Электродвигатель как генератор — ООО «СЗЭМО Электродвигатель»
Содержание
- Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор
- Способы переделки электродвигателя в генератор
- Торможение реактивной нагрузкой
- Самовозбуждение электродвигателя
- Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор
- Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора
Всем известно, что работа электродвигателя – это преобразование электрической энергии в механическую. Удастся ли заставить его преобразовывать механическую энергию в электрическую, чтобы использовать электродвигатель как генератор? Благодаря действующему в электротехнике принципу обратимости это возможно. Но нужно четко знать принцип работы агрегата и создать условия, способствующие превращению.
Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор
В генераторе напряжение, обычно подаваемое с аккумулятора, возбуждает в обмотке якоря магнитное поле, вращение же обеспечивается любым физическим устройством. В электродвигателе возможность подачи напряжения на обмотку якоря не предусмотрена. Чтобы он не поглощал, а вырабатывал электроэнергию, магнитное поле необходимо создать искусственно.
В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле ротора «отстает» от поля статора, обеспечивая процесс перехода электроэнергии в механическую энергию. Следовательно, чтобы запустить обратный процесс, нужно сделать так, чтобы поле статора вращалось медленнее поля ротора, либо чтобы оно вращалось в противоположную сторону.
Способы переделки электродвигателя в генератор
Есть два способа «регулировки» магнитного поля статора.
Торможение реактивной нагрузкой
Сделать это можно с помощью мощной конденсаторной батареи. Включите ее в цепь питания двигателя, который работает в обычном режиме. Заряд, накопленный в батарее, будет в противофазе с зарядом, создаваемым питающим напряжением, что приведет к замедлению последнего. После этого двигатель вместо поглощения тока начинает генерировать его, отдавая в сеть.
Любой транспорт на электротяге работает именно благодаря этому эффекту – при «самостоятельном» движении под уклон механическая энергия не требуется, и конденсаторная батарея автоматически подключается к цепи питания. Вырабатываемая энергия подается в сеть, чтобы затем опять преобразоваться в механическую.
Самовозбуждение электродвигателя
Остаточное магнитное поле ротора может произвести ЭДС, достаточное для зарядки конденсатора. Вследствие этого возникает эффект самовозбуждения, что делает возможным переход двигателя в режим генерации электроэнергии. Непрерывность этого процесса обеспечивает конденсаторная батарея, подпитывающаяся от произведенного тока.
Этот способ является более действенным, и именно он подходит, если вы хотите применить асинхронный электродвигатель как генератор.
Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор
При переделке двигателя в генератор следует учитывать следующие технические детали:
- Не пытайтесь использовать электролитические конденсаторы – они не пригодны для подключения в цепь.
- В трехфазных машинах конденсаторы могут включаться по схеме «треугольник» или «звезда». В первом случае величина напряжения на выходе выше, а во втором генерация начинается на меньших оборотах ротора. Выбирайте оптимальный для достижения вашей цели вариант.
- Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором тоже могут генерировать электроэнергию. Запуск осуществляется с помощью фазосдвигающего конденсатора.
Поскольку определить необходимую величину емкости конденсаторной батареи невозможно, остается подбирать ее по весу – он должен быть равен весу двигателя или слегка превышать его.
Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора
У использования электродвигателя как генератора есть свои «плюсы»:
- Агрегат достаточно прост в обслуживании и экономичен, поскольку конденсатор получает энергию от остаточного поля ротора и от вырабатываемого тока.
- Практически отсутствуют «побочные» траты энергии на магнитные поля или бесполезный нагрев.
И «минусы»:
- Преобразованный в генератор двигатель чувствителен к перепадам нагрузки.
- Частота вырабатываемого тока часто нестабильна.
- Такой генератор не может обеспечить промышленную частоту тока.
Если в вашем случае преимущества перевешивают недостатки, то применение асинхронного генератора целесообразно.
Электродвигатели и генераторы
Электродвигатели и генераторы
Принцип работы электрических машин основан на использовании закона электромагнитной индукции и закона взаимодействия проводника с током и магнитного поля.
