Как сделать из асинхронного двигателя генератор: Генератор из асинхронного электродвигателя: схемы и описание изготовления

Генератор из асинхронного электродвигателя: схемы и описание изготовления

Подробное описание как сделать трёхфазный (однофазный) генератор 220/380В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока.

Устройство и принцип работы асинхронного генератора

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке ротор расположен справа, а статор слева.

Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки.

На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя, наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.
Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым

Принцип действия

По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.

В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.

При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.

Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим.

Ёмкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор.

 

Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.

Можно подобрать емкость так, чтобы номинальное напряжение и мощность асинхронного генератора равнялись соответственно напряжению и мощности при работе его в качестве электродвигателя.

В таблице приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750…. 1500 об/мин). Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:

Q = 0,314·U2·C·10-6

где С — ёмкость конденсаторов, мкФ.

Как видно из приведённых данных, индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом.

Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя.

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок.

В случае самостоятельного изготовления батареи, следует использовать конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на рабочее напряжение не менее 600 В. Электролитические конденсаторы применять нельзя.

Рассмотренный выше вариант подключения трёхфазного электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Существуют и другие способы, которые так же хорошо зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора.

Двухфазный режим асинхронного генератора

 

схема 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 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.

 

 

Схема: генератор из однофазного асинхронного двигателя

Здесь конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо можно 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.

Двигатель для вращения ротора асинхронного генератора

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.

На фото: бензогенератор из асинхронного электродвигателя и бензинового мотора.

Как сделать генератор из асинхронного двигателя

В настоящее время хорошо известен способ превращения электрической энергии во вращательное движение. Для этого человечество изобрело электродвигатели. Они имеют множество разновидностей, начиная от двигателей постоянного тока и заканчивая асинхронными двигателями переменного тока, но суть этого преобразования одна — электричество преобразуется во вращательное движение.

И без электричества человечество слабо представляет себе собственное существование. Поэтому в местах где нет электричества или существуют его серьезные перебои необходимость генераторов в сегодняшнем мире жизненно необходима.

Причем если существует бесплатный источник вращения, то ли вода или ветер, то такой генератор превращается в мини электростанцию. Так как стоимость электричества создаваемого бензиновым или дизельным генератором достаточно велика.

Краткое содержимое статьи:

Зачем нужны асинхронные генераторы?

Если рассмотреть фото асинхронных генераторов, то легко заметить что с первого взгляда практически невозможно отличить их от обыкновенных двигателей.

Суть в том, что это практически одни и те же электрические машины используемые в другом направлении и имеющие разные схемы подключения. Поэтому достаточно просто переделать одну такую машину в другую.

Эта статья поможет разобраться в том как это осуществить на практике. В современном мире множество генераторов и большинство из них асинхронные. Так как значительным преимуществом таких электрических машин является их простота, надежность и легкость в наладке системы.

Типы асинхронных генераторов

Если рассмотреть виды асинхронных генераторов, то их все можно разделить на две категории по виду электроэнергии которые они вырабатывают. Это однофазные и трех фазные.

По способу возбуждения генератора существуют модели с внешним источником возбуждения, для этого нужен дополнительный источник энергии и генераторы с самовозбуждением, которые могут работать совершенно автономно.

Именно такие генераторы можно применять для мини электростанций.

Устройство асинхронных генераторов

При рассмотрении устройства асинхронных генераторов, необходимо обратить особое внимание на основные элементы электрической машины без которых он не сможет существовать, а именно:

• Ротор генератора – это элемент вращения, на котором наводится электродвижущаяся сила. Именно вал ротора и является тем элементом, который приводится в движение. Обычно обладает короткозамкнутыми обмотками.
• Статор или статарная обмотка неподвижный элемент крепящийся к корпусу генератора и внутри которого находится ротор. Именно в этой обмотке индуцируется рабочее напряжение генератора.
• Корпус генератора.
• Подшипники, удерживающие ротор в рабочем положении.
• Элементы безопасности такие как, термореле, коротко замыкатель и щетки регулятора.

Как функционирует генератор

Принцип работы асинхронных генераторов изучался еще в средней школе. При вращении ротора на нем наводится ЭДС создающая вращающееся магнитное поле. Это вращающееся магнитное поле вырабатывает в катушке статора электромагнитную индукцию, которая и снимается с генератора.

Важнейшим недостатком таких генераторов является невозможность регулировки получаемого в результате генерации напряжения.

Поэтому чаще всего такое напряжение подается на полупроводниковый выпрямительный мост и превращается в постоянное. Удобное для дальнейшего применения.

Как сделать генератор своими руками

Инструкция как сделать асинхронный генератор достаточно проста. Для этого достаточно найти рабочий асинхронный электродвигатель.

