Генератор из электродвигателя: Как превратить электродвигатель в генератор

Как превратить электродвигатель в генератор

Вопрос о необходимости иметь дома собственный генератор возникает у многих, так как вещь довольно практичная, а в некоторых случаях крайне необходима. Второй вопрос – как его сделать самому? Наиболее верный метод в данном решении – это сделать генератор из электродвигателя. На помощь приходят такие свойства электротехнических агрегатов как обратимость, позволяющая из одного преобразовать в другое. Для этих целей подходят отлично асинхронные электродвигатели переменных значений тока. В этом случае, главный атрибут генератора, такой как магнитное поле, будет обеспечиваться при вращении якоря.

Чтобы конструктивно подойти к преображению в генератор электродвигателя, рассмотрим основные конструктивные узлы последнего:

• стартер и его обмотка;
• крышки с подшипниками: передняя и задняя;
• выполненный с короткозамкнутыми витками ротор;
• контактные выходы для присоединения к сети питания.

Первоначально простая конструкция, отличающаяся надёжностью составляющих из-за их немногочисленности в конструкции, на самом деле имеет множество нюансов, основанных как на строении приводных частей, так и на участвующих в создании электромагнитной энергии с преобразованием её в механическую.  В общем смысле, суть работы электродвигателя имеет вид:

1. Вокруг статорной обмотки появляется достаточно мощное электромагнитное поле. Назвать это условием для генерирования пока нельзя, так как в статическом поле отсутствует процесс движения.
2. Благодаря имеющимся в роторе замкнутым виткам толстого кабеля, индуцируется ЭДС, создающее переменно магнитное поле в окружающем ротор пространстве.
3. Под действием данных сил ротор приводится во вращение.

Поскольку генератор – это машина трёхфазного подключения, образующая электрическую энергию от механической, заданной первичным двигателем, элементы строения электродвигателей подходят для создания требуемого агрегата. И так, приводящийся в движение ротор достигает вращения в синхронной частоте, что вызывает во влиянии остаточного магнитного поля появление электродвижущей силы на клемах статорной обмотки. Далее, путём подключения конденсаторов к зажимам, в статорных обмотках появиться намагничивающий ёмкостный ток опережения. Чтобы появилось самовозбуждение генератора, конденсаторная ёмкость должна быть больше, нежели изначальные параметры генератора в критическом ёмкостном значении. Это повысит его частоту вращения генератора процентов на 5-10 в номинальном режиме от заданной синхронной. Так, к примеру, электродвигатель частотой 1500 об/мин для обращения в генератор должен быть раскручен до 1575-1650 об/мин.

Главное правило для выполнения электрогенераторов – мощность двигателей, которые используются, не должна превышать максимума в 20 кВА. Полученный агрегат, выполненный своими руками, станет незаменимым в рамках домашнего хозяйства.

Будьте осторожны

Процесс превращения электродвигателя в генератор несёт не только массу удовольствия, но и немалый риск, связанный с нарушением техники безопасности. Наиболее требуемыми правилами являются:

• поскольку генератор переменного тока является достаточно опасным, применяемое напряжение должно быть 380В. 220В допускается лишь по крайнему случаю;
• электрогенератор должен обязательно быть оборудован заземляющими отводами;
• перед эксплуатацией выполните пробный запуск на наличие ошибок;
• применять конденсаторы следует исходя из таблицы расчёта, представленной в любом соответствующем справочнике. Использование конденсаторов ниже или выше мощности может сулить нерабочим или неправильным в работе состоянием генераторов;
• проверяйте надёжность соединения всех рабочих устройств и механизмов;
• используйте частотные преобразователи Веспер или другие устройства для регулирования задающих параметров генератором, перемена энергетических величин которого может влиять на работу введённых электроприводов в полученную сеть;
• не используйте генератор холостым ходом, так как может случиться перегрев;
• чётко прослеживайте выходную вырабатываемую мощность тока. Так, если в трёхфазном генераторе была задействована всего одна типаемая фаза, мощность составит 30-35%, при двух – 60-70% мощности общего значения, которую имеет генератор;
• выполняйте контроль частоты переменного тока путём сравнения выходного напряжения, величина которого при холостых оборотах превысит промышленное значение на 4-6%.

Электродвигатель

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:

8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Электродвигатель как генератор — ООО «СЗЭМО Электродвигатель»

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. Вам нужны неполярные конденсаторные батареи.
• 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.

Трехфазный (380 В) генератор своими руками: пошаговая инструкция

Трехфазный (380 В) генератор своими руками: пошаговая инструкция

Генератор для дома, дачи или мастерской необходим для получения альтернативного электричества.

Если питание должно поступать и к однофазным, и к трехфазным приборам (инструментам, станкам), то нужен генератор трехфазный. Он способен запитать разную по фазности технику, как на 220 Вольт, так и на 380 Вольт — вот, что значит трехфазный генератор. Таким образом, при отсутствии тока в стационарной сети, вы сможете включать и перфоратор или дрель на 220В и бетономешалку на 380В, но только не одновременно, а поочередно. Трехфазный генератор – необходимое приобретение как для домашнего пользования, так и для производственных площадок.

Самодельный генератор, возможно ли это

Хоть электростанция трехфазная — агрегат весьма сложный, его можно собрать самостоятельно, изучив принцип работы генератора и имея доступные элементы и детали. Для этого используется асинхронный электрический двигатель.

Принцип работы основан на всем знакомой динамо-машине — заставить ротор вращаться принудительно. Как работает трехфазный генератор? На основе асинхронного двигателя. Для того, чтобы этот мотор, не включенный в сеть, заработал в роли источника электричества, нужно передать на его якорь вращательный момент. Крутящий момент возникает от любой механической энергии.

Лучший способ, как сделать трехфазный генератор — задействовать двигатель внутреннего сгорания. Причем, вы можете создать не только бензиновый генератор, а экономный газовый или мощный дизельный. Для подключения к двигателю используют амортизирующую муфту, чтобы ротор вращался не рывками, а плавно.

Даже больше — детально разобравшись, что такое трехфазный генератор, вы поймете, что механическую энергию можно получить не только от ДВС, а от совершенно бесплатных носителей. Это значит, что можно использовать энергию речки или ветра (если природные условия содействуют). В этом случае нужно собрать и установить турбину, ветряную или водяную. Получается отличная возможность сэкономить на оплате электроэнергии, получаемой от стационарной сети.

В некоторых населенных пунктах Украины для вращения ротора используют даже лошадей. Этот способ соорудить электрогенератор своими руками популярен среди определенных религиозных общин, которые принципиально не пользуются стационарным электричеством. Несколько запряженных коней вращают якорь, создавая нужную механическую энергию. Получается дешевая электроэнергия от живой конской силы.

Как работает генератор 380 Вольт собственного изготовления

При вращении ротора, в статоре возникает магнитное поле, формирующее ЭДС. Привод устроен так, что, если подсоединить к концам обмоток конденсатор, то по виткам начинает идти ток. Емкость конденсаторной батареи должна быть выше критического номинала, чтобы генератор был пригоден для активной нагрузки и выдавал симметричные трехфазные вольтажи.

Кроме этого показателя, на мощность электрогенератора влияет и двигатель, создающий крутящий момент, его конструкция и мощность.

Для продуцирования электричества 380 Вольт со стандартной частотой 50 Гц, скорость вращения якоря привода должна поддерживаться на определенном уровне. Магнитные силовые линии возникнут только при условии, что скорость выше асинхронной составляющей на коэффициент скольжения S (равен 2÷10 процентов) и соответствовать уровню синхронной частоты. В противном случае правильной синусоиды тока добиться невозможно, а ее искривление (скачки частоты) недопустимы, если подключаем к электростанции 380 Вольт приборы, оснащенные электрическими двигателями (дрели, перфораторы, болгарки, пилы). Если мотора нет, а только нагревательный ТЭН или лампа накаливания, то значение частоты и синусоида тока не настолько имеют значение.

Существует также вариант использования генераторов на 220 Вольт для оборотов электродвигателя. В этом случае, мы получаем самодельный трехфазный генератор из однофазного. Передача вращательного момента идет на якорь асинхронного трехфазного привода, в результате чего получается трехфазная сеть.

Какой асинхронный двигатель нужен: характеристики ротора и статора

Асинхронный трехфазный привод — основная база для генератора переменного тока. Очень часто такие моторы списываются на предприятиях, поэтому найти его можно за низкую цену или бесплатно. Обязательные условия выбора, какой у него ротор и статор:

• Ротор у такого движка может быть фазный или короткозамкнутый;
• Статор — с тремя отдельными медными обмотками. Соединение витков между собой допускается по типу «треугольник» или «звезда».

Устройство и принцип работы такого привода состоит в том, что ротор (якорь) — вращающийся элемент, статор — неподвижный. У них обоих основу составляют изолированные стальные пластины. На этих пластинах расположены пазы, в которых идут витки обмотки.

В статоре выходы витков нужно подсоединить в клеммную коробку и установить перемычки для соединения. Кабель для питания также устанавливают здесь.

К каждой фазе статора подсоединяются идентичные напряжения, смещенные на угол, который составляет примерно треть круга. Эти синхронные подводки отвечают за формирование тока в витках статора.

В роторе подключение зависит от особенностей его строения: фазный или короткозамкнутый.

