Асинхронный двигатель в качестве генератора схема: Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

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.

Генераторный режим асинхронной машины | Электрические машины

Подробности

Категория: Оборудование

• электродвигатель

Содержание материала

• Электрические машины
• Основные электромагнитные схемы электрических машин
• Устройство многофазных обмоток
• Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
• Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
• Асинхронные машины
• Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
• Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
• Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
• Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
• Механическая характеристика асинхронной машины
• Статическая устойчивость асинхронной машины
• Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
• Рабочие характеристики асинхронного двигателя
• Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
• Пуск асинхронных двигателей
• Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
• Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
• Однофазные асинхронные двигатели
• Генераторный режим асинхронной машины
• Трансформаторный режим асинхронной машины
• Синхронные машины
• Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
• Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
• Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
• Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
• Уравнения напряжений и векторные диаграммы
• Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
• Работа на автономную нагрузку
• Параллельная работа синхронных машин
• Включение генератора в сеть
• Регулирование активной мощности синхронной машины
• Регулирование реактивной мощности синхронной машины
• Угловая характеристика синхронной машины
• Статическая устойчивость синхронной машины
• U-образные характеристики
• Синхронные двигатели
• Синхронные компенсаторы
• Несимметричные режимы синхронных генераторов
• Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
• Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
• Машины постоянного тока
• ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
• Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
• Коммутация
• Генераторы постоянного тока
• Характеристики генераторов с самовозбуждением
• Параллельная работа генераторов постоянного тока
• Двигатели постоянного тока
• Характеристики двигателя постоянного тока
• Регулирование частоты вращения

Страница 20 из 51

Для получения генераторного режима асинхронной машины, работающей параллельно с мощной сетью (рис. 4.45), необходимо, как отмечалось в п. 4.1, приложить к валу внешний момент в направлении вращения ротора, так чтобы частота вращения превысила синхронную. При этом скольжение ротора становится отрицательным .

Анализ процессов в асинхронном генераторе можно выполнить с помощью уравнений векторных диаграмм и схемы замещения асинхронной машины, полученных в п. 4.4.

Ток ротора

в генераторном режиме () будет содержать отрицательную активную составляющую

.
Реактивная составляющая

от знака скольжения не зависит. Она так же, как и в асинхронном двигателе, будет отставать от ЭДС на угол 90° (рис. 4.46). Поэтому фаза тока статора по отношению к напряжению будет >90°. Следовательно, в генераторном режиме асинхронная машина отдает в сеть активную мощность и потребляет реактивную мощность .
Потребность в реактивной мощности является основным недостатком асинхронных генераторов, препятствующим их широкому распространению на электростанциях традиционного типа.

Однако в последние годы большой интерес проявляется к использованию в энергетике возобновляемых источников энергии, в частности энергии ветра. Одним из наиболее перспективных генераторов для ветроэлектростанций является асинхронный генератор с фазным ротором (рис. 4.47). В цепи ротора устанавливается преобразователь частоты, обеспечивающий питание обмотки ротора напряжением регулируемой частоты. Такая схема позволяет получить стабильное напряжение и частоту на выходе асинхронного генератора при широком диапазоне изменения частоты вращения ветроколеса.
Асинхронные генераторы находят применение также в автономных энергоустановках стационарного или передвижного типа. В этом случае ротор асинхронного генератора выполняется короткозамкнутым или в виде массивного стального цилиндра без обмоток. Такая конструкция ротора обеспечивает надежную работу генератора при высоких частотах вращения — до 12000 оборотов в минуту, что позволяет повысить мощность генератора, не увеличивая его габаритов.

В качестве источника реактивной мощности асинхронного генератора используются конденсаторы (рис. 4.48), подключаемые к выводам статора.

Генератор работает в режиме самовозбуждения. При вращении ротора с номинальной частотой в обмотке статора наводится ЭДС за счет остаточного потока в машине (рис. 4.49). Под воздействием этой ЭДС по обмотке статора потечет емкостный ток, который усилит остаточный поток машины и создаст ЭДС . Этот процесс будет продолжаться до пересечения характеристики холостого хода (х.х.х.) генератора с вольтамперной характеристикой конденсаторов .
Точка установившегося режима определяется соотношением
.
Отсюда получаем выражение для емкости
.

Мощность конденсаторов равняется реактивной мощности генератора,
.
Если нагрузка генератора имеет активно-индуктивный характер, то мощность конденсаторной батареи необходимо увеличить для покрытия еще и реактивной мощности нагрузки. Это делает генераторную установку (рис. 4.48) достаточно дорогой. К ее недостаткам следует также отнести сложность регулирования напряжения генератора при изменении нагрузки. В связи с этим асинхронные генераторы имеют ограниченное применение.

• Назад
• Вперёд

• Назад

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Оборудование
• Технология и оборудование производства электрической аппаратуры

Еще по теме:

• Испытания по определению электрических величин электрических машин
• Основные повреждения электродвигателей
• Двигатели типа ДАБ
• Методы сушки электрических машин
• Автоматизация испытаний электрических машин

Если асинхронный двигатель с частотно-регулируемым приводом можно использовать в качестве генератора, каковы будут напряжение и частота генерируемого напряжения?

\$\начало группы\$

Известно, что когда асинхронный генератор подключен к сети, частота и напряжение вырабатываемой электроэнергии будут такими же, как и у сети, но когда частотно-регулируемый привод подключен между сетью и асинхронным генератором, что произойдет с частотой и напряжением генерируемого напряжения?

• генератор
• асинхронный двигатель
• частотно-регулируемый привод

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Мы говорим о генераторах переменного тока.

Для простоты я буду использовать синхронные генераторы с постоянными магнитами.