Разобрав его необходимо убедиться в пригодности подшипников, находящихся на роторе и при необходимости их заменить. Далее на токарном станке уменьшается диаметр сердечника ротора на 2-3 мм.

Кроме этого делаются восемь углублений для неодимовых магнитов. Клеем магниты и герметизируем ротор. Проводами подключить статарную обмотку к нагрузке генератора.

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.

Фото генераторов из асинхронного двигателя

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

 

Асинхронный генератор

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является превосходным генератором, если его скорость превышает синхронную. Те же характеристики, которые делают этот двигатель предпочтительным по сравнению с другими типами двигателей, делают асинхронный генератор предпочтительным по сравнению с другими типами генераторов, а именно присущая конструкции с короткозамкнутым ротором прочность и простота систем управления.

Асинхронный двигатель становится генератором, когда он подключен к системе электроснабжения, а затем приводится в действие первичным двигателем со скоростью, превышающей его синхронную скорость. Первичным двигателем может быть турбина, двигатель, ветряная мельница или что-то еще, способное обеспечить крутящий момент и скорость, необходимые для приведения двигателя в состояние превышения скорости.

Рабочие характеристики генератора будут немного отличаться от характеристик двигателя. Как правило, скольжение оборотов и коэффициент мощности будут ниже, а эффективность будет выше. Различия могут быть настолько незначительными, что их невозможно обнаружить обычными методами полевых измерений.

Основным преимуществом индукционного генератора является регулировка частоты. Скорость должна жестко регулироваться синхронным генератором, чтобы его частота не отклонялась от частоты сети. Выходная частота и напряжение регулируются системой питания индукционных генераторов и не зависят от колебаний скорости. Эффект саморегулирования минимизирует сложность системы управления.

Элементы управления асинхронным генератором очень похожи на элементы управления асинхронным двигателем, за некоторыми исключениями:

1. Система должна быть оснащена устройством ограничения скорости. В случае отключения электрической нагрузки крутящий момент первичного двигателя быстро разгонит систему до потенциально опасных скоростей. Чтобы избежать опасных скоростей, требуется тормоз, регулятор или отключение дроссельной заслонки.
2. Электрический выключатель должен быть оборудован для ограничения тока короткого замыкания. В случае короткого замыкания в энергосистеме генератор подает ток неисправности. Обычно достаточно токоограничивающих предохранителей.
3. Выходной крутящий момент первичного двигателя должен быть ограничен, чтобы предотвратить перегрузку генератора. Это управление может быть заложено в конструкции первичного двигателя или может быть основано на сигналах обратной связи с выхода генератора. В крайнем случае первичный двигатель может превысить крутящий момент генератора, что приведет к неуправляемой скорости.
4. В некоторых случаях скорость первичного двигателя может упасть ниже синхронной скорости генератора. Если это произойдет, генератор будет приводиться в движение системой. Если такая реакция нежелательна, то питание можно отключить с помощью реле обратной мощности или можно использовать обгонную муфту, чтобы двигатель мог работать без нагрузки.

Асинхронный генератор может использоваться в качестве двигателя для ускорения системы до рабочей скорости, или первичный двигатель может использоваться для обеспечения ускорения. В последнем случае нет необходимости учитывать в конструкции машины пусковой момент и ток. Это дает разработчику полную свободу действий для максимизации эксплуатационных характеристик при полной нагрузке.

Индукционный генератор все чаще используется как средство восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна. Генерируемая электроэнергия может потребляться на месте или продаваться коммунальной системе, питающей объект (Закон о регулировании коммунальных услуг требует, чтобы коммунальное предприятие покупало электроэнергию). Генераторы с приводом от ветра и воды используются для преобразования этой энергии в электрическую.

Некоторые типичные области применения индукционных генераторов:

1. Бумажная фабрика имеет значительный запас доступного топлива в виде коры и древесных отходов. При использовании в котле он может генерировать 4000 л.с. избыточного пара. Самая большая разовая нагрузка — это насос мощностью 2000 л.с., 3600 об/мин. При механическом соединении турбины мощностью 4000 л.с. и индукционного генератора мощностью 2000 л.с. с насосом топливо можно использовать для привода насоса и выработки электроэнергии мощностью 2000 л.с. В случае отказа пара генератор можно использовать в качестве двигателя для привода насоса. Кроме того, насос поможет ограничить превышение скорости системы в случае потери электрической нагрузки.
2. Компания водоснабжения обнаружила, что она может покупать электроэнергию по низким ценам в ночное время и продавать ее по высоким ценам в дневной период пиковой нагрузки. Он строит низкие и высокие накопительные бассейны и устанавливает несколько насосов. Ночью он перекачивает воду из нижнего бассейна в высокий, покупая электроэнергию у коммунальных предприятий. В пиковые периоды вода течет обратно вниз через насосы, приводя в движение двигатели как генераторы. Энергия продается коммунальным службам. Устройство настолько простое, что им можно управлять дистанционно.
3. Между пустыней и горами Калифорнии постоянно дует ветер. Предприимчивый человек установил несколько башен с ветряными мельницами, приводящими в действие индукционные генераторы через редукторы. Электроэнергия вырабатывается пропорционально скорости ветра и продается местной коммунальной службе. Работа «Ветряной электростанции» при наличии соответствующего оборудования практически автоматическая.