1. Фазный ротор. У такого ротора витки обмотки аналогичны, как у статора. Их выходы нужно смонтировать на кольца, которые проводят контакт и соприкасаются со схемой запуска и прижимными щетками. Конструкция получается непростая, с ней нужно повозиться. К тому же нужно постоянно наблюдать за частотой вращения и смотреть, не разомкнулись ли контактные кольца, не отошли ли прижимные щетки. Поэтому лучше выбрать ротор короткозамкнутого типа. Или же сделать короткозамкнутый якорь из фазного ротора. Для этого концы обмотки не подключают к кольцам, а сочетают между собой — коротят.
2. Короткозамкнутый ротор. Как мы уже сказали, он более удобный для самостоятельного создания генератора, так как, в отличие от синхронного генератора, схема у него простая. Кольца-перемычки своими концами соединены и закорочены, подвижных прижимных щеток-контактов нет. Получается все очень просто и надежно, поэтому именно такой якорь и советуем выбирать для своей самоделки.

На что влияют схемы подключения

Схема трехфазного генератора в плане размещения обмоток на статоре мотора влияет на последующую работу устройства, определяет его технические характеристики.

• Электросхема соединения «звезда». Это стандартный тип соединения витков и очень популярный. Он самый практичный при подключении конденсаторной батареи. Ее присоединение можно выполнить:
• К двум обмоткам. В результате такой схемы асинхронные генераторы обеспечивают питание однофазным приборам (причем, двум группам) и трехфазным (одна линия). Клавиши выключателей для рабочего и пускового конденсатора — отдельные. 
• К одной обмотке (по такой же схеме). Получим одну однофазную линию. И одну трехфазную.
• Схема подключения «треугольник» применяется для переключения обмоток для получения однофазного питания.

На какие характеристики двигателя еще нужно обратить внимание

Для надежной и стабильной работы генератора, сделанного своими руками, важны определенные технические характеристики двигателя. Они указаны на наклейке или же в паспорте (если он есть). Важные моменты, это:

• Класс защиты (обозначение IP). Чем меньше цифра — тем лучше корпус привода защищен о проникновения пыли и влаги.
• Мощность.
• Количество оборотов.
• Схема сочетания витков обмотки статора.
• Максимальные нагрузочные токи.
• Коэффициент полезного действия.
• Пусковой ток (коэффициент фи).

Все это следует выяснить, а если мотор старый и много лет использованный, то его нужно протестировать вольтметром, амперметром и «прозвонить» на предмет рабочего состояния.

Как просчитать мощность генератора

Чтобы работа самодельной электростанции была стабильной, нужно, чтобы ее номинальный вольтаж и мощность были одинаковыми в режимах генератора и электрического мотора. Перед тем, как выбрать конденсаторную батарею, нужно учесть:

• Реактивную мощность Q. Она равняется 2n*f*C*U2, где С — емкость конденсатора. Отсюда, нужная нам емкость С будет равна Q/2n*f *U2.
• Режим работы. Для того, чтобы в режиме холостого хода не возникала перегрузка обмоток и их перегрев, конденсаторные элементы подключают ступенчатым способом, в соответствии с нагрузкой.

Рекомендуемая нами марка пусковых конденсаторов — К78-17, с вольтажом 400 Вольт и выше. Допускаются и аналогичные по характеристикам металлобумажные элементы. Подключение их параллельное.

Батареи на электролите для переменного тока использовать не советуем. На них может работать генератор постоянного тока, а при переменном элементы электролитного конденсатора будут быстро выходить из строя.

Советы и рекомендации по соблюдению безопасности

Трехфазный вольтаж 380 Вольт — это большая опасность поражения человека и его смерти. Поэтому, безопасная эксплуатация самоделки — самое важное требование. Для ее гарантии необходимо выполнить такие условия:

1. Управление единым электрощитом, в состав которого входят:

• Измерительные приборы: вольтметр (с максимумом не ниже 500 Вольт), амперметр и частотомер.
• Выключатели для взаимодействия нагрузок (три клавиши). Одна из них включает питание непосредственно к потребителю, а две других отвечают за подключение конденсаторных элементов.
• Систему защиты — автовыключатель, который срабатывает при коротком замыкании или перегрузке по мощности. Сюда также входит и устройство защитного отключения, которое должно сработать, если фаза пробьет на корпус.

Надежное заземление к контуру земли. 

Система АВР. Для удобства работы и повышения безопасности, также советуем использовать автоматический ввод резерва. Он актуален, если вам нужно резервное питание в качестве генератора. Тогда он сможет самостоятельно включаться при исчезновении тока в стационарной сети, и так же автоматом отключаться при его появлении. АВР создают путем установки перекидного рубильника, который задействует все три фазы.

Советы по эксплуатации: какие трудности могут возникнуть

Частым проблемным явлением работы генератора является перегрузка по мощности. При ней идет интенсивный нагрев обмотки, пробой изоляции. Как следствие — поломка генератора. Возникает из-за:

• Неверного подбора емкости конденсаторной батареи;
• Подсоединения большого количества электротехники, суммарная мощность которой превышает номинальную мощность. 

О правилах подбора емкости и расчетах мы уже говорили выше. А по проблеме перегруза по мощности в генераторе на три фазы, нужно отметить еще некоторые нюансы при подключении однофазных потребителей:

• Потребителей с вольтажом 220 Вольт можно подключать только на одну треть общей мощности (к примеру, если ген выдает 6 кВт, то это только для приборов на 380 Вольт, а для однофазных будет только 2 кВт, не больше). Иначе, возникнет перегрузка. 
• Если у вашего генератора две однофазных линии, то вместе мощность по ним будет составлять 2/3 от общего показателя мощности. То есть, 6 кВт — это 4 кВт для однофазных, по 2 кВт на каждую фазу. Причем, при одновременном задействовании фаз, следите, чтоб нагрузка не отличалась от мощности до 10%, иначе возникнет явление «перекос фаз», и ток поступать не будет.

При работе важно следить за показателем частоты переменного тока. Если вы не встроили частотомер на общий электрощит, то на холостом ходу выходной вольтаж выше значения 380 Вольт (или 220 при подключении однофазных) на 4÷6 процентов.

Асинхронный генератор своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Для питания бытовых устройств и промышленного оборудования необходим источник электроэнергии. Выработать электрический ток возможно несколькими способами. Но наиболее перспективным и экономически выгодным, на сегодняшний день, является генерация тока электрическими машинами. Самым простым в изготовлении, дешёвым и надёжным в эксплуатации оказался асинхронный генератор, вырабатывающий львиную долю потребляемой нами электроэнергии.

Применение электрических машин этого типа продиктовано их преимуществами. Асинхронные электрогенераторы, в отличие от синхронных генераторов, обеспечивают:

• более высокую степень надёжности;
• длительный срок эксплуатации;
• экономичность;
• минимальные затраты на обслуживание.

Эти и другие свойства асинхронных генераторов заложены в их конструкции.

Устройство и принцип работы

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

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

Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.

Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).

Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе

Принцип действия

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

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

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

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

На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.

Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора

Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями

Отличие от синхронного генератора

Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).

Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.

Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:

• ИБП;
• регулируемые зарядные устройства;
• современные телевизионные приёмники.

Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.

Классификация

Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.

На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.

Рис. 5. Типы асинхронных генераторов

Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.

Область применения

Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.

Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают переносные бензиновые генераторы, их используют для мощных мобильных и стационарных дизельных генераторов.

Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.

Сфера применения довольно обширная:

• транспортная промышленность;
• сельское хозяйство;
• бытовая сфера;
• медицинские учреждения;

Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.

Асинхронный генератор своими руками

Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):

Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами

Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.

Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.

Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.

Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.

Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U²·C·10^-6.

При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.

Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1
https://www.youtube.com/watch?v=ZQO5S9F72CQ

Часть 2
https://www.youtube.com/watch?v=nDCdADUZghs

Часть 3
https://www.youtube.com/watch?v=6M_w1b2xyM8

Часть 4
https://www.youtube.com/watch?v=CONHg7p-IYE

Часть 5
https://www.youtube.com/watch?v=z2YSqVh2vM8

Часть 6
https://www.youtube.com/watch?v=FNU83kOeSbA

Для упрощения подбора конденсаторов воспользуйтесь таблицей:

Таблица 1

Мощность альтернатора (кВт-А)	Ёмкость конденсатора (мкФ) на холостом ходу	Ёмкость конденсатора (мкФ) при средней нагрузке	Ёмкость конденсатора (мкФ) при полной нагрузке
2	28	36	60
3,5	45	56	100
5	60	75	138

На практике, обычно выбирают среднее значение, предполагая, что нагрузка не будет максимальной.

Подобрав параметры конденсаторов, подключите их к выводам обмоток статора так, как показано на схеме (рис. 7). Генератор готов.

Рис. 7. Схема подключения конденсаторов

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.

Список использованной литературы

• Кацман М.М. «Электрические машины»  2013
• А.А. Усольцев «Электрические машины» 2013
• Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019

Генератор из асинхронного двигателя своими руками

За основу был взят промышленный асинхронный двигатель переменного тока, мощностью 1,5 кВт с частотой вращения вала 960 об/мин. Сам по себе такой мотор изначально не может работать как генератор. Ему необходима доработка, а именно замена или доработка ротора.
Табличка с маркировкой двигателя:

Двигатель хорош тем, что у него везде где нужно стоят уплотнения, особенно у подшипников. Это существенно увеличивает интервал между периодическими техническими обслуживаниями, так как пыль и грязь никуда просто так попасть и проникнуть не могут.
Ламы у этого электродвигателя можно поставить на любую сторону, что очень удобно.