Согласно закону электромагнитной индукции при перемещении проводника между полюсами магнита в нем возникает электродвижущая сила (эдс) (рис. 10.1). Если проводник замкнуть, то под действием эдс в нем появится ток. На этом законе основана работа генератора, осуществляющего преобразование механической энергии в электрическую.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Рис. 10.1. Принципиальная схема генератора
Рис. 10.2. Принципиальная схема электродвигателя.
Если в магнитное поле поместить проводник с током в виде замкнутой рамки (рис. 10.2), то под действием сил, приложенных к сторонам рамки, она придет во вращение. Таким образом, проводник с током в магнитном поле можно рассматривать как элементарный электрический двигатель.
У большинства электрических машин магнитное поле создается не постоянным .магнитом, а электрическим током, протекающим по специальным катушкам машины. Эти катушки называют обмотками возбуждения.
Электрическая схема электрических машин состоит из неподвижных и подвижных обмоток.
Электрические машины являются машинами вращательного действия. Основными частями их являются: неподвижный статор и вращающийся ротор, разделенные зазором (рис. 10.3).
Статор и ротор имеют стальные сердечники. Сердечник набран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На внутренней стороне сердечника статора и на наружной стороне сердечника ротора имеются параллельные продольные пазы, в которые укладываются обмотки. Ротор закрепляется на валу, который вращается в подшипниках. Подшипники встроены в торцовые крышки, которые болтами крепятся к станине. На валу ротора устанавливается также вентилятор, служащий для охлаждения обмоток и сердечников.
Станина имеет лапы для крепления машины к фундаменту или специальный фланец с отверстиями под крепления.
Рис. 10.3. Конструктивная схема электрических машин.
Асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели состоят из двух основных частей: статора и ротора. На статоре располагается трехфазная обмотка (у трехфазных двигателей). Концы обмоток присоединяют к питающей сети. Обмотка имеет шесть выводных концов с металлическими бирками, расположенных в коробке и имеющих обозначение начал трехфазной обмотки С1, С2, СЗ и концов С4, С5, Сб. Ротор также имеет обмотку. В зависимости от типа обмотки асинхронные электродвигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным ротором.
В короткозамкнутом роторе обмотка представляет собой цилиндрическую клетку, образованную отдельными стержнями, уложенными в пазы ротора и соединенными с торцовых сторон кольцами («беличье колесо»).
Обмотка фазного ротора выполнена изолированным проводом и уложена в пазы ротора. Как и обмотка статора, она состоит из трех (или группы) катушек. Начала катушек соединены в звезду, а концы подведены к контактным кольцам на валу ротора. По кольцам скользят щетки, закрепленные в неподвижных щеткодержателях. Щетки соединяют обмотку ротора с реостатом, находящимся вне двигателя и служащим для уменьшения пусковых токов или регулирования скорости вращения.
Электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяют в электроприводе, не требующем регулирования скорости. Основным недостатком их является большая сила тока в момент пуска двигателя, превышающая в 5…7 раз ток при установившихся оборотах.
Двигатели с фазным ротором позволяют регулировать скорость вращения. Кроме того, включение в цепь ротора пускорегулирующе- го реостата позволяет уменьшить силу пускового тока и увеличить пусковой момент.
Каждый двигатель снабжается паспортом — металлической табличкой, закрепляемой на корпусе двигателя, на которой указывается завод-изготовитель, марка двигателя и основная характера стика двигателя.
Если в паспорте указано напряжение 220/380 В, то электродвигатель можно включать в сеть напряжением 220 и 380 В.
При напряжении 220 В обмотки статора соединяют треугольником (рис. 10.4, а) —начало первой обмотки С1 соединяют с концом третьей С6, начало второй С2 с концом первой С4, а конец второй С5 с началом третьей СЗ. Соединенные концы подводят к трем фазам сети.
Рис. 10.4. Схемы соединения обмоток статора трехфазного двигателя.
При напряжении 380 В обмотки соединяют звездой (рис. 10.4, б, в) — все начала или все концы обмоток соединяют вместе, а свободные концы включают в трехфазную сеть.
