряной турбины

Как типичная кинетическая энергия, энергия ветра извлекается через лопасти ветряной турбины и затем передается редуктором и ступицей ротора в механическую энергию в валу. Вал приводит в действие генератор для преобразования механической энергии в электрическую.Согласно закону Ньютона кинетическая энергия ветра с определенной скоростью ветра V w описывается как:

, где м представляет собой массу ветра, а его мощность может быть записана как:

Pw = ∂ Ek∂t = 12∂m∂tVw2 = 12 (ρAVw) Vw2 = 12ρAVw3E2

, где ρ и A - плотность воздуха и площадь смещения ротора турбины соответственно. Таким образом, извлеченная механическая мощность может быть выражена как:

Pm = Cp (λ, β) Pw = Cp (λ, β) 12ρAVw3E3

, где P m - механическая выходная мощность в ваттах, которая зависит от коэффициента полезного действия C p ( λ , β ), C p зависит от отношения концевой скорости λ и угла наклона лопасти β и определяет, сколько кинетической энергии ветра может быть захвачено система ветряных турбин.Нелинейная модель описывает C p ( λ , β ) как [3]:

Cp (λ, β) = c1 (c2 − c3β − c4β2 − c5) e − c6E4

где, c 1 = 0,5, c 2 = 116 / λ i , c 3 = 0,4, c 4 = 0, c 5 = 5, c 6 = 21 / λ i и

λi = 1λ + 0,08β − 0,035β3 + 1E5

С учетом зависимости от λ и β максимальное значение C p может быть достигнуто и поддержано путем регулирования угла тангажа и скорости генератора на определенных скорость ветра.Группа типичных кривых C p - λ для различных β показана на рисунке 4, и всегда существует максимальное значение для C p при одной конкретной скорости ветра. Соответственно, выходная мощность определяется разными C p , а также скоростью генератора при разной скорости ветра, как показано на рисунке 5, где всегда есть одно максимальное значение мощности для каждой скорости ветра, что является целью MPPT контроль.

Рисунок 4.

Кривая зависимости Cp от λ для ветряной турбины (β - угол тангажа) [23]

Рисунок 5.

График зависимости мощности от скорости генератора для ветряной турбины [31]

2.2. Модель и управление SCIG

Как ветроэнергетическая система с фиксированной скоростью, SCIG напрямую подключается к сети через трансформатор и, таким образом, работает с почти постоянной скоростью без управления через интерфейс силовой электроники. Она широко использовалась в Дании в 1980-х и 1990-х годах и поэтому также называется «датской концепцией».Надежная и простая конфигурация делает такую ​​систему пригодной для многих приложений, в которых стоимость имеет более высокий приоритет, чем эффективность. На рисунке 6 показана схема всей ветровой системы SCIG, включая ветряную турбину, регулятор шага и компенсатор реактивной мощности. Вся система включает в себя три ступени для доставки энергии от ветряной турбины в электросеть. Первая - ступень ветряной электростанции, работающая с низковольтным напряжением В wt ; второй - распределительный каскад со средним напряжением В dis ; третья ступень передачи сети, которая имеет высоковольтную сетку В .Трехфазные трансформаторы заботятся о стыке между двумя ступенями [10]. Номинальная мощность рассматривается как опорная активная мощность для регулирования угла наклона, в то время как межфазное напряжение и фазный ток распределения контролируются, чтобы способствовать компенсации реактивной мощности для распределительной линии. Впервые использовалась эта довольно простая технология, поскольку она проста, имеет прочную конструкцию, надежную работу и низкую стоимость. Однако природа фиксированной скорости и проблема потенциальной нестабильности напряжения серьезно ограничивают работу ветряной системы SCIG [1,3].

Рисунок 6.

Конфигурация ветроэнергетической системы SCIG

Из рисунка 5 ясно, что при определенной скорости ветра выходная активная мощность также является фиксированным значением в случае фиксированной скорости генератора. Таким образом, выходная мощность зависит исключительно от скорости ветра, пока не будет достигнута номинальная мощность. Скорость ветра при номинальной мощности называется номинальной скоростью ветра. При скорости ветра, превышающей эту скорость, система углов тангажа предотвращает превышение выходной мощности номинального значения. Угол наклона определяется управлением регулируемой выходной активной мощности без обратной связи и, как показано на рисунке 7.Из-за огромного размера лопасти и, следовательно, большой инерции, угол наклона должен изменяться медленно и в разумных пределах. Также стоит отметить, что без источника реактивной мощности система SCIG имеет тенденцию к падению напряжения в распределительной линии, что вызовет проблему перегрузки.