Переделка асинхронного двигателя в генератор

Снимаем крышки, извлекаем ротор.
Обмотки статора остаются родные, двигатель не перематывается, все остается как есть, без изменений.

Ротор дорабатывался на заказ. Было решено сделать его не цельнометаллическим, а сборным.

То есть, родной ротор стачивается до определенного размера.
Вытачивается стальной стакан и запрессовывается на ротор. Толщина скана в моем случае 5 мм.

Разметка мест для приклеивания магнитов была одной из самых сложных операций. В итоге методом проб и ошибок было решено распечатать шаблон на бумаге, вырезать в нем кружочки под неодимовые магниты – они круглые. И приклеить магниты по шаблону на ротор.
Основная загвоздка возникла в вырезании множественных кружочков в бумаге.
Все размеры подбираются сугубо индивидуально под каждый двигатель. Каких-то общих размеров размещения магнитов дать нельзя.

Неодимовые магниты приклеены на супер клей.

Была сделана сетка из капроновой нити для укрепления.

Далее обматывается все скотчем, снизу делается герметичная опалубка, герметизированная пластилином, а сверху заливная воронка из того же скотча. Заливается все эпоксидной смолой.

Смола потихоньку стекает сверху вниз.

После застывания эпоксидной смолы, снимаем скотч.


Теперь все готов к сборке генератора.

Загоняем ротор в статор. Делать это нужно особо осторожно, так как неодимовые магниты обладают огромной силой и ротор буквально залетает в статор.

Собираем, закрываем крышки.

Магниты не задевают. Залипания почти нет, крутится относительно легко.
Проверка работы. Вращаем генератор от дрели, с частотой вращения 1300 об/мин.
Двигатель подключен звездой, треугольником генераторы такого типа подключать нельзя, не будут работать.
Снимается напряжение для проверки между фазами.

Генератор из асинхронного двигателя работает отлично.

Смотрите видео

Более подробную информацию смотрите в видеоролике.

Канал автора — Peter Dmitriev

Электродвигатель-генератор тока

Электродвигатели генераторы тока широко применяются там, где возникает необходимость в автономной выработке электрического тока. Их основное отличие состоит в разновидности потребляемого топлива, а также силе, размерам и типам получаемого электротока. На ресурс службы таких агрегатов влияет качество генератора и двигателя, потому только качественные электрогенераторы располагают весьма продолжительным сроком службы.

Конструктивные особенности и параметры электродвигателей генераторов тока

Данные электрогенераторы бывают стационарными и портативными. Для стационарных генераторов, мощность которых варьируется в пределах 5-2400 кВт, применяется жидкостное охлаждение. Портативные генераторы с диапазоном мощности 0,5-30 кВт, охлаждаются воздухом.

Согласно виду электротока электрогенераторы подразделяются на генераторы переменного и постоянного тока. Также они классифицируются на одно- и трехфазные,  выходное напряжение которых колеблется  в пределах от 220 до 380 вольт, обеспечивающие работу многим электроприборам.

Конструкции бензиновых генераторов используются в качестве главного либо резервного поставщика электроэнергии в случае ее отключения от магистрали. Они оснащены двух- либо четырехтактным генератором и бензиновым двигателем, преобразующим механическую энергию в электрическую.

Дизельные электродвигатели генераторы тока считаются надежным и экономичным источником электроэнергии. В их конструкцию входит электрический генератор и дизельный двигатель, местом размещения которых является механическая ось вращения.

На работу данных электродвигателей влияет существующая нагрузка и питание. Производители советуют выполнять их включение при температуре не выше 40 и не ниже 45 градусов. Кроме того, такие приборы не должны контактировать с влагой и пылью. Только в таком случае они будут надежно работать на протяжении всего срока пользования.

Где купить электродвигатель генератор тока?

Лучше всего приобрести электродвигатель генератор тока в компании ООО «РДЭ». Она активно сотрудничает с надежными производителями, потому предлагает высококачественные модификации электродвигателей, а также выполняет их поставку по заказу клиента. Подробности Вам объяснят наши консультанты по телефону или непосредственно в офисе.

Просмотров: 2957

Дата: Суббота, 18 Январь 2014

Генератор из асинхронного двигателя своими руками: 3 схемы | Секреты дедова ремонта

Электрики давно научились извлекать пользу из принципа обратимости электрических машин: когда попадает в руки вроде бы ненужный трехфазный движок, то его можно раскрутить от бытовой сети или вырабатывать бесплатную электрическую энергию.

Эта статья рассказывает, как можно просто и надежно сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками по одной из трех доступных схем, а в ее конце приведен видеоролик, автор которого воплотил в железе эту идею.

Однако там есть ошибочные выводы. Не повторяйте их.

Секреты подбора электродвигателя

Асинхронная машина может работать в режиме:

1. двигателя, когда на нее подается электрическое напряжение;

2. или генератора, если вращать ее ротор с определенной величиной крутящего момента от дополнительного источника. Им может быть любой двигатель внутреннего сгорания, водяная турбина, ветряное колесо или другой источник энергии.

Отработавшие на производстве трехфазные электродвигатели часто списывают. Они попадают в руки домашнего мастера практически бесплатно или по символической цене.

Ими не сложно воспользоваться для решения бытовых или хозяйственных задач. Потребуется только оценить конструкцию: возможности по выработке электроэнергии определенного напряжения и мощности от источника энергии с конкретным числом оборотов.

Для этого следует изучить характеристики статора и ротора.

Коротко о статоре

Конструкция статора асинхронного двигателя представлена:

· тремя обмотками, по которым проходит электрический ток;

· магнитопроводом из пластин электротехнического железа, созданному для передачи магнитного потока.

Соединение концов обмоток может выполняться схемой звезды либо треугольника. Каждый вариант имеет свои особенности. Их надо учитывать для различных условий эксплуатации.

Чтобы не отвлекать ваше внимание на этот вопрос рекомендую тем, кого он интересует, ознакомиться с этой информацией более подробно в статье о способах подключения трехфазного асинхронного электродвигателя в однофазную сеть.

Она будет полезна многим людям.

Что надо знать о роторе

Он имеет три обмотки из изолированного провода. по которым протекают наводимые токи и формируют суммарный крутящий момент магнитного поля.

Эти обмотки могут быть:

1. выведены на внешние клеммы статора через контактные вращающиеся кольца с щеточным механизмом. Его называют ротором с фазной обмоткой;

2. короткозамкнуты встроенным алюминиевым кольцом — «беличье колесо».

Выглядят они следующим образом.

Для бытовых целей предпочтительнее использовать электродвигатель у которого работает короткозамкнутый ротор. О нем идет речь дальше.

Однако, если попалась в руки модель с фазным ротором, то ее легко переделать в короткозамкнутую: достаточно просто зашунтировать выходные контакты между собой.

Важные электрические характеристики

Чтобы сделать генератор из асинхронного двигателя стоит учесть:

· поперечное сечение провода обмотки. Оно ограничивается тепловым воздействием от протекающих суммарных токов, формируемых как от активной нагрузки, так и реактивных составляющих;

· число оборотов, на которые рассчитан электродвигатель. Это оптимальная величина, котрой следует придерживаться при выборе подключения к источнику энергии;

· КПД, cos φ;

· схему подключения обмоток.

Эти величины указываются на табличке корпуса или рассчитываются косвенными методами.

Как работает двигатель в режиме генератора

При раскрутке ротора необходимо возбудить электромагнитное поле. Его добиваются за счет параллельного подключения к обмоткам емкостной нагрузки от батареи конденсаторов разными методами. Рассмотрим их.

Две схемы звезды

Типовое подключение выглядит следующим образом.

Упрощенный вариант схемы показан ниже.

Здесь применяют рабочий и пусковой конденсаторы, которые коммутируются собственными переключателями.

Схема треугольника

Она позволяет вырабатывать 220 вольт линейного напряжения.

Как подобрать конденсаторы

Емкость конденсатора для возбуждения генератора можно подсчитать по формуле, исходя из реактивной мощности, частоты и напряжения.

С=Q/2π∙f∙U2.

Следует учитывать, что они по разному влияют на нагрев обмоток в различных режимах. Поэтому для холостого хода и работы генератора используют ступенчатое переключение.

Рекомендуемые расчеты представлены таблицей.

Конденсаторную батарею рекомендую набирать из бумажных моделей на 500 вольт. Пользоваться электрическими конструкциями не рекомендую даже при включении каждой полугармоники через диод.

Электролит при нагревании может закипеть, что приведет к взрыву корпуса.

Особенности эксплуатации

Для безопасной работы необходимо:

· правильно подобать измерительные приборы;

· включить в схему защиты автоматический выключатель и УЗО;

· смонтировать схему резервного питания;

· правильно выбрать систему напряжения;

· избегать перегрузок за счет эффективного подключения потребителей;

· контролировать рабочую частоту на выходе.

О том, как это сделать, подробно раскрыто в статье на моем сайте: «Как сделать генератор из асинхронного двигателя». Рекомендую прочитать и выполнить.