Двигатели постоянного тока применяют в тех случаях, когда требуется плавное и глубокое регулирование скорости вращения.
Двигатель постоянного тока (рис. 10.5) состоит из неподвижной станины, вращающегося якоря с коллектором и щеток со щеткодержателями. Внутри станины укрепляют главные полюсы с обмотками возбуждения, которые создают магнитный поток. Стержни обмотки якоря соединены по определенной схеме с пластинами коллектора. Щетки, скользящие по пластинам коллектора, соединяют обмотку якоря с внешней сетью. С внешней сетью соединяется также обмотка возбуждения;
Для уменьшения искрения на коллекторе на станине установлены дополнительные полюса.
Регулирование частоты вращения ротора достигается изменением силы тока обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока питаются постоянным током. Различают двигатели с независимым возбуждением и с самовозбуждением. В двигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от постороннего источника. В машинах же с самовозбуждением она питается от якорной обмотки этого же двигателя. Возбуждение при этом может осуществляться при параллельном, последовательном или смешанном соединениях, когда одна обмотка возбуждения соединена с якорной параллельно, а другая — последовательно. Соответственно этому электродвигатели называются шунтовые, сериесные и ком- паундные.
Все электрические машины характеризуются обратимостью, т. е. возможностью работать как в качестве электродвигателя, так и в качестве генератора.
Рис. 10.5. Электродвигатель постоянного тока:
1 — коллектор; 2 — щеткодержатель; 3 — якорь; 4 — главный полюс; 5 — обмотка возбуждения; 6 — станина; 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор; 9 — обмотка якоря.
Генератор устроен принципиально так же, как и электродвигатель. В отличие от него в генераторе принудительно вращается ротор (якорь). С помощью генератора механическая энергия вращающегося якоря превращается в электрическую. Подобно электродвигателям, генераторы бывают переменного и постоянного тока. Генераторы постоянного тока бывают шунтовые, сериесные и компаундные.
Различия между электродвигателями и генераторами
Электричество, когда-то являвшееся экспериментальной новинкой, теперь совершенно неотъемлемая часть современной жизни. Электричество обеспечивает освещение, климат-контроль, развлечения и многое другое. Чтобы обеспечить электроэнергию, энергия преобразуется из других форм в электричество, приводя в действие системы и устройства, которые люди склонны воспринимать как должное.
Преобразование энергии из одной формы в другую является ключом к пониманию различий между электродвигателями и генераторами. Электродвигатель преобразует электричество в механическую энергию, обеспечивая источник энергии для машин. Генератор делает обратное, преобразуя механическую энергию в электричество.
Несмотря на это существенное различие в функциях, электродвигатели и электрические генераторы тесно связаны лежащими в их основе механизмами и фундаментальной структурой. Оба основаны на важном законе физики: законе электромагнитной индукции Фарадея.
Закон электромагнитной индукции Фарадея: электричество и магнетизм
Сегодня хорошо известно, что электричество и магнетизм являются двумя проявлениями одной фундаментальной силы, называемой электромагнетизмом. Центральное место во вселенной, какой мы ее знаем, считается, что электромагнитная сила существовала в ее нынешней форме где-то между 10 12 и 10 6 секунд после Большого Взрыва.
В 1831 году физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию, выявив тесную связь между наблюдаемыми явлениями магнетизма и электричества. Интересно, что в 1832 году ее независимо обнаружил другой исследователь, Джозеф Генри. Фарадей был первым, кто опубликовал свои открытия, и по сей день ему приписывают это открытие. Позже Джеймс Клерк Максвелл открыл способ математически сформулировать открытия Фарадея, что привело к разработке уравнения Максвелла-Фарадея.
Закон индукции Фарадея — это закон физики, разработанный для точного предсказания и измерения того, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС). ЭМП преобразуют другие формы энергии, такие как механическая энергия, в электрическую энергию. Именно этот закон физики позволяет нам создавать как электрические двигатели, так и электрические генераторы. Хотя эти два типа механизмов выполняют противоположные функции, они оба основаны на одних и тех же основных законах физики.