В большинстве конструкций генераторов выходное напряжение является функцией скорости вращения. Чем выше скорость вращения, тем выше напряжение. Таким образом, генераторы, подключенные к сети, спроектированы таким образом, что они генерируют необходимую летучую энергию (часто около 10 кВ), когда скорость вращения соответствует частоте сети (часто 1500 об/мин для систем с частотой 50 Гц, 1800 об/мин для систем с частотой 60 Гц). За генератором находятся трансформаторы, которые преобразуют генерируемое напряжение в напряжение транспортной сети (часто в диапазоне от 55 кВ до 400 кВ). Часто (всегда?) эти трансформаторы являются регулируемыми. Количество энергии, подаваемой в сеть, зависит от фазового сдвига между генератором и сетью. Если генератор находится «перед» сетью, он будет выталкивать энергию в сеть…

Крутящий момент, необходимый для поддержания движения генератора, зависит от нагрузки (тока).

Чем выше ток, тем больший крутящий момент необходим для вращения генератора.

Итак, напряжение, ток, фазовый угол… все тесно связано с физикой в ​​системе с прямым подключением.

Теперь добавьте частотно-регулируемый привод: теперь частотно-регулируемый привод обеспечит соответствие фазы и напряжения на стороне сети. Генератор может просто работать на «любой скорости». Это полезно для систем, в которых источнику энергии будет трудно поддерживать постоянную скорость вращения (например, в ветряных турбинах). Теперь частотно-регулируемый привод будет принимать любое напряжение и частоту, которые он получает от генератора, преобразовывать их в постоянный ток и преобразовывать этот постоянный ток в требуемое напряжение и частоту переменного тока для подачи в сеть. Обычно частотно-регулируемый привод такого типа выполняет MPPT на стороне генератора, чтобы получить максимальную мощность от вашего генератора.

Но простая формула такова: U = f(об/мин). Конечно, из-за резистивных потерь напряжение немного упадет, если нагрузка на генератор увеличится. Но для простоты проигнорируем это 🙂

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Типичные частотно-регулируемые приводы имеют на входе мостовой выпрямитель. Они обеспечивают одностороннее преобразование переменного тока в постоянный для внутреннего звена постоянного тока. Невозможно преобразовать постоянный ток обратно в переменный для обратной подачи в сеть, если частотно-регулируемый привод не был специально разработан с учетом этого.

Если вы спрашиваете, что происходит во время торможения асинхронного двигателя с ЧРП, то ответ заключается в том, что он рекуперируется в звено постоянного тока ЧРП. Напряжение в звене постоянного тока будет расти. Если есть тормозной резистор, то в какой-то момент частотно-регулируемый привод сбросит избыточное напряжение на резистор, чтобы избежать перенапряжения в звене постоянного тока.

Если резистора нет, двигатель будет отключен, чтобы предотвратить дальнейшую регенерацию и повышение напряжения.

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Создает ли подключенный к сети асинхронный генератор разность фаз между напряжением сети и генерируемым током?

\$\начало группы\$

Я видел ответ на другой вопрос, в котором говорилось:

«Обычный асинхронный генератор, подключенный к электросети, будет потреблять отстающие реактивные вольт-амперы из сети и отдавать в сеть реальную мощность. Это одновременно отстающий коэффициент мощности. нагрузки и питания с коэффициентом мощности, равным единице».

Я полагаю, что они говорят, что подключенный к сети асинхронный генератор получает от сети ток намагничивания со сдвигом по фазе на -90 градусов и производит выходной ток через нагрузку в фазе с напряжением сети. Это правильно?

Если это так, то я немного запутался.

Я думал, что асинхронный двигатель, работающий на скорости выше синхронной, работает как генератор, потому что на скорости выше синхронной ротор отсекает поток статора в противоположном направлении, как и на скорости ниже синхронной, поэтому индуцирует токи в противоположном направлении и магнитное поле противоположной полярности, как и раньше в роторе.

Я предположил, что поле ротора совпадает с полем статора и, следовательно, будет индуцировать токи в обмотках статора с наибольшим током и, следовательно, с самым сильным магнитным полем. Это может быть неверным предположением.

Но ток, создающий магнитное поле статора, является током намагничивания, сдвинутым по фазе на -90 градусов с напряжением сети. Это означает, что ток, индуцированный полем ротора, находится в фазе с током намагничивания статора. Однако это не может быть правдой, если предполагается, что этот ток находится в фазе с напряжением источника, как предполагал приведенный выше ответ.

Я подозреваю, что неправильно понимаю принципы работы индукционных генераторов. Пожалуйста, исправьте мои ошибки в мышлении. Спасибо.

• генератор
• асинхронный двигатель
• фазовращатель
• электросеть

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я полагаю, что они говорят, что подключенный к сети асинхронный генератор берет из сети ток намагничивания со сдвигом по фазе на -90 градусов и создает выходной ток через нагрузку в фазе с напряжением сети. Это правильно?

Да, я так и сказал.

Я думал, что асинхронный двигатель, работающий со скоростью выше синхронной, работает как генератор, потому что выше синхронной скорости ротор отсекает поток статора в противоположном направлении, как и при скорости ниже синхронной, поэтому индуцирует токи в противоположном направлении и магнитное поле противоположной полярности, как раньше в ротор.

Я не знаю, что это значит.

Я предположил, что поле ротора будет совпадать с полем статора и, следовательно, будет индуцировать токи в тех обмотках статора с наибольшим током и, следовательно, с самым сильным магнитным полем. Это может быть неверным предположением.

Да, поле ротора совпадает с полем статора. Однако, поскольку два поля вращаются, они не выровнены прямо, между ними есть угол, называемый углом крутящего момента . Крутящий момент пропорционален синусу угла. Если поле статора опережает поле ротора, угол и крутящий момент положительны.