Ее хорошо дополняет видеоролик Ильи Петровича. Обязательно посмотрите и ознакомьтесь с комментариями. Он допустил несколько характерных ошибок, а люди в своих комментариях указали на них. Надеюсь, что эта информация будет полезной для вас.

До встречи в следующей публикации.

Электродвигатель, используемый в качестве генератора

В = -N (dΦ / dt)

Электричество и магнетизм

Электродвигатель, используемый в качестве генератора

Практическая деятельность для 14-16

Демонстрация

Вы можете генерировать переменный ток с помощью двигателя с дробной мощностью.

Аппаратура и материалы

Примечания по охране труда и технике безопасности

Для удобства двигатель должен быть установлен на плате, как показано, с гнездами 4 мм для подключения к обмоткам ротора и статора.

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Процедура

1. Подсоединить обмотки якоря (ротора) к демонстрационному счетчику.
2. Подключить обмотки возбуждения (статора) к низковольтному источнику питания.
3. Установите напряжение питания 2 В постоянного тока. и включите
4. Поверните якорь, вращая шкив на валу рукой.
5. Измените направление вращения, чтобы увидеть разницу.
6. Повторить без подачи напряжения на полевые клеммы.

Учебные заметки

• Только маленькие динамо-машины имеют постоянные магниты для создания магнитного поля; у больших есть электромагниты (катушки которых обычно получают немного от собственного выходного тока динамо-машины).
• Очень большой перем. генераторы на электростанциях называются генераторами переменного тока. В них совокупность катушек возбуждения вращается, приводимая в движение турбиной, и называется ротором. Катушки якоря, в которых генерируется выходное напряжение, удерживаются в раме вне ротора и остаются неподвижными; это статор.
• Эта конструкция удобна для больших машин, поскольку не требует щеток, коммутатора или контактных колец для передачи большого выходного тока. Электромагниты вращающегося ротора питаются небольшим постоянным током, в котором они нуждаются, от небольшого d.c. динамо-машина на том же вращающемся валу, что и большой генератор.
• Динамо-машина, вращающаяся с постоянной скоростью с полевым магнитом, поддерживающим постоянную силу, создает постоянную разность потенциалов (ЭДС), как батарея элементов с хорошим поведением. Даже при отсутствии выходного тока динамо-машина все равно вырабатывает э.д.с. Готов водить ток. Когда вы позволяете ему управлять током, подключая что-либо к его выходным клеммам, величина тока зависит от сопротивления устройства, которое вы подключаете (и внутреннего сопротивления динамо-катушек).

Этот эксперимент прошел испытания на безопасность в апреле 2006 г.

• Видео, демонстрирующее аналогичный эксперимент с электромагнитной индукцией:

Как работают электродвигатели и генераторы

Электромобили используют исключительно электродвигатели для движения, а гибриды используют электродвигатели, чтобы помочь своим двигателям внутреннего сгорания при передвижении.Но это не все. Эти самые двигатели могут использоваться и используются для выработки электроэнергии (в процессе рекуперативного торможения) для зарядки бортовых аккумуляторов этих транспортных средств.

Самый частый вопрос: «Как это может быть … как это работает?» Большинство людей понимают, что для работы двигатель приводится в действие электричеством — они каждый день видят это в своих бытовых приборах (стиральных машинах, пылесосах, кухонных комбайнах).

Но идея о том, что двигатель может «вращаться в обратном направлении», фактически вырабатывая электричество, а не потребляя его, кажется почти магией.Но как только связь между магнитами и электричеством (электромагнетизм) и концепция сохранения энергии становится понятной, загадка исчезает.

Электромагнетизм

Электроэнергия и выработка электроэнергии начинаются со свойства электромагнетизма — физических отношений между магнитом и электричеством. Электромагнит — это устройство, которое действует как магнит, но его магнитная сила проявляется и контролируется электричеством.

Когда провод, сделанный из проводящего материала (например, меди), движется через магнитное поле, в проводе создается ток (элементарный генератор).И наоборот, когда электричество проходит через провод, намотанный вокруг железного сердечника, и этот сердечник находится в присутствии магнитного поля, он будет двигаться и скручиваться (очень простой двигатель).

Моторы / генераторы

Мотор / генераторы — это действительно одно устройство, которое может работать в двух противоположных режимах. Вопреки тому, что иногда думают люди, это не означает, что два режима двигателя / генератора работают в обратном направлении друг от друга (что в качестве двигателя устройство вращается в одном направлении, а в качестве генератора оно вращается в противоположном направлении).

Вал всегда вращается одинаково. «Смена направления» заключается в потоке электричества. В качестве двигателя он потребляет электричество (поступает) для производства механической энергии, а в качестве генератора он потребляет механическую энергию для производства электроэнергии (вытекает).

Электромеханическое вращение

Электродвигатели / генераторы обычно бывают двух типов: переменного тока (переменного тока) или постоянного тока (постоянного тока), и эти обозначения указывают на тип электроэнергии, которую они потребляют и генерируют.

Если не вдаваться в подробности и не затушевывать проблему, то вот разница: переменный ток меняет направление (чередуется) по мере прохождения через цепь. Постоянный ток течет в одном направлении (остается неизменным) при прохождении через цепь.

Тип используемого тока в основном зависит от стоимости устройства и его эффективности (двигатель / генератор переменного тока, как правило, дороже, но также намного эффективнее). Достаточно сказать, что в большинстве гибридов и во многих более крупных полностью электрических транспортных средствах используются двигатели / генераторы переменного тока — так что это тип, на котором мы сосредоточимся в этом объяснении.

Двигатель / генератор переменного тока состоит из 4 основных частей:

• Якорь с проволочной обмоткой (ротор) на валу
• Поле магнитов, которые индуцируют электрическую энергию, уложенную бок о бок в корпусе (статоре)
• Контактные кольца, пропускающие переменный ток к / от якоря
• Щетки, которые контактируют с контактными кольцами и передают ток в / из электрической цепи

Генератор переменного тока в действии

Якорь приводится в движение механическим источником энергии (например, при промышленном производстве электроэнергии это будет паровая турбина).Когда этот намотанный ротор вращается, его проволочная катушка проходит над постоянными магнитами в статоре, и в проводах якоря создается электрический ток.

Но поскольку каждая отдельная петля в катушке сначала проходит через северный полюс, а затем через южный полюс каждого магнита по мере его вращения вокруг своей оси, индуцированный ток постоянно и быстро меняет направление. Каждое изменение направления называется циклом и измеряется в циклах в секунду или герцах (Гц).

В Соединенных Штатах частота цикла составляет 60 Гц (60 раз в секунду), тогда как в большинстве других развитых стран мира она составляет 50 Гц.Отдельные контактные кольца установлены на каждом из двух концов проволочной петли ротора, чтобы обеспечить путь для выхода тока из якоря. Щетки (которые на самом деле являются угольными контактами) скользят по контактным кольцам и завершают путь для тока в цепь, к которой подключен генератор.

Двигатель переменного тока в действии

Действие двигателя (подача механической энергии), по сути, противоположно действию генератора. Вместо того, чтобы вращать якорь для выработки электричества, ток подается по цепи через щетки и контактные кольца в якорь.Этот ток, протекающий через ротор (якорь) с обмоткой, превращает его в электромагнит. Постоянные магниты в статоре отражают эту электромагнитную силу, заставляя якорь вращаться. Пока электричество течет по цепи, двигатель будет работать.

Как работают генераторы и динамо-машины

Как работают генераторы и динамо-машины — объясните это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 10 августа 2020 г.

Нефть может быть любимым топливом в мире, но ненадолго. В современных домах в основном используется электричество. и скоро большинство из нас тоже станет водить электромобили. Электричество очень удобно. Вы можете производить его самыми разными способами, используя все, от угля и нефти до ветра и волн. Вы можете сделать это в в одном месте и используйте его на другом конце света, если хотите. И, как только вы его изготовите, вы можете хранить его в батареях и использовать это дни, недели, месяцы или даже годы спустя.Что делает электрический возможная мощность — и действительно практичная — это превосходный электромагнитный устройство, называемое электрогенератором: разновидность электродвигателя. работа в обратном направлении, которая преобразует обычную энергию в электричество. Давайте подробнее рассмотрим генераторы и узнаем, как они работают!

Фото: Дизельный электрогенератор середины 20 века, сделанный в музее электростанции REA недалеко от Хэмптона, штат Айова. Любезно предоставлено фотографиями в Кэрол М. Хайсмит Архив, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество — начать с того, что его собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите запустить что-нибудь электрические, от тостера или зубную щетку MP3-плеер или телевидение, вам необходимо обеспечить его постоянным запасом электроэнергии. Откуда ты это возьмешь? Есть основной закон физики называется закон сохранения энергии, который объясняет, как можно получить энергия — и как вы не можете. Согласно этому закону существует фиксированный количество энергии во Вселенной и некоторые хорошие новости и некоторые плохие новости о том, что мы можем с этим сделать.Плохая новость в том, что мы не можем создавать больше энергии, чем у нас уже есть; хорошая новость в том, что мы не можем уничтожить любую энергию. Все, что мы можем сделать с энергией, это преобразовать из одной формы в другую.