Электрические генераторы: Преобразование механической энергии в электрическую
Согласно закону индукции Фарадея, всякий раз, когда происходит изменение магнитного поля в проводнике, таком как проволочная катушка, электроны вынуждены двигаться перпендикулярно этому магнитному полю. Это создает электродвижущую силу, которая создает поток электронов в одном направлении. Это явление можно использовать для производства электроэнергии в электрогенераторе.
Чтобы создать этот магнитный поток, магниты и проводник перемещаются друг относительно друга. Провода наматываются в тугие катушки, увеличивая количество проводов и результирующую электродвижущую силу. Непрерывное вращение катушки или магнита при сохранении другого на месте дает постоянное изменение потока. Вращающийся компонент называется «ротором», а неподвижный компонент называется «статором».
Электрические генераторы делятся на две большие категории: «динамо-машины», которые генерируют постоянный ток, и «альтернаторы», которые генерируют переменный ток.
Динамо-машина была первой формой электрического генератора, которая использовалась в промышленности. Во время промышленной революции его изобрели независимо друг от друга несколько человек. Электрическая динамо-машина использует вращающиеся катушки проволоки и магнитные поля для преобразования механической энергии в постоянный ток (DC). Исторически динамо-машины использовались для выработки электроэнергии, часто используя пар в качестве источника для выработки необходимой механической энергии.
Сегодня электрическая динамо-машина практически не используется, за исключением нескольких приложений с низким энергопотреблением. Генераторы гораздо более распространены для производства электроэнергии. Этот тип генератора преобразует механическую энергию в переменный ток. Вращающийся магнит служит ротором, вращаясь внутри набора проводящих катушек на железном сердечнике, который служит статором. Когда магнитное поле вращается, оно генерирует переменное напряжение в статоре. Магнитное поле может создаваться либо постоянными магнитами, либо электромагнитом с катушкой возбуждения.
Автомобильный генератор переменного тока, а также центральные электростанции, обеспечивающие электричеством сеть, являются электрическими генераторами.
Электродвигатели: от электрической энергии к механической энергии
Электродвигатель действует противоположно электрическому генератору. Вместо того, чтобы превращать механическую энергию в электричество, электродвигатель берет электричество и преобразует его в механическую энергию. Электродвигатели можно найти в самых разных областях применения, от промышленного производственного оборудования до бытовых приборов. Ротор вращает вал для создания механической энергии. Статор состоит из обмоток катушки или постоянных магнитов с сердечником из тонких листов, уложенных друг на друга. Известные как ламинирование, эти слои создают меньшие потери энергии, чем твердая сердцевина. Между ротором и статором имеется небольшой воздушный зазор, который способствует увеличению тока намагничивания.
Хотя электродвигатели могут быть пьезоэлектрическими, электростатическими или магнитными, в подавляющем большинстве современных двигателей используются магниты. Некоторые предназначены для работы от постоянного тока, в то время как другие используют переменный ток. Вы можете найти электродвигатели всех размеров для впечатляюще широкого спектра применений. От крошечных двигателей в часах с батарейным питанием до массивных электродвигателей, приводящих в действие промышленное производственное оборудование, эта надежная, но элегантная технология занимает центральное место в современной жизни, какой мы ее знаем.
Как закон Фарадея изменил мир электродинамики
Хотя электрические двигатели и электрические генераторы выполняют противоположные функции, они оба основаны на одном и том же основном физическом принципе: законе индукции Фарадея. В начале 19 века вклад Майкла Фарадея в изучение электричества и магнетизма не имел себе равных. Несмотря на небольшое формальное образование и несмотря на то, что эмпирическое изучение физических явлений было относительно новой областью знаний, Фарадей, без сомнения, является одним из самых влиятельных ученых за всю историю человечества.