Существуют определенные различия в использовании индукционных генераторов, которые следует учитывать при применении:

1. Следует избегать беспорядочного использования асинхронных двигателей в качестве генераторов. Возможно, конкретный двигатель не будет работать в качестве генератора из-за внутреннего магнитного насыщения. Внутреннее напряжение генератора может быть выше, чем у двигателя с тем же напряжением на клеммах. Магнитные плотности в машине определяются напряжением на воздушном зазоре схемы замещения. Для двигателя напряжение воздушного зазора обычно составляет 85-95 процентов от напряжения на клеммах. Для генератора напряжение воздушного зазора обычно составляет 100-105 процентов от напряжения на клеммах. Это более высокое напряжение воздушного зазора может привести к магнитному перенасыщению машины, высоким потерям в сердечнике и высоким токам намагничивания. Вполне возможно, что машина может перегреться при очень низкой выходной нагрузке. Если асинхронный двигатель будет использоваться в качестве генератора, эта информация должна быть известна разработчику, чтобы он мог сделать соответствующие допуски в плотности магнитного поля.
Асинхронные двигатели
2. обычно рассчитаны на 460 вольт для использования в системе 480 вольт. Индукционные генераторы должны быть рассчитаны на номинальное напряжение системы или немного выше, чем ниже, потому что теперь генератор является источником питания, а не нагрузкой на энергосистему.
Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности
3. можно использовать для коррекции коэффициента мощности генератора так же, как и для асинхронного двигателя. Однако, если есть вероятность того, что генератор может превысить скорость, независимо от того, подключен ли он к системе питания или нет, конденсаторы должны быть подключены к системе через отдельный выключатель, чтобы при размыкании выключателя генератора конденсаторы не были отключены. подключен к генератору. В условиях превышения скорости конденсаторы могут перевозбуждать генератор и вызывать неконтролируемые высокие напряжения. Эти напряжения могут разрушить системы изоляции генератора, а также могут быть опасны для другого оборудования и персонала.

Асинхронные генераторы предназначены для конкретных применений, а не для общего использования. Свяжитесь с местным дистрибьютором или торговым представителем, чтобы отправить технический запрос.

электромагнетизм. Можно ли использовать асинхронный двигатель для выработки электроэнергии?

спросил 3 года, 7 месяцев назад

Изменено 3 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 4к раз

\$\начало группы\$

Асинхронные двигатели не имеют магнитов, вместо этого магнитное поле, генерируемое внешними катушками, создает электричество, а затем и магнитное поле во внутренней катушке. Это означает, что этим двигателям не нужны щетки, так как внутренняя катушка ни к чему не подключена.

Мне было интересно, чисто академически, можно ли сначала запустить двигатель полем, пропуская ток через внешнюю катушку, а затем вращая его для выработки электричества. Предполагая, что вы вращаете его правильно, я полагаю, что магнитные поля будут поддерживать себя, используя энергию, поглощаемую движением, пока система не остановится.

Это возможно или чепуха?

• электромагнетизм
• асинхронный двигатель
• теория

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Из асинхронных двигателей получаются очень хорошие генераторы. Они являются типичным генератором, используемым, например, в ветряных турбинах.

Давайте посмотрим на кривую скорости крутящего момента. Вот один с сайта electric4u.com

Скорости от 0 до нс, от состояния покоя до синхронизма, как правило, являются единственными скоростями, которые люди принимают во внимание.

Обычно асинхронный двигатель работает при полной нагрузке с проскальзыванием в несколько процентов. Рассмотрим, что происходит, когда крутящий момент, создаваемый двигателем, падает, скольжение уменьшается и из источника питания потребляется меньше энергии. Когда крутящий момент падает до нуля, скорость возрастает до синхронной скорости, и питание не потребляется.

Если теперь мы увеличим скорость выше синхронной, приводя двигатель в действие извне, для вращения двигателя потребуется крутящий момент, и энергия будет передана в источник питания.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Асинхронные двигатели можно использовать для выработки энергии, но это просто, только если вы подаете энергию в сеть. В этом случае возбуждение поля происходит от сетки.

В Интернете есть инструкции, объясняющие, как использовать конденсаторы. Я считаю, что вы должны сначала разогнать двигатель до нужной скорости без подключенной нагрузки.