Рис. 7.

Управление углом тангажа

Моделирование в [23] иллюстрирует работу системы SCIG мощностью 0,855 МВт. На Рисунке 8 начальная частота вращения генератора установлена ​​на скольжении s = -0,01 о.е. относительно синхронной скорости, а затем реакция на входное возмущение скорости ветра.Поскольку мощность ниже номинального значения (0,855 МВт) до момента t = 10 с, регулировка угла тангажа не выполняется. С этого момента скорость ветра увеличивается, а также скорость и мощность генератора, пока скорость ветра не превысит номинальное значение (11 м / с), в котором срабатывает регулировка тангажа, чтобы заблокировать дальнейшее увеличение выходной мощности. Таким образом, после этого выходная мощность остается на номинальном уровне.

Следует отметить, что частота вращения генератора может изменяться только в очень небольшом диапазоне около 1 л.u. и поэтому невозможно достичь оптимальной выходной мощности. Кроме того, без возможности независимого управления система SCIG потребляет реактивную мощность 0,41 Мвар в установившемся режиме, что приведет к падению напряжения в сети. Для обеспечения необходимой реактивной мощности в распределительной линии применяется статический синхронный компенсатор (STATCOM). Как показано на рисунке 9, напряжение в распределительной линии может упасть примерно на 0,055 о.е. в системе SCIG без STATCOM, что может вызвать перегрузку в системе. Напротив, система SCIG со STATCOM может удерживать напряжение распределения на уровне 0.99 о.е., что способствует устойчивости сети. Компенсированная реактивная мощность от STATCOM показана на рисунке 10 и равна 0,3 Мвар в установившемся режиме. Хотя STACOM обеспечивает впечатляющую помощь в поддержании постоянного напряжения в распределительной сети, ветровая система DFIG обладает более привлекательными характеристиками.

Рисунок 8.

Контроль угла наклона для системы SCIG [23]

Рисунок 9.

Сравнение напряжений в сети между SCIG без проводов. STACOM, SCIG w. STACOM и DFIG [23]

Рисунок 10.

Компенсированная реактивная мощность от СТАТКОМ [23]

2.3. Модель и управление DFIG

Традиционно, динамическое управление скольжением используется для выполнения работы с переменной скоростью в ветровой системе индукционного генератора, в которой обмотки ротора соединены с переменным резистором и управляют скольжением с помощью переменного сопротивления [3,11] . Этот тип системы обеспечивает ограниченные изменения скорости генератора, но внешний источник реактивной мощности все еще необходим. Чтобы полностью исключить компенсацию реактивной мощности и управлять как активной, так и реактивной мощностью независимо, система ветроэнергетики DFIG является одним из самых популярных методов в области применения энергии ветра [1,3,7].Система ветроэнергетики DFIG с соответствующим обратным преобразователем представляет собой типичную систему с регулируемой скоростью, как показано на рисунке 11, которая соответствует топологиям на рисунках 3 (a) и 2 (d). Обмотки статора генератора подключены непосредственно к сети (с фиксированным напряжением и частотой сети), а обмотки ротора питаются от преобразователя PWM AC / DC / AC на базе IGBT (встречно-ответный преобразователь с конденсатором постоянного тока), с переменной частотой через контактные кольца и щетки. Хотя для работы такой системы требуется редуктор и контактные кольца, многие преимущества позволяют системе DFIG доминировать на большинстве ветроэнергетических рынков в настоящее время.Это облегчает изменение широкого диапазона скоростей (± 30% относительно синхронной скорости), более низкие требования к номинальным характеристикам преобразователей энергии (30% мощности генератора) и, следовательно, более низкую стоимость. Кроме того, он имеет высокий КПД, обусловленный двунаправленным потоком мощности, и способность выполнять компенсацию реактивной мощности и плавную интеграцию в сеть. В этой конфигурации встречный преобразователь состоит из двух частей: преобразователя на стороне статора / сети и преобразователя на стороне ротора. Оба являются преобразователями с источником напряжения, а конденсаторная батарея между двумя преобразователями действует как интерфейс постоянного напряжения.