Грандиозное открытие Фарадея, заключающееся в том, что магнитные поля взаимодействуют с электрическими токами, создавая электродвижущую силу, открыло дверь современной электрической технологии. Закон индукции Фарадея лежит в основе трансформаторов, электродвигателей, электрических генераторов, катушек индуктивности и соленоидов. Без этих знаний было бы невозможно разработать надежное оборудование, которое вырабатывает электроэнергию для сети или электродвигатели для питания другого оборудования. На самом деле электродинамика, разработанная Фарадеем, а затем и Максвеллом, также стала главным катализатором специальной теории относительности Альберта Эйнштейна.
Электрические двигатели и электрические генераторы сильно отличаются друг от друга по своим функциям. Однако с точки зрения физики они иллюстрируют две стороны одной медали. Оба основаны на одних и тех же основных физических принципах, и понимание этих принципов сыграло важную роль в развитии даже самых распространенных современных технологий.
Дэвид Мэнни — администратор по маркетингу в L&S Electric. Первоначально эта статья появилась в новом блоге L&S Electric Watts. L&S Electric является контент-партнером CFE Media.
Исходный контент можно найти на сайте www.lselectric.com.
Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете. Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.
Знайте разницу между двигателем и генератором
Электрогенераторы являются наиболее распространенными машинами, генерирующими энергию для большинства электрических сетей в городах. Они вездесущи, и их значение трудно недооценить.
Электрогенераторы — один из самых необходимых инструментов в современной жизни. Эти машины преобразуют механическую энергию в электрическую, которую затем можно хранить в батареях или подавать непосредственно туда, где это необходимо.
Давайте посмотрим на некоторые области нашей повседневной жизни, где продолжает работать генератор энергии. Маленькие версии этих машин служат хорошей резервной копией для аварийного электроснабжения в домашнем хозяйстве или на малых предприятиях. Когда создается новая строительная площадка, до подачи электроэнергии широко используются электрические генераторы. Огромные дизель-генераторы часто берут на строительные площадки для поддержки техники, прицепов, вентиляции, водяных насосов, а также охраны. В строительстве используются переносные версии настольных электропил, шлифовальных машин, дрелей и других электроинструментов. Генераторы приводят в движение двигатели, а это означает, что движение в городе заполнено работающими генераторами.
Чаще всего генераторы используются в чрезвычайных ситуациях. Они необходимы для обеспечения готовности к стихийным бедствиям. Они используются при стихийных бедствиях, таких как ураган, когда линии электропередач города не работают в течение нескольких дней. Затем в дело вступает генератор, который обеспечивает основные нужды, а также спасает жизни (как в больницах). В экстремальных погодных условиях генератор используется для питания жизненно важных устройств, таких как обогреватель во время метели.
Происходит отключение электроэнергии. Они рутинны, и в такие времена мощный резервный генератор помогает продолжать жизнь. В таких странах, как Индия, где перебои в подаче электроэнергии не редкость, генераторы являются резервным источником энергии для офисов и учреждений. Поскольку на карту поставлено гораздо больше коммерческих органов или учреждений, они следят за тем, чтобы генератор или даже несколько генераторов всегда были под рукой. Наличие работающего генератора обеспечивает практически бесперебойную подачу электроэнергии. Больницы обязаны иметь генератор с ИБП (источник бесперебойного питания), поскольку даже секундное отключение электричества может означать жизнь или смерть.
Индийские домохозяйства используют инверторные генераторы и ИБП, потому что они бесшумны, приступают к работе в тот момент, когда отключается электричество, и подача электроэнергии становится бесперебойной.
Подобно строительным площадкам, районы добычи полезных ископаемых представляют собой примитивные места, которые зависят от генераторов в качестве источника энергии. Около 70% электроэнергии, используемой в горнодобывающей промышленности, вырабатывается генераторами. Генераторы питают лопаты, буры, экскаваторы и освещают глубокие подземные туннели.
Генераторы также популярны в сельском хозяйстве и сельском хозяйстве, поскольку они могут обеспечивать электроэнергией труднодоступные и отдаленные районы сельского хозяйства.
Временные собрания, большие или маленькие, нуждаются во временном источнике питания. Здесь также пригодятся генераторы, которые используются для освещения ярмарок, спортивных мероприятий, карнавалов, свадеб и фестивалей.