Фото: Большой электрогенератор, приводимый в движение паром, на геотермальной электростанции «Кожа» компании CalEnergy в округе Империал, Калифорния. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы хотите найти электричество для питания своего телевизора, вы не будет производить энергию из воздуха: сохранение энергии говорит нам, что это невозможно.Вы будете использовать энергию преобразуется из какой-либо другой формы в необходимую вам электрическую энергию. Обычно это происходит на электростанции. на некотором расстоянии от вашего дома. Подключите телевизор к розетке, и электрическая энергия течет в него через кабель. Кабель намного длиннее, чем вы думаете: на самом деле он проходит от вашего телевизора — под землей или по воздуху — до электростанция, на которой для вас подготавливается электроэнергия из богатое энергией топливо, такое как уголь, нефть, газ или атомное топливо.В этих экологически чистые времена, часть вашей электроэнергии также будет поступать из ветряные турбины, гидроэлектростанции (которые вырабатывают энергию, используя энергию плотин рек) или геотермальную энергию (внутренняя нагревать). Откуда бы ни пришла ваша энергия, она почти наверняка будет превратился в электричество с помощью генератора. Только солнечные элементы и топливные элементы производить электричество без использования генераторов.

Рекламные ссылки

Как мы можем производить электричество?

Фото: Типичный электрогенератор.Он может вырабатывать до 225 кВт электроэнергии и используется для испытаний прототипов ветряных турбин. Фото Ли Фингерша любезно предоставлено Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы читали нашу подробную статью о электродвигатели, вы уже довольно много знают, как работают генераторы: генератор — это просто электродвигатель, работающий в обратном направлении. Если ты не прочтите эту статью, вы можете быстро взглянуть, прежде чем читать на — но вот краткое изложение в любом случае.

Электродвигатель — это, по сути, просто плотный моток медной проволоки, намотанный на железный сердечник, который свободно вращается с высокой скоростью внутри мощного постоянного магнита. Когда вы подаете электричество в медную катушку, она становится временный магнит с электрическим приводом — другими словами, электромагнит — и создает вокруг себя магнитное поле. Этот временное магнитное поле противодействует магнитному полю, которое постоянный магнит создает и заставляет катушку вращаться. Немного продуманная конструкция, катушка может непрерывно вращаться в в том же направлении, вращаясь вокруг и вокруг и приводя в действие что-нибудь из электрическая зубная щетка к электричке.

Фотография: Вращающаяся часть (ротор) типичного небольшого электродвигателя. Электрогенератор имеет точно такие же компоненты, но работает противоположным образом, превращая движение в электрическую энергию.

Так чем же генератор отличается? Предположим, у вас есть электрический зубная щетка с аккумулятором внутри. Вместо того, чтобы позволить батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если бы вы сделали противоположный? Что, если вы несколько раз поворачиваете щетку вперед и назад? То, что вы делали бы, было бы вручную крутить электродвигатель. ось вокруг.Это заставит медную катушку внутри двигателя повернуться постоянно внутри его постоянного магнита. Если вы переместите электрический провод внутри магнитного поля, вы заставляете течь электричество через провод — по сути, вы производите электричество. Так что держи поворачивая зубную щетку достаточно долго, и теоретически вы получите электричества достаточно для подзарядки аккумулятора. По сути, вот как генератор работает. (На самом деле, это немного сложнее, чем это и вы не можете зарядить зубную щетку таким образом, хотя добро пожаловать!)

Как работает генератор?

Изображение: такой простой генератор вырабатывает переменный ток (электрический ток, который периодически меняет направление на противоположное).Каждая сторона генератора (зеленая или оранжевая) движется вверх или вниз. Когда он движется вверх, он будет генерировать односторонний ток; когда он движется вниз, ток течет в обратном направлении. Если вы измеритель, подключенный к проводу, вы не знаете, в какую сторону движется провод: все, что вы видите, — это то, что направление тока периодически меняется на противоположное: вы видите переменный ток.

Возьмите кусок провода и подсоедините его к амперметру (то, что измеряет ток) и поместите его между полюсами магнита.Теперь резко проведите проволокой сквозь невидимое магнитное поле, создаваемое магнитом, и через провод на короткое время протекает ток (регистрируемый на измерителе). Это фундаментальная наука, лежащая в основе электрогенератора, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. (прочитать краткая биография или длинная биография). Если вы переместите провод в противоположном направлении, вы создадите ток, который течет в обратном направлении. (Если вам интересно, вы можете выяснить направление, в котором течет ток, используя то, что называется Правило правой руки или правило генератора, которое является зеркальным отображением правила левой руки, используемого для определения того, как работают двигатели.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда вы перемещаете провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит мимо провода, что равносильно тому же). Недостаточно просто поднести провод к магниту: для выработки электричества провод должен пройти мимо магнита или наоборот. Предположим, вы хотите производить много электроэнергии. Поднимать и опускать провод в течение всего дня не будет особенным удовольствием, поэтому вам нужно придумать способ, как провести провод мимо магнита, установив один или другой из них на колесо.Затем, когда вы поворачиваете колесо, проволока и магнит перемещаются друг относительно друга, и возникает электрический ток.

А теперь самое интересное. Предположим, вы сгибаете проволоку в петлю, помещаете ее между полюсами магнита и размещаете так, чтобы она постоянно вращалась, как на схеме. Вероятно, вы увидите, что при повороте петли каждая сторона провода (оранжевая или зеленая) иногда будет двигаться вверх, а иногда — вниз. Когда он движется вверх, электричество течет в одну сторону; когда он движется вниз, ток будет течь в обратном направлении.Таким образом, базовый генератор, подобный этому, будет производить электрический ток, который меняет направление каждый раз, когда петля провода переворачивается (другими словами, переменный ток или переменный ток). Однако большинство простых генераторов на самом деле вырабатывают постоянный ток — так как же им управлять?

Генераторы постоянного тока

Так же, как простой электродвигатель постоянного тока использует электричество постоянного тока (DC) для создания непрерывного вращательного движения, так и простой генератор постоянного тока производит стабильную подачу электричества постоянного тока, когда он вращается.Как двигатель постоянного тока, Генератор постоянного тока использует коммутатор. Звучит технически, но это всего лишь металлическое кольцо с трещинами в нем, которое периодически меняет местами электрические контакты катушки генератора, одновременно меняя направление тока. Как мы видели выше, простая проволочная петля автоматически меняет направление тока, которое он производит каждые пол-оборота, просто потому, что он вращается, а задача коммутатора — нейтрализовать эффект вращения катушки, обеспечивая создание постоянного тока.

Иллюстрация: Сравнение простейшего генератора постоянного тока с простейшим генератором переменного тока.В этой конструкции катушка (серая) вращается между полюсами постоянного магнита. Каждый раз, когда он поворачивается на пол-оборота, ток, который он генерирует, меняется на противоположный. В генераторе постоянного тока (вверху) коммутатор меняет направление тока на противоположное каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, отменяя реверсирование тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходная мощность просто поднимается, опускается и меняет направление вращения при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора на диаграмме справа.

Генераторы переменного тока

Что делать, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам понадобится генератор, который представляет собой просто генератор переменного тока. Самый простой вид генератора переменного тока похож на генератор постоянного тока без коммутатора. Когда катушка или магниты вращаются мимо друг друга, ток естественным образом растет, падает и меняет направление, давая выход переменного тока. Так же, как есть Асинхронные двигатели переменного тока, в которых для создания вращающегося магнитного поля используются электромагниты, а не постоянные магниты, поэтому существуют генераторы, которые работают за счет индукции аналогичным образом.

Генераторы в основном используются для выработки электроэнергии от двигателей транспортных средств. В автомобилях используются генераторы, приводимые в движение их бензиновые двигатели, которые заряжают свои аккумуляторов во время движения (переменный ток преобразуется в постоянный диоды или выпрямительные схемы).

Генераторы в реальном мире

Фотография: Генератор переменного тока — это генератор, который вырабатывает переменный ток (переменный ток) вместо постоянного (постоянного). Здесь мы видим, как механик снимает генератор с двигателя подвесной моторной лодки.Фото Есении Росас любезно предоставлено ВМС США.

Производство электричества звучит просто — и это так. Сложность в том, что нужно приложить огромное количество физических усилий. для выработки даже небольшого количества энергии. Вы поймете это, если у вас есть велосипед с динамо-машиной. фары, работающие от колес: вам нужно немного крутить педали, чтобы фары загорелись — и это просто для выработки крошечного количества электроэнергии, необходимой для питания пара лампочек. Динамо — это просто очень маленькое электричество генератор.Напротив, на реальных электростанциях гигантские генераторы электричества приводятся в действие паровыми турбинами. Это немного похоже на вращающиеся пропеллеры или ветряные мельницы, приводимые в движение паром. Пар производится путем кипячения воды с использованием энергии, выделяемой при сжигании угля, масло или другое топливо. (Обратите внимание, как применяется сохранение энергии здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от турбина. Энергия, питающая турбину, поступает от топлива. А также топливо — уголь или нефть — изначально поступало с заводов, работающих на энергия Солнца.Суть проста: энергия всегда должна исходить от где-то.)

Сколько мощности вырабатывает генератор?

Генераторы указаны в ваттах (измерение мощности, указывающее, сколько энергии производится каждую секунду). Как и следовало ожидать, чем больше генератор, тем большую мощность он производит. Вот приблизительное руководство от самого маленького до самого большого:

Тип	Мощность (Вт)
Велосипед динамо	3
Генератор USB с ручным приводом	20
Ветряная микро турбина	500
Малый дизельный генератор	5000 (5 кВт)
Ветряк	2 000 000 (2 МВт)

Переносные генераторы

Фото: Переносной электрогенератор, работающий от дизель.Фото Брайана Рида Кастильо любезно предоставлено ВМС США.

В большинстве случаев мы принимаем электричество как должное. Мы включаем фонари, телевизоры или стиральные машины, не переставая думать, что электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то поступать. А вдруг вы работаете на открытом воздухе, в глуши, и нет источник электричества, который вы можете использовать для питания вашей бензопилы или вашего электрическая дрель?

Одна из возможностей — использовать аккумуляторные инструменты с перезаряжаемые батарейки. Другой вариант — использовать пневматические инструменты, такие как отбойные молотки.Они полностью механические и питаются от сжатый воздух вместо электричества. Третий вариант — использовать портативный электрогенератор. Это просто небольшой бензиновый двигатель (бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель мотоцикла, с прилагается электрогенератор. Когда двигатель пыхтит, дожигая бензин, он толкает поршень взад и вперед, поворачивая генератор и вырабатывающий на выходе постоянный электрический ток. С участием с помощью трансформатора вы можете использовать такой генератор для производите практически любое необходимое напряжение в любом месте, где оно вам нужно.В виде пока у вас достаточно бензина, вы можете производить собственное электричество поставка на неопределенный срок. Но помните о сохранении энергии: кончится газа, и у вас кончится электричество!

Artwork: Генераторные технологии быстро развивались в 19 веке. Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор в 1831 году. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели создавали практические электрические генераторы. Эта («динамо-электрическая машина») была разработана Эдвардом Уэстоном в 1870-х годах как способ «преобразовывать механическую энергию в электрическую с большей эффективностью, чем прежде.«Он имеет статическое внешнее кольцо из магнитов (синий) и вращающийся якорь (катушки) в центре (красный). Коммутатор (зеленый) преобразует генерируемый ток в постоянный. Из патента США 180 082 переиздание 8 141 Эдварда Уэстона, любезно предоставленного Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Возможно, вам понравятся эти другие статьи на нашем сайте по смежным темам:

Видео

• Демонстрация электрического генератора ?: Превосходное короткое видео доктора Джонатана Хэра и Vega Science Trust очень ясно показывает, как перемещение катушки через магнитное поле может производить электричество.
• Простой генератор: электрический генератор для научной выставки: Уильям Бити дает пошаговое руководство по созданию простого генератора с использованием простых для поиска компонентов (эмалированный провод, магниты, картон и т. Д.).
• Велогенератор: Как привести в действие кухонный комбайн с помощью велосипеда, приводящего в действие генератор переменного тока (разновидность электрогенератора). Довольно изящный эксперимент, хотя комментарий мог бы быть немного яснее.

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

Статьи

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Генераторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/generators.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Завод Инжиниринг | Отличия электродвигателей от генераторов

Когда-то было экспериментальной новинкой, но теперь электричество стало неотъемлемой частью современной жизни. Электричество обеспечивает освещение, климат-контроль, развлечения и многое другое. Чтобы обеспечить электроэнергией, энергия преобразуется из других форм в электричество, приводя в действие системы и устройства, которые люди обычно принимают как должное.

Преобразование энергии из одной формы в другую — ключ к пониманию различий между электродвигателями и генераторами. Электродвигатель преобразует электричество в механическую энергию, обеспечивая источник энергии для машин. Генератор делает обратное, преобразовывая механическую энергию в электричество.

Несмотря на это существенное различие в функциях, электродвигатели и электрогенераторы тесно связаны своими основными механизмами и основной структурой.Оба опираются на важный закон физики: закон электромагнитной индукции Фарадея.

Закон электромагнитной индукции Фарадея: Электричество и магнетизм

Сегодня хорошо известно, что электричество и магнетизм — это два проявления одной фундаментальной силы, называемой электромагнетизмом. Считается, что электромагнитная сила, занимающая центральное место во Вселенной, в ее нынешней форме, существовала где-то между 10 ¹² и 10 ⁶ секунд после Большого взрыва.

В 1831 году физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию, обнаружив тесную связь между наблюдаемыми явлениями магнетизма и электричества. Интересно, что в 1832 году другой исследователь, Джозеф Генри, открыл его независимо. Фарадей был первым, кто опубликовал свои открытия, и по сей день ему приписывают это открытие. Позже Джеймс Клерк Максвелл обнаружит способ математически сформулировать открытия Фарадея, что приведет к разработке уравнения Максвелла-Фарадея.

Закон индукции Фарадея — это закон физики, разработанный для точного прогнозирования и измерения того, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС). ЭМП преобразуют другие формы энергии, например механическую, в электрическую. Этот закон физики позволяет нам создавать как электродвигатели, так и электрические генераторы. Хотя эти два типа машин выполняют противоположные функции, они оба основываются на одних и тех же основных законах физики.

Электрогенераторы: 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 выработки электричества в электрогенераторе.

Чтобы создать этот магнитный поток, магниты и проводник перемещаются относительно друг друга.Провода скручены в тугие катушки, что увеличивает количество проводов и результирующую электродвижущую силу. Непрерывное вращение катушки или магнита при удерживании другого на месте приводит к постоянному изменению магнитного потока. Вращающийся компонент называется «ротором», а неподвижный компонент — «статором».

Электрические генераторы делятся на две большие категории: «динамо-машины», вырабатывающие постоянный ток, и «генераторы переменного тока», вырабатывающие переменный ток.

Динамо-машина была первой формой электрического генератора, которая использовалась в промышленности.Во время промышленной революции его изобрели независимо несколько человек. В электрическом динамо-машине используются вращающиеся катушки из проволоки и магнитные поля для преобразования механической энергии в постоянный ток (DC). Исторически динамо-машины использовались для выработки электроэнергии, часто с использованием пара в качестве источника необходимой механической энергии.

Сегодня электрическое динамо-машина находит мало применения, кроме нескольких маломощных приложений. 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 катушки возбуждения.

Генератор переменного тока в автомобиле, а также центральные электростанции, обеспечивающие электричеством в сеть, являются электрогенераторами.

Электродвигатели: от электрической энергии к механической

Электродвигатель работает противоположно электрическому генератору.Вместо того, чтобы превращать механическую энергию в электричество, электродвигатель принимает электричество и преобразует его в механическую энергию. Электродвигатели можно найти в самых разных сферах применения — от промышленного производственного оборудования до бытовой техники. Ротор вращает вал для создания механической энергии. Статор состоит из обмоток катушки или постоянных магнитов с сердечником из тонких листов, уложенных вместе. Эти слои, известные как ламинаты, создают меньше потерь энергии, чем сплошная сердцевина.Между ротором и статором есть небольшой воздушный зазор, который помогает увеличить ток намагничивания.

Хотя электродвигатели могут быть пьезоэлектрическими, электростатическими или магнитными, в подавляющем большинстве современных двигателей используются магниты. Некоторые предназначены для работы на постоянном токе, другие — на переменном токе. Вы можете найти электродвигатели всех размеров для впечатляюще широкого спектра применений. От крошечных моторов 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 электродвигатели и электрические генераторы выполняют противоположные функции, они оба основываются на одном и том же физическом принципе: законе индукции Фарадея. В начале 19, 90–309– века вклад Майкла Фарадея в изучение электричества и магнетизма не имел себе равных. Несмотря на слабое 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 во всей истории человечества.

Монументальное открытие Фарадея — магнитные поля взаимодействуют с электрическими токами и создают электродвижущую силу — открыло двери современной электротехнике. Закон индукции Фарадея лежит в основе трансформаторов, электродвигателей, электрогенераторов, индукторов и соленоидов. Без этих знаний было бы невозможно разработать надежное оборудование, которое вырабатывает электроэнергию в сеть, или электродвигатели для питания других механизмов. Фактически, электродинамика, разработанная Фарадеем, а затем Максвеллом, также стала основным катализатором специальной теории относительности Альберта Эйнштейна.

Электродвигатели и электрогенераторы существенно 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 способствовало развитию даже самых обычных современных технологий.

Дэвид Мэнни — администратор по маркетингу в L&S Electric. Эта статья изначально появилась в новом блоге L&S Electric Watts.L&S Electric является контент-партнером CFE Media.

Может ли электродвигатель работать как генератор?

ДА, но это может быть сделано только в течение длительного времени с электродвигателем, который также предназначен для работы в качестве генератора, и если генератор будет работать параллельно с другим поколением, двигатель должен быть синхронным.

Я служил в ВМС США на подводной лодке электриком-атомщиком. Моя электрическая установка включает в себя электродвигатели-генераторы мощностью от 2 до 500 кВт. Когда сторона переменного тока работала как двигатель переменного тока, сторона постоянного тока была генератором постоянного тока, который подавал мощность на батарею субмарины, обратный ток, а конец постоянного тока становился двигателем постоянного тока, а двигатель переменного тока менял направление тока и работал как генератор переменного тока.Скорость и направление вращения электродвигателя-генератора переменного и постоянного тока с общим валом не менялись независимо от того, какой конец действовал как электродвигатель, а какой — как генератор.

Я лично эксплуатировал, ремонтировал и обслуживал эти мотор-генераторы в течение 3 лет своей жизни, поверьте мне, я знаю, о чем говорю. Единственное, что изменило направление тока, — это повышение или понижение сопротивления через реостаты.

Там, где вы не выполняете подключение, вы должны помнить о положительной и отрицательной клеммах генератора постоянного тока относительно напряжений на клеммах аккумулятора.Если положительный вывод машины постоянного тока составляет, например, 100 В постоянного тока, а напряжение на положительном выводе батареи составляет 100,1 В постоянного тока, ток будет течь из клеммы батареи, через двигатель постоянного тока на противоположную клемму батареи и через кислота, чтобы замкнуть цепь. Если при увеличении тока шунта в двигателе постоянного тока клеммы машины постоянного тока по отношению к батарее будут выше, ток изменит направление и зарядит батарею.

Имейте в виду, что в каждом работающем электродвигателе есть действие генератора, и каждый генератор имеет действие двигателя (противодействие ЭДС).Двигатели переменного тока не требуют пускового сопротивления, поскольку полное сопротивление обмоток и частота переменного тока ограничивают пусковой ток при пуске. Однако для двигателей постоянного тока требуются пусковые резисторы, потому что частота постоянного тока равна нулю, и, следовательно, без пускового сопротивления бросок очень велик; однако, как только двигатель постоянного тока вращается, пусковые резисторы отключены от цепи, поскольку действие генератора (противодействие ЭДС) в электродвигателе ограничивает рабочий ток. Используя этот счетчик ЭДС через шунтирующий ток, вы можете контролировать напряжение на клеммах машины постоянного тока.

Другая вещь, которую вы должны иметь в виду, это то, что машина постоянного тока имеет коммутаторы, которые позволяют двигателю постоянного тока работать, иначе он повернется на 90 градусов и остановится, но коммутатор постоянно устанавливает и тормозит соединения, когда двигатель вращается, поэтому ротор полярность поля относительно полюсов статора остается правильной, а электродвигатель продолжает вращаться. Серийный двигатель постоянного тока будет работать от переменного тока, блендеры, буровые двигатели и т. Д. — это двигатели постоянного тока (универсальные двигатели). Несмотря на то, что полярность клемм с переменным током будет переключаться вперед и назад, из-за коммутатора и того факта, что тот же ток течет в поле и статоре, ток не меняется на противоположный при подаче переменного тока, двигатель постоянного тока вращается только в одном направлении.

С генератором переменного тока параллельно с другими генераторами переменного тока, если я попытаюсь повысить частоту, я подниму киловатт, а если я попытаюсь поднять напряжение, я подниму киловольт. Если я уменьшу частоту и напряжение в достаточной степени, генератор разгрузится до такой степени, что обратное направление тока и двигатели генератора переменного тока. С шунтирующим двигателем постоянного тока путем управления током, проходящим через шунтирующее охлаждение, клеммы машины постоянного тока будут превышать или быть ниже напряжения батареи / системы постоянного тока. Если клеммы постоянного тока выше напряжения батареи, ток будет течь в батарею, если клеммы постоянного тока упадут ниже напряжения батареи, ток изменит направление, и ток будет течь из батареи, и генератор постоянного тока станет двигателем постоянного тока без изменения направления .

Электрические машины — генераторы и двигатели | Электродинамика

11.2 Электрические машины — генераторы и двигатели (ESCQ4)

Мы видели, что когда проводник перемещается в магнитном поле или когда перемещается магнит около проводника в проводнике течет ток. Величина тока зависит от:

• скорость, с которой проводник испытывает изменяющееся магнитное поле,
• количество витков, составляющих проводник, а
• положение плоскости проводника по отношению к магнитному поле.

Влияние ориентации проводника относительно магнитного поля проиллюстрирован на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1: Серия рисунков, показывающих, что магнитный поток через проводник зависит от от угла, который плоскость проводника составляет с магнитным полем. Величайший поток проходит через проводник, когда плоскость проводника перпендикулярна силовые линии магнитного поля, как на Рисунке 11.1 (а).Номер силовых линий, проходящих через проводник, уменьшается, так как проводник вращается до тех пор, пока он параллелен магнитному полю Рис. 11.1 (c).

Если наведенная ЭДС и ток в проводнике были представлены как функция угла между плоскостью проводника и магнитным полем для проводника, имеющего постоянной скорости вращения, то наведенные ЭДС и ток будут варьируются, как показано на рисунке 11.2. Ток чередуется около нуля и известен как переменный ток (сокращенно AC).

Рисунок 11.2: Изменение наведенной ЭДС и тока как угол между плоскостью проводника и проводником. магнитное поле изменяется.

Угол изменяется как функция времени, поэтому приведенные выше графики могут быть нанесены на временную ось. также.

Вспомните закон Фарадея, о котором вы узнали в 11 классе:

Закон Фарадея

ЭДС, \ (\ mathcal {E} \), индуцированный вокруг одиночной петли проводника, пропорционален скорость изменения магнитного потока φ через площадь, \ (A \) петли.Математически это можно выразить как:

\ [\ mathcal {E} = -N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \]

, где \ (\ phi = B · A \ cos \ theta \) и \ (B \) — напряженность магнитного поля.

Закон Фарадея связывает наведенную ЭДС со скоростью изменения магнитного потока, который является произведением напряженности магнитного поля и поперечного сечения область, через которую проходят силовые линии. Площадь поперечного сечения изменяется при вращении петли проводника. что дает фактор \ (\ cos \ theta \).\ (\ theta \) — угол между нормаль к поверхности витка проводника и магнитному полю. Когда проводник замкнутого контура меняет ориентацию относительно магнитного поля, величина магнитного потока, проходящего через область контура, изменяется, и в проводящем контуре индуцируется ЭДС.

Электрогенераторы (ESCQ5)

Генератор переменного тока (ESCQ6)

Используется принцип вращения проводника в магнитном поле для генерации тока. в электрических генераторах.Генератор преобразует механическую энергию (движение) в электрическую.

Генератор

Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

Схема простого генератора переменного тока показана на рисунке 11.3. Проводник представляет собой катушку с проволокой, помещенную в магнитное поле. В проводник вручную вращается в магнитном поле. Это порождает чередование ЭДС.Переменный ток нужно передать от проводника к нагрузке, это система, для функционирования которой требуется электрическая энергия.

Нагрузка и проводник соединены контактным кольцом. Скользящее кольцо это соединитель, который может передавать электричество между вращающимися частями машины. Он состоит из кольца и щеток, одна из которых неподвижна. по отношению к другому. Здесь кольцо прикрепляется к проводнику и щеткам. прикреплены к нагрузке.Ток генерируется во вращающемся проводнике, проходит в контактные кольца, которые вращаются против щеток. Ток передается через щетки в нагрузку, и, таким образом, система получает питание.

Рисунок 11.3: Схема генератора переменного тока.

Направление тока меняется с каждым пол-оборотом катушки. Когда одна сторона петли переходит в другую полюс магнитного поля, ток в контуре меняет направление.Этот тип тока, который меняет направление, известен как переменный. current, а на рис. 11.4 показано, как это происходит. как проводник вращается.

Рисунок 11.4: Красные (сплошные) точки обозначают ток, исходящий со страницы, а крестики показывают текущий ток. переходя на страницу. Генераторы переменного тока

также известны как генераторы переменного тока. Они используются в легковых автомобилях для зарядки автомобильного аккумулятора.

Генератор постоянного тока (ESCQ7)

Простой генератор постоянного тока устроен так же, как генератор переменного тока, за исключением того, что представляет собой одно контактное кольцо, которое разделено на две части, называемые коммутатором, поэтому ток в внешняя цепь не меняет направление.Схема генератора постоянного тока показана на Рисунок 11.5. Коммутатор с разъемным кольцом учитывает изменение направление тока в контуре, создавая тем самым постоянный ток (DC), проходящий через щетки и в цепь. Ток в петле меняет направление, но если вы посмотрите Внимательно изучив 2D-изображение, вы увидите, что секция коммутатора с разъемным кольцом также изменилась. какой стороны цепи он касается. Если ток меняет направление одновременно что коммутатор меняет местами стороны внешней цепи всегда будет иметь ток, идущий в в том же направлении.

Рисунок 11.5: Схема генератора постоянного тока.

Форма ЭДС от генератора постоянного тока показана на рисунке 11.6. ЭДС не является постоянной, но представляет собой абсолютное значение синусоидальной / косинусоидальной волны.

Рисунок 11.6: Изменение ЭДС в генераторе постоянного тока.

Генераторы переменного и постоянного тока (ESCQ8)

Проблемы, связанные с замыканием и размыканием электрического контакта с движущейся катушкой, — это искрение и нагрев, особенно если генератор вращается с высокой скоростью.Если атмосфера, окружающая машину, содержит легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов еще больше.

Если вращается магнитное поле, а не катушка / проводник, тогда в генераторе переменного тока (генераторе) не нужны щетки, поэтому у генератора переменного тока не будет тех же проблем, что и у генераторов постоянного тока. Те же преимущества переменного по сравнению с постоянным током для конструкции генератора применимы и к электродвигателям. В то время как электродвигатели постоянного тока нуждаются в щетках для электрического контакта с движущимися катушками провода, электродвигатели переменного тока этого не делают.Фактически, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы. Электродвигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки с проволокой, чтобы заставить магнит вращаться. Двигатель постоянного тока зависит от замыкания и размыкания щеточных контактов. соединения для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

Электродвигатели (ESCQ9)

Основные принципы работы электродвигателя такие же, как и у генератора, за исключением того, что электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).

Электродвигатель

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

Если поместить движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, она испытал бы силу под названием сила Лоренца .

Сила Лоренца

Сила Лоренца — это сила, испытываемая движущейся заряженной частицей в электрическом и магнитное поле.{-1} $} \)) и \ (B \) — напряженность магнитного поля (в теслах, Тл).

На этой диаграмме показано движение положительного заряда между двумя противоположными полюсами магнитов. В направление движения заряда указано оранжевой стрелкой. Он испытает Сила Лоренца, которая будет направлена ​​зеленой стрелкой.

Токоведущий провод, в котором ток идет в направлении оранжевого стрелка, также будет испытывать магнитную силу, зеленая стрелка, из-за Лоренца сила на движущиеся отдельные заряды в текущем потоке.

Если направление тока обратное для того же направления магнитного поля, то направление магнитной силы также будет обратным, как показано на этой диаграмме.

Мы можем, если есть два параллельных проводника с током в противоположных направлениях. будут испытывать магнитные силы в противоположных направлениях.

Электродвигатель работает за счет использования источника ЭДС, заставляя ток течь по петле проводник так, чтобы сила Лоренца на противоположных сторонах петли была противоположной направления, которые могут вызвать вращение петли вокруг центральной оси.

Сила, действующая на проводник с током из-за магнитного поля, называется законом Ампера.

Направление магнитной силы перпендикулярно обоим направлениям потока. тока и направления магнитного поля и можно найти используя Правило правой руки , как показано на рисунке ниже. Используйте ваш правая ; ваш первый палец указывает в сторону ток, второй палец по направлению магнитного поля и большой палец будет указывать в направлении силы.

И двигатели, и генераторы можно объяснить с помощью катушки, вращающейся в магнитном поле. В генераторе катушка присоединена к внешней цепи, которая вращается, что приводит к изменению потока, вызывающему ЭДС. В двигателе катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, создавая крутящую силу (называемую крутящим моментом , , произносится как «разговор»), которая заставляет ее вращаться.

Если используется переменный ток, для создания двигателя переменного тока требуются два контактных кольца.Двигатель переменного тока показан на рисунке 11.7

.

Рисунок 11.7: Схема двигателя переменного тока.

Если используется постоянный ток, для создания двигателя постоянного тока требуются коммутаторы с разъемным кольцом. Это показано на рисунке 11.8.

Рисунок 11.8: Схема двигателя постоянного тока.

Реальные приложения (ESCQB)

Автомобили

В автомобиле есть генератор. Когда двигатель автомобиля работает, Генератор заряжает аккумулятор и питает электрическую систему автомобиля.

Генераторы

Постарайтесь выяснить, какие значения тока вырабатываются генераторами переменного тока для разных типов машин. Сравните их, чтобы понять, какие числа имеют смысл в реальном мире. Вы найдете разные значения для автомобилей, грузовиков, автобусов, лодок и т. Д. Попытайтесь выяснить, какие другие машины могут иметь генераторы переменного тока.

Автомобиль также содержит электродвигатель постоянного тока, стартер, который вращает двигатель и запускает его. Стартер состоит из очень мощного электродвигателя постоянного тока и соленоида стартера, прикрепленного к двигателю.Стартерному двигателю требуется очень большой ток для запуска двигателя, и он соединен с аккумуляторной батареей с помощью больших кабелей для передачи большого тока.

Производство электроэнергии

Для производства электроэнергии для массового распределения (в дома, офисы, фабрики и т. д.) обычно используются генераторы переменного тока. Электроэнергия, производимая массивными Электростанции обычно имеют низкое напряжение, которое преобразуется в высокое напряжение. это эффективнее распределять электроэнергию на большие расстояния в виде высоких напряжение в линиях электропередач.

Затем высокое напряжение снижается до 240 В для потребления в домах и офисах. Этот обычно делается в пределах нескольких километров от того места, где он будет использоваться.

Рисунок 11.9: Генераторы переменного тока используются на электростанциях (все типы, гидро- и угольные станции) для выработки электроэнергии.

Высокие оценки в науке — залог вашего успеха и будущих планов. Проверьте себя и узнайте больше о практике Сиявулы.

Зарегистрируйтесь и проверьте себя

Генераторы и двигатели

Упражнение 11.1

Укажите разницу между генератором и двигателем.

Электрический генератор — это механическое устройство для преобразования энергии источника в электрическую.

Электродвигатель — это механическое устройство для преобразования электрической энергии из источника в энергию другого вида.

Используйте закон Фарадея, чтобы объяснить, почему в катушке, вращающейся в магнитном поле, индуцируется ток.

Закон Фарадея гласит, что изменяющийся магнитный поток может индуцировать ЭДС, когда катушка вращается в магнитном поле. Вращение может изменять магнитный поток, тем самым вызывая ЭДС.

Если вращение катушки такое, что поток не меняется, т.е. поверхность катушки остается параллельно магнитному полю, то наведенной ЭДС не будет.

Объясните основной принцип работы генератора переменного тока, в котором катушка механически вращается в магнитном поле.Нарисуйте диаграмму, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Объясните, как работает генератор постоянного тока. Нарисуйте диаграмму, подтверждающую ваш ответ. Также опишите, чем генератор постоянного тока отличается от генератора переменного тока.

Решение пока недоступно

Объясните, почему катушка с током, помещенная в магнитное поле (но не параллельно полю), будет вращаться. Обратитесь к силе, действующей на движущиеся заряды со стороны магнитного поля и крутящего момента на катушке.

Катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, параллельно магнитному полю, создавая крутящую силу (называемую крутящим моментом), которая заставляет его вращаться. Любая катушка, по которой проходит ток, может чувствовать силу в магнитном поле. Сила обусловлена Магнитная составляющая силы Лоренца на движущихся зарядах в проводнике, называемая законом Ампера. Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды движется в противоположных направлениях.

Объясните основной принцип работы электродвигателя. Нарисуйте диаграмму, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Приведите примеры использования генераторов переменного и постоянного тока.

Автомобили (как переменного, так и постоянного тока), производство электроэнергии (только переменного тока), везде, где требуется электропитание.

Приведите примеры использования двигателей.

Насосы, вентиляторы, бытовая техника, электроинструменты, бытовая техника, оргтехника.

Как электродвигатели и генераторы — одно и то же устройство

Интересная тема возникла в недавнем разговоре с клиентом о ремонте двигателя. Мы обсуждали типы отказов и то, как мы с ними справляемся, обсуждали, что входит в ремонт, и вообще просто мило болтали о ремонте в целом.Ближе к концу разговора он спросил — почти как запоздалую мысль — «Вы, ребята, тоже ремонтируете генераторы»? Я ответил «ну конечно». Затем он ответил: «Хорошо, почему бы вам не рассказать мне, что вы ремонтируете на генераторе». Посмеиваясь, я объяснил, что только что сделал, и что асинхронный двигатель и генератор — это, по сути, одно и то же устройство. Он не поверил мне, поэтому я объяснил, что они оба работают по принципу индукции, но противоположны друг другу. В то время как электродвигатель преобразует электричество в механическую работу, генератор преобразует механическую работу в электричество.Вот как это сделать.

Что такое индуктивность?

Чтобы понять это, мы сначала должны выяснить, что такое индуктивность. Индуктивность — это свойство проводника, такого как медные катушки в двигателе, создавать электродвижущую силу в соответствии с изменением тока через него. В случае электрического асинхронного двигателя ток подается на катушки двигателя, в результате чего возникает магнитное поле, которое перемещает вал двигателя, передавая механическое усилие системе. В генераторе происходит обратное, вместо того, чтобы прикладывать электричество к катушкам, механическая энергия вместо этого прикладывается к валу, как правило, каким-то газовым двигателем, который создает вращающееся магнитное поле.Разница напряжений между обмоткой и статором вызывает протекание тока. Затем этот выходной ток можно преобразовать в полезную энергию.

Чем похожи двигатели и генераторы в отношении ремонта?

Двигатели и генераторы во многом имеют одни и те же виды отказов. У них обоих есть роторы, которые, чтобы вращаться, должны ездить на подшипниках. Это точка нагружения, где образуется много концентраторов напряжения. Более половины всех ремонтов двигателей и генераторов начинается с выхода из строя подшипника.Помимо подшипников, как в электродвигателях, так и в статорах могут возникать отказы обмоток, износ вала, загрязнение и другие общие механические проблемы.

Помните: если у вас возникнут проблемы с двигателями или генераторами, позвоните нам! Также не забудьте посетить нас на сайте gesrepair.com или позвонить нам по телефону 1-877-249-1701, чтобы узнать больше о наших услугах. Мы с гордостью предлагаем излишки, полный ремонт и техническое обслуживание всех типов промышленной электроники, серводвигателей, двигателей переменного и постоянного тока, гидравлики и пневматики.