В этом разделе сначала вводится моделирование DFIG, за которым следует последующий алгоритм FOC, который разделен на две части: управление преобразователем на стороне статора и управление преобразователем на стороне ротора. Также рассматриваются метод SVM и управление изолированными операциями.

Рисунок 11.

Конфигурация ветроэнергетической системы DFIG

2.3.1. дк модель DFIG

Моделирование проводится под DQ отсчета. Эквивалентные схемы DFIG в системе отсчета dq изображены на рисунке 12 (a, b), и можно определить отношения между напряжением V, током I , магнитным потоком Ψ и крутящим моментом T e . записывая уравнения КВЛ.Для стороны статора компоненты напряжения осей d - и q задаются как:

Vds = RsIds − ωsΨqs + (Lls + Lm) dIdsdt + LmdIdrdt aVqs = RsIqs + ωsΨds + (Lls + LmrdIt bmdIqs) E6

Аналогичным образом, компоненты напряжения оси d - и q на стороне ротора задаются как:

Vdr = RrIdr − sωsΨqr + (Llr + Lm) dIdrdt + LmdIdsdt aVqr = RrIqr + sωldt dIqrdt + LmdIqsdt bE7

Поскольку потокосцепление вдоль оси d - и q -оси следуют:

Ψds = LsIds + LmIdr aΨqs = LsIqs + LmIqr bE8Ψdr = LrIdrIdr + LMIqr в d - и q -оси, соответственно, представлены как:

Vds = RsIds - ωsΨqs + dΨdsdt aVqs = RsIqs + ωsΨds + dΨqsdt bE10

И напряжения ротора DFIG в d - соответственно , представлены как:

Vdr = RrIdr− sωsΨqr + dΨdrdt aVqr = RrIqr + sωsΨdr + dΨqrdt bE11

Электромагнитный момент генератора соответственно задается как:

Te = 32np (ΨdsIqs− ΨqsIds) E12

, где L s = L ls + L м ; л правый = л л + л м ; и sω s = ω s - ω r представляет собой разницу между синхронной скоростью и скоростью генератора; индексы r, s, m, d, q обозначают компоненты ротора, статора, намагничивания, d, -ось и q -ось компонентов, соответственно; T e - электромагнитный момент; L m и n p - взаимная индуктивность генератора и количество пар полюсов соответственно.

Рисунок 12.

Эквивалентная схема DFIG ((а) ось d; (б) ось q)

2.3.2. Управление преобразователем на стороне ротора

Управление DFIG, смоделированное выше, применяется к обратному преобразователю и поэтому также делится на управление на стороне ротора и управление на стороне статора.

Сначала изучается преобразователь на стороне ротора. По оси d потокосцепление ротора Ψ qr в уравнении (7a) заменяется уравнением (9b), в результате получается:

Vdr = RrIdr − sωs (LrIqr + LmIqs) + d (LrIdr + LmIds ) dtE13

Заменяя I ds на Ψ ds в уравнении (8a), уравнение (13) может быть выражено как:

Vdr = RrIdr − sωsLrIqr − sωsLmIddt + LmIds− LmIdr) dtE14

Поскольку он напрямую подключен к сети, напряжение статора имеет постоянную величину и частоту напряжения сети.Можно выровнять ось d с вектором напряжения статора, и верно, что В с = В ds и В qs = 0, таким образом, Ψ с = Ψ qs и Ψ ds = 0, которые представляют собой схему векторного управления с ориентацией на напряжение статора, как показано на рисунке 13. Следовательно, уравнение (14) может быть организовано как:

Vdr = [Rr + ( Lr − Lm2Ls) ddt] Idr − sωs [LrIqr + LmIqs] E15

Уравнение (15) подразумевает, что напряжение ротора по оси d состоит из двух составляющих напряжения В dr 1 и V dr 2 :

Vdr1 = [Rr + (Lr − Lm2Ls) ddt] Idr aVdr2 = −sωs [LrIqr + LmIqs] bE16
Рис. 13.

Напряжение статора Опорная рамка ВОК

V dr 1 называется частью регулирования тока и изображена на рисунке 14, где σ = L r - L м 2 / L с . Из-за линейной зависимости между V dr 1 и I dr используется ПИ-регулятор. Кроме того, V dr 2 является частью поперечной связи и требует упреждающей компенсации для полного управления.В конечном итоге напряжение преобразователя на стороне ротора по оси d получается как:

Vdrc = Vdr = Vdr1 + Vdr2E17

, где индекс rc обозначает преобразователь на стороне ротора. После преобразования dq - abc может быть получено напряжение преобразователя на стороне ротора В abc_rc , которое используется для генерации сигналов управления ШИМ для преобразователя на стороне ротора.