Электродвигатель и генератор
Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую или кинетическую энергию, тогда как электрический генератор преобразует электрическую энергию в механическую/кинетическую энергию.
Как мы можем сравнивать и противопоставлять двигатели и генераторы? Мы можем сделать это, сравнив их на основе преобразования энергии.
Включение кнопки вентилятора или кнопки переменного тока и получение прохладного воздуха летом выполняют роль двигателей. Получение электроэнергии во время отключения электроэнергии возможно благодаря генераторам.
В этой статье мы научимся различать электродвигатели и генераторы.
(Изображение будет загружено в ближайшее время)
Разница между электродвигателем и электрогенератором в табличной форме
Электродвигатель | Электрогенератор |
Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. | Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. |
Двигатель использует электричество. Он работает по тому принципу, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает силу и вращается. | Слово «генератор» означает генерировать что-то, а электрический генератор производит (вырабатывает) электричество. Электрический генератор работает по принципу электромагнитной индукции или ЭМИ. |
Направление силы можно определить с помощью правила левой руки Флеминга. Например, когда якорь двигателя вращается по часовой стрелке, сила будет направлена вверх. Однако, если он движется против часовой стрелки, сила будет действовать вниз. | Мы можем определить направление индуцированного тока, используя правило правой руки Флеминга. Поскольку мы получаем выход в виде электричества, мы определим направление тока, используя правило правой руки Флеминга. |
В электродвигателях мы используем разрезные кольца или коллекторы. Эти разрезные кольца называются полукруглыми, они изготавливаются путем разрезания медного кольца на две половинки. | В электрогенераторах мы используем контактные кольца; эти контактные кольца представляют собой два коаксиальных медных кольца. |
Вал двигателя приводится в движение магнитной силой, возникающей между якорем и полем. | В электрогенераторах вал прикреплен к ротору и приводится в действие механической силой. |
Пример. Электромобиль или велосипед являются примером электродвигателя. | Пример — Энергия в виде электричества вырабатывается на электростанциях. Электростанции, в свою очередь, снабжают этой электроэнергией здания в своем районе. |
Если бы мы спросили, есть ли что-то общее между электродвигателем и электрогенератором, сходство было бы следующим:
Оба имеют силовые линии магнитного поля.
Оба имеют обмотку якоря, расположенную между магнитными полюсами, а именно: северным и южным полюсом.
Оба имеют давление углерода.
Оба имеют две щетки, а именно: b1 и b2.
Теперь давайте разберемся с правилом правой руки Флеминга и правилом левой руки Флеминга, чтобы различать электродвигатель и электрогенератор.
Правило левой руки Флеминга в электродвигателе
Мы знаем, что двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую, и то, как происходит это преобразование, представляет собой действительно интересное явление. Силу, с которой происходит движение, можно лучше объяснить с помощью правила левой руки Флеминга, формулировка которого такова:
Электрическое и магнитное поля, существующие в электродвигателях, приводят к движению обмотка якоря. Теперь давайте вытянем указательный, средний и большой пальцы таким образом, чтобы они лежали перпендикулярно друг другу, как вы можете видеть ниже:
(Изображение будет загружено в ближайшее время)
Итак, указательный палец отражает направление магнитного поля, средний палец указывает направление тока, а большой палец представляет направление движения катушки якоря электродвигателя. мотор.
Правило правой руки Флеминга в электрическом генераторе
Мы знаем, что электрический генератор вырабатывает электричество. Направление индуцированного тока легко понять, используя правило правой руки Флеминга. Заявление для того же является следующим:
Когда проводник тока-тока присоединен к цепи, он начинает двигаться в магнитном поле. Итак, правило правой руки Флеминга дает направление течения тока.
В утверждении говорится, что когда мы растягиваем указательный, средний и большой пальцы таким образом, чтобы они лежали перпендикулярно друг другу, тогда указательный палец представляет направление магнитного поля, большой палец указывает направление движения магнитного поля.