Рисунок 14.

Часть регулирования тока преобразователя напряжения на стороне ротора по оси d

Если рассматривается только установившееся состояние, производными частями в уравнении (10) пренебрегают, и можно получить поток статора как:

Ψds = Vqs - RsIqsωs aΨqs = (Vds - RsIds) / (- ωs) bΨs = Ψds2 + Ψqs2 cE18

В соответствии с уравнениями (8), (10) и (12) эталонный ток преобразователя на стороне ротора определяется как:

Idr_ref = −2LsTe3npLmΨsE19

, где

Pe_ref = Popt− Ploss = Teωr aPloss = RsIs2 + RrIr2 + RcIsc2 + Fωr2 bE20

, где I sc , R sc , R сопротивление преобразователя тока и на стороне дросселя , сопротивление R и c , и коэффициент трения соответственно. P opt , P e_ref и P loss - это желаемая оптимальная выходная активная мощность, эталонная активная мощность и потери мощности системы соответственно. Комбинируя уравнения (8), (10) и (11), активная мощность используется в качестве входных команд для определения опорных значений тока I dr_ref .

Аналогичным образом, преобразователь напряжения на стороне ротора с осью q состоит из элементов регулирования тока и перекрестной связи:

Vqr1 = [Rr + (Lr − Lm2Ls) ddt] Iqr aVqr2 = sωs [LrIdr + LmIds + LmLsdE21Vdr] = Vqr = Vqr1 + Vqr2E22

, где производная потока статора в уравнении (21b) считается равной нулю в установившемся режиме.Кроме того, часть регулирования тока проиллюстрирована на рисунке 15. Если реактивная мощность преобразователя на стороне статора регулируется так, чтобы она была равна нулю, выходная реактивная мощность является реактивной выходной мощностью статора. Тогда имеем:

Qo = Qs + Qsc = Qs = = −VdsIqs = −Vds1Ls (Ψs− LmIqr) E23

Таким образом, регулирование реактивной мощности может привести к I qr_ref .

Рисунок 15.

Часть регулирования тока преобразователя напряжения на стороне ротора по оси q

С учетом отклонений напряжения ротора и опорных токов по осям d и q , на рисунке 16 представлена ​​полная схема управления. для преобразователя на стороне ротора, где P opt получен из MPPT.

Рисунок 16.

Общая схема управления преобразователем на стороне ротора

2.3.3. Управление преобразователем на стороне статора

Управление преобразователем на стороне статора основано на соотношении между напряжением, магнитным потоком и током статора и дросселя, которое моделируется моделью перекрестной связи, как показано на рисунке 17. Видно, что напряжение сети (статора) равно сумме напряжения преобразователя на стороне статора и напряжения, занятого дросселем. По KVL:

Vds = RcIdsc − ωsΨqsc + LcdIdscdt + Vdsc aVqs = RcIqsc + ωsΨdsc + LcdIqscdt + Vqsc bE24

Потоковая связь выглядит следующим образом:

Ψdsc = LcIdsc aΨ16sc-dc = напряжение в преобразователе 90, QSC-25
- и q -оси, соответственно, представлены как:

Vdsc = Vds-RcIdsc + ωsLcIqsc-LcdIdscdt aVqsc = Vqs-RcIqsc-ωsLcIdsc-LcdIqscdt bE26

, где нижние индексы переменных обозначают символы и дроссель соответственно. L c и R c - это индуктивность и сопротивление дросселя.

Рисунок 17.

Эквивалентная схема дросселя преобразователя на стороне статора [23]

На основе модели в уравнении (26a, b), часть регулирования тока напряжения дросселя в d - и q -ось описаны как (27a, b) и на Рисунке 18 (a, b).

Vdch2 = (Rc + Lcddt) Idsc aVqch2 = (Rc + Lcddt) Iqsc bE27
Рисунок 18.

Часть регулирования тока напряжения дросселя ((a) ось d; (b) ось q)

Поперечный соединяющая часть напряжения дросселя В dch3 и В qch3 выражается как (28a, b), а полное напряжение преобразователя на стороне статора получается как (29a, b).

About the author

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *