Переделка асинхронного двигателя в генератор: Как переделать любой асинхронный двигатель в генератор

Генератор для ветряка из асинхронного двигателя

Е-ветерок.ру
Энергия ветра и солнца

>Разделы сайта

Мой небольшой опыт

Разные мои самоделки

Расчёт и изготовление лопастей

Изготовление генераторов

Готовые расчёты ветряков

Дисковые аксиальные ветряки

Из асинхронных двигателей

Ветряки из авто-генераторов

Вертикальные ветряки

Парусные ветрогенераторы

Самодельные солнечные панели

Аккумуляторы

Контроллеры инверторы

Альтернативное эл. статьи

Личный опыт людей

Ветрогенераторы Ян Корепанов

Ответы на вопросы

>Последние записи

> Тест lifepo4, зависимость напряжения и ёмкости

> Активный балансир для литиевых АКБ

> Дешёвый электро-велосипед

> Контроллер ФОТОН 150/50 MPPT WI-FI

> Отчёт о состоянии электростанции весна 2019

> Инвертор SILA +MPPT

> Гибридные инверторы SILA

> Реле напряжения XH-M609

> DC 300V 100A ваттметр

> ZT-X RM409B True-RMS цифровой мультиметр

> Электровелосипед, передний привод на my1016

org/Breadcrumb»> Главная

>Изготовление генераторов

>

немного вводной информации по переделке асинхронных двигателей в генератор

Переделка асинхронного двигателя довольно популярный метод изготовления генератора для ветрогенератора. Асинхронные двигатели с малым количеством полюсов рассчитаны на высокие обороты, к примеру двух-полюсные на 3000 об/м, но для ветрогенераторов нужны низкие обороты, по этому нужно выбирать самые низко-оборотистые двигатели. Сейчас в доступности самые низко-оборотистые на 750 и 1000 об/м, соответственно на 8 и 6 полюсов.

Двигатели на 2-4 полюса приходится перематывать чтобы сделать больше количество полюсов, это достаточно сложно и затратно, а двигатели на 6-8 полюсов можно не перематывать и использовать как есть. Вся переделка двигателя в генератор заключается в переделке ротора на неодимовые магниты. Делается это достаточно просто, родной ротор просто протачивается на толщину магнитов (к примеру 5 мм), далее ротор делится на количество полюсов (к примеру 8) и на полюса наклеиваются магниты.

Магниты подбираются небольших размеров и из них набираются полюса. К примеру двигатель АИР112MB8 3 кВт имеет ротор диаметром 131 мм, а длинна 130 мм. Значит длинна окружности ротора (130 мм*3,14=408,2 мм), но мы протачиваем ротор на 5 мм, значит (130 мм-10 мм*3,14=376.8 мм) делим на количество полюсов (376.8:8=47.1 мм) и получаем ширину полюса 47.1 мм. Магниты возьмём 30*10*5 мм, их поместится 4 ряда в полюсе и останется зазор в 7 мм между полюсами. По длине ротор 130 мм, а у нас как-раз 4 магнита по длинне 120 мм, и получается на ротор нужно по 16 магнитов на полюс, а всего понадобится 128 магнитов.

Можно использовать магниты любых других удобных размеров для набора полюсов. Магниты клеятся на супер-клей и другие клеи, а после наклейки оборачивается ротор скотчем и заливается эпоксидной смолой.

Чтобы наиболее эффективно использовать магниты нужно делать минимальный зазор между магнитами и статором, тогда диаметр ротора с магнитами делают по диаметру статора, чтобы он на миллиметр не заходил в статор. После наклейки и заливки магнитов ротор подгоняют в статор шлифуя магниты, стачивают по немногу и пробуют вставлять в статор, добиваются того чтобы магниты были как можно ближе к зубам статора и при этом ротор вращался свободно без зацепов статора. При шлифовке очень важно не перегреть магниты, можно шлифовать на болгарке поливая водой, или на токарном станке.

>

Вообще желательно сделать новый цельно-металлический ротор под магниты, или на родной ротор асинхронника под магниты одеть металлическую гильзу. Так магниты будут работать гораздо эффективнее, и хватит толщины 3-4 мм, а если не ставить гильзу, то магниты желательно ставить потолще, к примеру 6-10 мм.

Ниже представлены данные по асинхронным двигателям

, размеры, толщина обмоточного провода, количество полюсов, сопротивление обмотки и прочее. Атак-же расчёт мощности переделанного генератора на различных оборотах при работе на аккумуляторы напряжением 12/24/48 вольт. За основу расчёта я взял магнитную индукцию равной 1 Тл, но на практике она может быть больше или меньше, всё зависит от толщины магнитов, плотности заполнения полюсов. Если будет протачиваться родной ротор и без металлической гильзы, то при толщине магнитов 5 мм марки n50 магнитная индукция будет 0.8 Тл примерно, если магниты толщиной 8-10 мм, то магнитная индукция будет 1-1.2 Тл. А если с гильзой или с цельно-металлическим ротором, то при толщине магнитов 5-6 мм магнитная индукция составит около 1-1.2 Тл

Асинхронный двигатель АИР100L6 2,2 кВт

Число полюсов 6, 1000 об/м. Размеры статора: наружный диаметр 168 мм, внутренний диаметр 113 мм, длина статора 120 мм, число зубов 36.

Обмотка: число проводников в пазу 42, диаметр провода 1,13 мм, трехфазный, сопротивление фазы 2.39 Ом.

Примерная мощность на АКБ 12/24/48 вольт при соединении треугольником

Обороты ( об/м)	Напряжение ХХ	АКБ 13 V А/Ватт*ч	АКБ 26 V А/Ватт*ч	АКБ 52 V А/Ватт*ч
60	13	—	—	—
120	26	5,4/70	—	—
180	39	10. 8/140	5,4/140	—
240	52	16.2/211	10,8/281	—
300	65	21.6/281	16.2/422	4,5/247
360	78	27/352	21/563	10/540
420	91	32.5/422	27/704	15/832
600	130	48/633	43/1126	31/1710
900	195	75/985	70/1830	58/3172

Асинхронный двигатель АИР100L8 1.5 кВт

Число полюсов 8, 750 об/м. Размеры статора: наружный диаметр 168 мм, внутренний диаметр 117 мм, длина статора 120 мм, число зубов 48. Обмотка: число проводников в пазу 48, диаметр провода 1,01 мм, трехфазный, сопротивление фазы 3.7 Ом.

Примерная мощность на АКБ 12/24/48 вольт при соединении треугольником

Обороты ( об/м)	Напряжение ХХ	АКБ 13 V А/Ватт*ч	АКБ 26 V А/Ватт*ч	АКБ 52 V А/Ватт*ч
60	17	1/13	—	—
120	34	5,6/73	2/56	—
180	51	10/130	6. 7/175	—
240	68	14.8/193	11,3/295	4,3/244
300	95	22/288	18.6/484	11.6/604
360	112	26.7/347	23.2/604	16.2/843
420	129	31/407	27.8/723	20.8/1082
600	170	42.4/551	38.9/1011	31.8/1658
900	255	65.4/850	61.8/1609	54/2852

Асинхронный двигатель АИР112MA6 3 кВт

Число полюсов 6, 1000 об/м. Размеры статора: наружный диаметр 191 мм, внутренний диаметр 132 мм, длина статора 100 мм, число зубов 54. Обмотка: число проводников в пазу 28, диаметр провода 1,19 мм, трехфазный, сопротивление фазы 2 Ом.

Примерная мощность на АКБ 12/24/48 вольт при соединении треугольником

Обороты ( об/м)	Напряжение ХХ	АКБ 13 V А/Ватт*ч	АКБ 26 V А/Ватт*ч	АКБ 52 V А/Ватт*ч
60	13		—	—
90	19	3/39	—	—
120	26	6. 5/84	—	—
180	39	13/169	6.5/169	—
240	52	19.5/253	13/338	—
300	65	26/338	19.5/507	6.5/338
360	78	32.5/422	26/676	13/676
420	91	39/507	32.5/845	19.5/1014
600	130	58.5/760	52/1352	31.8/39/2028

Асинхронный двигатель АИР112MA8 2.2 кВт

Число полюсов 8, 750 об/м.

Размеры статора: наружный диаметр 191 мм, внутренний диаметр 132 мм, длина статора 100 мм, число зубов 48. Обмотка: число проводников в пазу 40, диаметр провода 1,13 мм, трехфазный, сопротивление фазы 2.6 Ом.

Примерная мощность на АКБ 12/24/48 вольт при соединении треугольником

Обороты ( об/м)	Напряжение ХХ	АКБ 13 V А/Ватт*ч	АКБ 26 V А/Ватт*ч	АКБ 52 V А/Ватт*ч
60	17	1. 5/20	—	—
90	34	8/105	3/80	—
120	51	14.6/190	9.6/250	—
180	68	31/275	16/420	6.1/320
240	85	27/360	22.6/590	12.6/550
300	112	38/495	33/860	23/1200
360	129	44.6/579	39.6/1030	29.6/1540
420	146	51/665	46/1200	36/1880
600	163	57.6/750	52.6/1370	42.6/2220

Асинхронный двигатель АИР112MB8 3 кВт

Число полюсов 8, 750 об/м. Размеры статора: наружный диаметр 191 мм, внутренний диаметр 132 мм, длина статора 130 мм, число зубов 48. Обмотка: число проводников в пазу 31, диаметр провода 1,25 мм, трехфазный, сопротивление фазы 1. 93 Ом.

Примерная мощность на АКБ 12/24/48 вольт при соединении треугольником

Обороты ( об/м)	Напряжение ХХ	АКБ 13 V А/Ватт*ч	АКБ 26 V А/Ватт*ч	АКБ 52 V А/Ватт*ч
60	17	2/26	—	—
90	34	11/143	4.2/109	—
120	51	20/260	13.1/242	—
180	68	28.9/376	22.1/574	8.4/437
240	85	37.8/492	31/807	17.3/903
300	112	52.1/677	45.2/1176	31.5/1642
360	129	61/793	54.2/1409	40.5/2107
420	146	70/910	63.1/1642	49.4/2572
600	163	78.9/1026	72. 1/1874	58.4/3037

Асинхронный двигатель АИР132S6 5.5 кВт

Число полюсов 6, 1000 об/м. Размеры статора: наружный диаметр 225 мм, внутренний диаметр 154 мм, длина статора 115 мм, число зубов 54. Обмотка: число проводников в пазу 21, диаметр провода 1,13 мм, трехфазный, сопротивление фазы 1 Ом.

Примерная мощность на АКБ 12/24/48 вольт при соединении треугольником

Обороты ( об/м)	Напряжение ХХ	АКБ 13 V А/Ватт*ч	АКБ 26 V А/Ватт*ч	АКБ 52 V А/Ватт*ч
60	13		—	—
90	19	6/78	—	—
120	26	13/169	—	—
180	39	26/338	13/338	—
240	52	39/507	26/676	—
300	65	52/676	39/1014	13/676
360	78	65/845	52/1352	26/1352
420	91	78/1014	65/1690	39/2028
600	130	117/1521	104/2704	78/4056

Асинхронный двигатель АИР132S8 4 кВт

Число полюсов 8, 750 об/м. Размеры статора: наружный диаметр 222 мм, внутренний диаметр 158 мм, длина статора 112 мм, число зубов 48. Обмотка: число проводников в пазу 28, диаметр провода 1,48 мм, трехфазный, сопротивление фазы 1,24Ом.

Примерная мощность на АКБ 12/24/48 вольт при соединении треугольником

Обороты ( об/м)	Напряжение ХХ	АКБ 13 V А/Ватт*ч	АКБ 26 V А/Ватт*ч	АКБ 52 V А/Ватт*ч
60	17	3,2/41	—	—
90	34	16.9/220	6,4/127	—
120	51	30.6/398	20/524	—
180	68	44.3/526	33.8/880	12.9/670
240	85	58/754	47.5/1237	26.6/1383
300	112	79.8/1037	69.3/1803	48. 3/2516
360	129	93.5/1216	83/2159	62/3229
420	146	120/1572	96.7/2516	75.8/3941
600	163	57.6/750	110/2872	89.5/4654

Множество двигателей не имеет смысла просчитывать, думаю представленной информации выше достаточно для того чтобы понять что получится из асинхронного двигателя различных размеров. Думаю что вполне можно и четырёх-полюсные на магниты переделывать, и даже двух-полюсные, но мощность будет ниже. Так-же я посчитал мощность при соединении фаз треугольником так-как при таком соединении сопротивление генератора меньше и следовательно ток зарядки выше. Но можно соединять и звездой, напряжение при этом поднимется в 1,7раза выше, но и сопротивление тоже, зато зарядка начнётся при ещё более низких оборотах.

Маломощные асинхронные двигатели от 0.18 до 1 кВт без перемотки статора не подходят для ветрогенераторов, энергию конечно давать будут, но из-за большого сопротивления обмоток ток зарядки будет очень маленький. Например 6-ти полюсной двигатель мощностью 0.55 кВт имеет сопротивление фазы 22Ом, и при 600 об/м мощность будет всего (130-13:22=5,3*13=69) 69ватт на АКБ 12вольт, а на 48вольт около 180ватт.

Винт для генератора можно рассчитать и изготовить из ПВХ труб, или сделать из дерева. Програ ммка по расчёту лопаситей описана в этой статье — Расчёт лопастей для ветрогенератора

Как собрать электрогенератор из асинхронного двигателя своими руками

Содержание

1. Асинхронный электродвигатель в качестве генератора
2. Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме
3. Двухфазный режим асинхронного генератора.
4. Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!
5. Зачем нужны асинхронные генераторы?
6. Типы асинхронных генераторов
7. Устройство асинхронных генераторов
8. Как функционирует генератор
9. Как сделать генератор своими руками
10. Видео

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

В статье рассказано о том, как построить трёхфазный (однофазный) генератор 220/380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока. Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретённый в конце 19-го века русским учёным-электротехником М.О. Доливо-Добровольским, получил в настоящее время преимущественное распространение и в промышленности, и в сельском хозяйстве, а также в быту.

Асинхронные электродвигатели – самые простые и надёжные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо по условиям электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной мощности, следует применять асинхронные электродвигатели переменного тока.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором являются более дорогостоящими устройствами, требуют квалифицированного обслуживания, менее надёжны, а потому применяются только в тех отраслях производства, в которых без них обойтись нельзя. По этой причине они мало распространены, и мы их в дальнейшем рассматривать не будем.

По обмотке статора, включенной в трехфазную цепь, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле. Магнитные силовые линии вращающегося поля статора пересекают стержни обмотки ротора и индуктируют в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС в замкнутых накоротко стержнях ротора протекает ток. Вокруг стержней возникают магнитные потоки, создающие общее магнитное поле ротора, которое, взаимодействуя с вращающим магнитным полем статора, создает усилие, заставляющее ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля статора.

Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Этот показатель характеризуется скольжением S и находиться для большинства двигателей в пределах от 2 до 10%.

В промышленных установках наиболее часто используются трёхфазные асинхронные электродвигатели, которые выпускают в виде унифицированных серий. К ним относится единая серия 4А с диапазоном номинальной мощности от 0,06 до 400 кВт, машины которой отличаются большой надёжностью, хорошими эксплуатационными качествами и соответствуют уровню мировых стандартов.

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

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

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

Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.

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

В таблице 1 приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750…. 1500 об/мин). Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:

Мощность генератора,кВ·А	Холостой ход		Полная нагрузка
	ёмкость, мкФ	реактивная мощность, квар	cos = 1		cos = 0,8
			ёмкость, мкФ	реактивная мощность, квар	ёмкость, мкФ	реактивная мощность, квар
2,0 3,5 5,0 7,0 10,0 15,0	28 45 60 74 92 120	1,27 2,04 2,72 3,36 4,18 5,44	36 56 75 98 130 172	1,63 2,54 3,40 4,44 5,90 7,80	60 100 138 182 245 342	2,72 4,53 6,25 8,25 11,1 15,5

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

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

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

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя-генератора определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоёмкими из них являются:

Особо хочу остановиться на эксплуатации бытовых сварочных трансформаторов. Их подключение к автономному источнику электроэнергии наиболее желательно, т.к. при работе от промышленной сети они создают целый ряд неудобств для других потребителей электроэнергии.

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

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

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Рис. 2 Двухфазный режим асинхронного генератора.

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

Рис.3 Маломощный генератор из однофазного асинхронного двигателя.

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

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

В заключение несколько общих советов.

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

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

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

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

Источник

Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!

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

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

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

Краткое содержимое статьи:

Зачем нужны асинхронные генераторы?

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

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

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

Типы асинхронных генераторов

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

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

Именно такие генераторы можно применять для мини электростанций.

Устройство асинхронных генераторов

Как функционирует генератор

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

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

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

Как сделать генератор своими руками

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

Источник

Видео

Асинхронный двигатель как генератор

Как подключить асинхронный электродвигатель что бы стал генератором.

Переделка асинхронного двигателя в генератор с максимально возможным согласованием под винт

Асинхронный двигатель как генератор — Новая схема

Генератор из асинхронного двигателя. Повышаем мощность.

Генератор из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель в режиме генератора

генератор из асинхронного двигателя

Генератор из электродвигателя // ассинхронник в режиме генератора

Асинхронный ЭЛЕКТРО ГЕНЕРАТОР -7 кв12-380вольт, часть 2.

Асинхронный двигатель как генератор — суть процесса, его плюсы и минусы

В электротехнике существует так называемый принцип обратимости: любое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую, может делать и обратную работу. На нем основан принцип действия электрических генераторов, вращение роторов которых вызывает появление электрического тока в обмотках статора.

Теоретически можно переделать и использовать любой асинхронный двигатель в качестве генератора, но для этого надо, во-первых, понять физический принцип, а во-вторых, создать условия, обеспечивающие это превращение.

Вращающееся магнитное поле – основа схемы генератора из асинхронного двигателя

В электрической машине, изначально создающейся как генератор, существуют две активные обмотки: возбуждения, размещенная на якоре, и статорная, в которой и возникает электрический ток. Принцип её работы основан на эффекте электромагнитной индукции: вращающееся магнитное поле порождает в обмотке, которая находится под его воздействием, электрический ток.

Магнитное поле возникает в обмотке якоря от напряжения, обычно подаваемого с аккумулятора, ну а его вращение обеспечивает любое физическое устройство, хотя бы и ваша личная мускульная сила.

Конструкция электродвигателя с короткозамкнутым ротором (это 90 процентов всех исполнительных электрических машин) не предусматривает возможности подачи питающего напряжения на обмотку якоря. [attention type=yellow]Поэтому, сколько бы вы ни вращали вал двигателя, на его питающих клеммах электрического тока не возникнет. [/attention]Тем, кто хочет заняться переделкой асинхронного двигателя в генератор, надо создавать вращающееся магнитное поле самостоятельно.

Создаем предусловия для переделки

Двигатели, работающие от переменного тока, называют асинхронными. Все потому, что вращающееся магнитное поле статора чуть опережает скорость вращения ротора, оно как бы тянет его за собой.

Используя тот же принцип обратимости, приходим к выводу, что для начала генерации электрического тока вращающееся магнитное поле статора должно отставать от ротора или даже быть противоположным по направлению. Создать вращающееся магнитное поле, которое отстает от вращения ротора или противоположно ему, можно двумя способами.

Затормозить его реактивной нагрузкой. Для этого в цепь питания электродвигателя, работающего в обычном режиме (не генерации), надо включить, например, мощную конденсаторную батарею. Она способна накапливать реактивную составляющую электрического тока – магнитную энергию. Этим свойством в последнее время широко пользуются те, кто хочет сэкономить киловатт-часы.

[attention type=red]Если быть точным, то фактической экономии электроэнергии не происходит, просто потребитель немного обманывает электросчетчик на законной основе. [/attention]Накопленный конденсаторной батареей заряд находится в противофазе с тем, что создается питающим напряжением и «подтормаживает» его. В результате электродвигатель начинает генерировать ток и отдавать его обратно в сеть.

[blockquote_gray]Использование высокомощных моторов в домашних условиях при наличии исключительно однофазной сети требует определенных знаний в том, как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220в.

Для одновременного подключения потребителей электроэнергии к трех фазам служит специальное электромеханическое устройство — магнитный пускатель, об особенностях правильной установки которых можно прочитать здесь.[/blockquote_gray]

На практике этот эффект применяется в транспорте на электрической тяге. Как только электровоз, трамвай или троллейбус идут под уклон, к цепи питания тягового электродвигателя подключается конденсаторная батарея и происходит отдача электрической энергии в сеть (не верьте тем, кто утверждает, что электротранспорт дорог, он почти на 25 процентов обеспечивает энергией сам себя).

[attention type=green]Такой способ получения электрической энергии не есть чистая генерация. Чтобы перевести работу асинхронного двигателя в режим генератора, надо использовать метод самовозбуждения.[/attention]

Самовозбуждение асинхронного двигателя и переход его в режим генерации может возникнуть из-за наличия в якоре (роторе) остаточного магнитного поля. Оно очень мало, но способно породить ЭДС, заряжающее конденсатор. После возникновения эффекта самовозбуждения конденсаторная батарея подпитывается от произведенного электрического тока и процесс генерации становится непрерывным.

Секреты изготовления генератора из асинхронного двигателя

Чтобы превратить электромотор в генератор надо использовать неполярные конденсаторные батареи. Электролитические конденсаторы для этого не годятся. В трехфазных двигателях конденсаторы включаются звездой или треугольником. Соединение «звездой» позволяет начать генерацию на меньших оборотах ротора, но величина напряжения на выходе будет несколько ниже, чем при соединении «треугольником».

Также можно сделать генератор из однофазного асинхронного двигателя. Но для этого годятся лишь те, которые имеют короткозамкнутый ротор, а для запуска используют фазосдвигающий конденсатор. Коллекторные однофазные двигатели для переделки в генератор не годятся.

Рассчитать в бытовых условиях величину потребной емкости конденсаторной батареи не представляется возможным. [attention type=yellow]Поэтому домашний мастер должен исходить из простого соображения: общий вес конденсаторной батареи должен быть равен или немного превышать вес самого электродвигателя. [/attention]На практике это приводит к тому, что создать достаточно мощный асинхронный генератор почти невозможно, поскольку чем меньше номинальные обороты двигателя, тем он больше весит.

Оцениваем уровень эффективности — выгодно ли это?

Как видите, заставить электродвигатель генерировать ток можно не только в теоретических измышлениях. Теперь надо разобраться, насколько оправданы усилия по «изменению пола» электрической машины.

Во многих теоретических изданиях главным преимуществом асинхронных генераторов представляют их простоту. Честно говоря, это лукавство. Устройство двигателя ничуть не проще устройства синхронного генератора. Конечно, в асинхронном генераторе нет электрической цепи возбуждения, но она заменена на конденсаторную батарею, которая сама по себе является сложным техническим устройством.

Зато конденсаторы не надо обслуживать, а энергию они получают как бы даром – сначала от остаточного магнитного поля ротора, а потом – от вырабатываемого электрического тока. Вот в этом и есть главный, да и практически единственный плюс асинхронных генераторных машин – их можно не обслуживать. [attention type=green]Такие источники электрической энергии применяются в домашних автономных электростанциях, приводимых в действие силой ветра или падающей воды.[/attention]

Еще одним преимуществом таких электрических машин является то, что генерируемый ими ток почти лишен высших гармоник. Этот эффект называется «клирфактор». Для людей далеких от теории электротехники его можно объяснить так: чем ниже клирфактор, тем меньше тратится электроэнергии на бесполезный нагрев, магнитные поля и прочее электротехническое «безобразие».

У генераторов из трехфазного асинхронного двигателя клирфактор обычно находится в пределах 2%, когда традиционные синхронные машины выдают минимум 15. Однако учет клирфактора в бытовых условиях, когда к сети подключены разные типы электроприборов (стиральные машины имеют большую индуктивную нагрузку), практически невозможен.

Все остальные свойства асинхронных генераторов являются отрицательными. К ним относится, например, практическая невозможность обеспечить номинальную промышленную частоту вырабатываемого тока. Поэтому их почти всегда сопрягают с выпрямительными устройствами и используют для зарядки аккумуляторных батарей.

Кроме того, такие электрические машины очень чувствительны к перепадам нагрузки. Если в традиционных генераторах для возбуждения используется аккумулятор, имеющий большой запас электрической мощности, то конденсаторная батарея сама забирает из вырабатываемого тока часть энергии.

Если нагрузка на самодельный генератор из асинхронного двигателя превышает номинал, то ей не хватит электричества для подзарядки и генерация прекратится. Иногда используют емкостные батареи, объем которых динамически меняется в зависимости от величины нагрузки. [attention type=red]Однако при этом полностью теряется преимущество «простоты схемы».[/attention]

Нестабильность частоты вырабатываемого тока, изменения которой почти всегда носят случайный характер, не поддаются научному объяснению, а потому не могут быть учтены и компенсированы, предопределило малую распространенность асинхронных генераторов в быту и народном хозяйстве.

Функционирование асинхронного двигателя как генератора на видео

Ветряк из асинхронного двигателя без переделки. Ветрогенератор из асинхронного двигателя

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 , 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:

• 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 , 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 , их используют для мощных мобильных и .

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·U 2 ·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

Часть 2

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

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.

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

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

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

>

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

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

>

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

>

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

>

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

>

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

>

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

Пока к сожалению никаких подробных данных по мощности ветрогенератора нет, так-как пользователь разместивший свой ветрогенератор вот здесь

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.Более подробную информацию смотрите в видеоролике.

Канал автора —

Ответ на вопрос, как сделать самостоятельно электрогенератор из электродвигателя, основывается на знании устройства этих механизмов. Основная задача заключается в преобразовании двигателя в машину, выполняющую функции генератора. При этом следует продумать способ, как весь этот узел будет приводиться в движение.

Где используется генератор

Оборудование данного вида находит применение в совершенно разных областях. Это может быть промышленный объект, частное или загородное жилье, стройплощадка, причем любых масштабов, гражданские здания разного целевого использования.

Одним словом, совокупность таких узлов, как электрогенератор любого типа и электродвигатель, позволяют реализовать следующие задачи:

• Резервное электроснабжение;
• Автономная подача электроэнергии на постоянной основе.

В первом случае речь идет о страховочном варианте на случай возникновения опасных ситуаций, таких, как перегрузка сети, аварии, отключения и прочее. Во втором случае электрогенератор разнотипный и электродвигатель позволяют получить электричество в местности, где отсутствует централизованная сеть. Наряду с этими факторами присутствует еще одна причина, по которой рекомендуется использование автономного источника электроэнергии – это необходимость подачи стабильного напряжения на вход потребителя. Подобные меры нередко принимаются, когда необходимо ввести в работу оборудование с особо чувствительной автоматикой.

Особенности устройства и существующие виды

Чтобы определиться с тем, какой электрогенератор и электродвигатель выбрать для реализации поставленных задач, следует представлять себе, в чем заключается разница между существующими видами автономного источника энергоснабжения.

Бензиновые, газовые и дизельные модели

Основное отличие – тип топлива. С этой позиции различают:

1. Бензиновый генератор.
2. Дизельный механизм.
3. Устройство на газу.

В первом случае электрогенератор и содержащийся в конструкции электродвигатель по большей части используется для обеспечения электроэнергией на короткие сроки, что обусловлено экономической стороной вопроса ввиду высокой стоимости бензина.

Преимущество дизельного механизма заключается в том, что на его обслуживание и эксплуатацию потребуется значительно меньшее количество топлива. Дополнительно дизельный электрогенератор автономного типа и электродвигатель в нем будут работать длительный период времени без отключений благодаря большим ресурсам двигателя.

Устройство на газу является отличным вариантом на случай организации постоянного источника электроэнергии, так как топливо в данном случае всегда под рукой: подключение к газовой магистрали, использование баллонов. Поэтому стоимость эксплуатации такого агрегата будет ниже ввиду доступности топлива.

Основные конструктивные узлы такой машины тоже отличаются по исполнению. Двигатели бывают:

1. Двухтактные;
2. Четырехтактные.

Первый вариант устанавливается на устройства меньшей мощности и габаритов, тогда как второй – используется на более функциональных аппаратах. В генераторе имеется узел – альтернатор, другое его название «генератор в генераторе». Существует два его исполнения: синхронный и асинхронный.

По роду тока различают:

• Однофазный электрогенератор и, соответственно, электродвигатель в нем;
• Трехфазное исполнение.

Чтобы понять, как сделать электрогенератор из асинхронного электродвигателя, важно понимать принцип действия этого оборудования. Так, основа функционирования заключается в преобразовании разных видов энергий. В первую очередь происходит переход кинетической энергии расширения газов, возникающих при сгорании топлива, в механическую. Это происходит с непосредственным участием кривошипно-шатунного механизма при вращении вала двигателя.

Преобразование механической энергии в электрическую составляющую происходит посредством вращения ротора альтернатора, в результате чего образуется электромагнитное поле и ЭДС. На выходе после стабилизации выходное напряжение попадает к потребителю.

Делаем источник электроэнергии без узла привода

Наиболее распространенным способом для реализации такой задачи является попытка организовать энергоснабжение посредством асинхронного генератора. Особенностью данного метода является приложение минимума усилий в плане монтажа дополнительных узлов для корректной работы такого устройства. Это обусловлено тем, что данный механизм функционирует по принципу асинхронного двигателя и продуцирует электроэнергию.

Смотрим видео, безтопливный генератор своими силами:

При этом ротор вращается с намного большей скоростью, чем смог бы выдавать синхронный аналог. Сделать электрогенератор из асинхронного электродвигателя своими руками вполне можно, не используя при этом дополнительных узлов или особых настроек.

В результате принципиальная схема устройства останется практически нетронутой, но появится возможность обеспечить электроэнергией небольшой объект: частный или загородный дом, квартиру. Применение таких устройств довольно обширно:

• В качестве двигателя для ;
• В виде небольших ГЭС.

Чтобы организовать действительно автономный источник энергоснабжения, электрогенератор без приводящего в работу двигателя должен функционировать на самовозбуждении. А это реализуется посредством подключения конденсаторов в последовательном порядке.

Смотрим видео, генератор своими руками, этапы работ:

Другая возможность выполнить задуманное – использовать двигатель Стирлинга. Его особенностью является преобразование тепловой энергии в механическую работу. Другое название такого узла – двигатель внешнего сгорания, а если говорить точнее, исходя из принципа работы, то, скорее, двигатель внешнего нагрева.

Это обусловлено тем, что для эффективного функционирования устройства требуется значительный перепад температур. В результате роста этой величины повышается и мощность. Электрогенератор на двигателе внешнего нагрева Стирлинга может работать от любого источника тепла.

Последовательность действий при самостоятельном изготовлении

Чтобы превратить двигатель в автономный источник электроснабжения, следует несколько изменить схему, подключив конденсаторы к обмотке статора:

Схема включения асинхронного двигателя

При этом будет протекать опережающий емкостной ток (намагничивающий). В результате образуется процесс самовозбуждения узла, а величина ЭДС соответственно изменяется. На этот параметр в большей мере влияет емкость подключенных конденсаторов, но нельзя забывать и о параметрах самого генератора.

Чтобы устройство не грелось, что обычно является прямым следствием неправильно подобранных параметров конденсаторов, нужно руководствоваться специальными таблицами при их выборе:

Эффективность и целесообразность

Прежде, чем решать вопрос, где купить автономный электрогенератор без двигателя, нужно определить, действительно ли хватит мощности такого устройства для обеспечения потребностей пользователя. Чаще всего самодельные аппараты этого рода обслуживают маломощных потребителей. Если решено сделать своими руками электрогенератор автономный без двигателя, купить необходимые элементы можно в любом сервисном центре или магазине.

Но преимуществом их является сравнительно небольшая себестоимость, учитывая, что достаточно лишь немного изменить схему, подключив несколько конденсаторов подходящей емкости. Таким образом, при наличии некоторых знаний можно соорудить компактный и маломощный генератор, который будет обеспечивать достаточным количеством электроэнергии для питания потребителей.

Генератор асинхронного или индукционного типа представляет собой особую разновидность устройств, использующую переменный ток и имеющую способность воспроизведения электроэнергии. Главной особенностью является совершение довольно быстрых поворотов, которые делает ротор, по скорости вращения этого элемента он в значительной степени превосходит синхронную разновидность.

Одним из главных преимуществ является возможность использования данного устройства без существенных преобразований схемы или длительного настраивания.

Однофазную разновидность индукционного генератора можно подключить путем подачи на него необходимого напряжения, для этого потребуется подсоединение его к источнику питания. Однако, ряд моделей производит самовозбуждение, эта способность позволяет им функционировать в режиме, независимом от каких-либо внешних источников.

Осуществляется это благодаря последовательному приведению конденсаторов в рабочее состояние.

Схема генератора из асинхронного двигателя

схема генератора на базе асинхронного двигателя

В фактически любой машине электрического типа, сконструированной по типу генератора, имеются 2 разные активные обмотки, без которых невозможно функционирование устройства:

1. Обмотка возбуждения , которая находится на специальном якоре.
2. Статорная обмотка , которая отвечает за образование электрического тока, данный процесс происходит внутри нее.

Для того, чтобы наглядно представить и точнее понять все процессы, происходящие во время функционирования генератора, наиболее оптимальным вариантом будет подробнее рассмотреть схему его работы:

1. Напряжение , которое подается от аккумулятора или любого иного источника, создает магнитное поле в якорной обмотке.
2. Вращение элементов устройства вместе с магнитным полем можно реализовать разными способами, в том числе и вручную.
3. Магнитное поле , вращающееся с определенной скоростью, порождает электромагнитную индукцию, благодаря чему в обмотке появляется электрический ток.
4. Подавляющее большинство используемых на сегодняшний день схем не имеет возможностей для обеспечения якорной обмотки напряжением, это связано с наличием в конструкции короткозамкнутого ротора. Поэтому, вне зависимости от скорости и времени вращения вала, питающие устройства все равно будут обесточены.

При переделывании двигателя в генератор, самостоятельное создание движущегося магнитного поля является одним из основных и обязательных условий.

Устройство генератора

Перед тем, как предпринимать какие-либо действия по переделыванию в генератор, необходимо понять устройство данной машины, которое выглядит следующим образом:

1. Статор , который оснащен сетевой обмоткой с 3 фазами, размещенной по его рабочей поверхности.
2. Обмотка организована таким образом, что напоминает по своей форме звезду: 3 начальных элемента соединяются между собой, а 3 противоположных стороны соединены с контактными кольцами, которые не имеют никаких точек соприкосновений между собой.
3. Контактные кольца имеют надежный крепеж к валу ротора.
4. В конструкции имеются специальные щетки, которые не совершают никаких самостоятельных движений, но способствуют включению реостата с тремя фазами. Это позволяет осуществлять изменение параметров сопротивления обмотки, находящейся на роторе.
5. Нередко , во внутреннем устройстве присутствует такой элемент, как автоматический короткозамыкатель, необходимый для того, чтобы закоротить обмотку и остановить реостат, находящийся в рабочем состоянии.
6. Еще одним дополнительным элементом устройства генератора может являться специальное приспособление, которое разводит щетки и контактные кольца в тот момент, когда они проходят стадию замыкания. Подобная мера способствует значительному уменьшению потерь, отводимых на трение.

Изготовление генератора из двигателя

Фактически, любой асинхронный электродвигатель можно собственными руками переделать в устройство, функционирующее по типу генератора, который затем допускается использовать в быту. Для этой цели может подойти даже двигатель, взятый из стиральной машинки старого образца или любого иного бытового оборудования.

Чтобы данный процесс был благополучно реализован, рекомендуется придерживаться следующего алгоритма действий:

1. Снять слой сердечника двигателя , благодаря чему будет образовано углубление в его структуре. Осуществить это можно на токарном станке, рекомендуется снять 2 мм. по всему сердечнику и проделать дополнительные отверстия с глубиной около 5 мм.
2. Снять размеры с полученного ротора, после чего из жестяного материала изготовить шаблон в виде полосы, который будет соответствовать габаритам устройства.
3. Установить в образовавшемся свободном пространстве неодимовые магниты, которые необходимо заранее приобрести. На каждый полюс потребуется не менее 8 магнитных элементов.
4. Фиксацию магнитов можно осуществить при помощи универсального суперклея, но необходимо учитывать, что при приближении к поверхности ротора они будут менять свое положение, поэтому их необходимо крепко удерживать руками пока каждый элемент не приклеится. Дополнительно рекомендуется использовать во время этого процесса защитные очки, чтобы избежать попадания брызг клея в глаза.
5. Обернуть ротор обычной бумагой и скотчем, который потребуется для ее фиксации.
6. Торцовую часть ротора залепить пластилином, что обеспечит герметизацию устройства.
7. После совершенных действий необходимо произвести обработку свободных полостей, между магнитными элементами. Для этого оставшееся между магнитами свободное пространство необходимо залить эпоксидной смолой. Удобнее всего будет прорезать специальное отверстие в оболочке, преобразовать его в горлышко и залепить границы при помощи пластилина. Внутрь можно заливать смолу.
8. Дождаться полного застывания залитой смолы, после чего защитную бумажную оболочку можно устранить.
9. Ротор необходимо зафиксировать при помощи станка или тисков, чтобы можно было провести его обработку, которая заключается в шлифовании поверхности. Для этих целей можно использовать наждачную бумагу со средним параметром зернистости.
10. Определить состояние и предназначение проводов, выходящих из двигателя. Двое должны вести к рабочей обмотке, остальные можно обрезать, чтобы не запутаться в дальнейшем.
11. Иногда процесс вращения осуществляется довольно плохо , чаще всего причиной являются старые износившиеся и тугие подшипники, в таком случае их можно заменить новыми.
12. Выпрямитель для генератора можно собрать из специальных кремниевых , которые предназначены именно для этих целей. Такж,е потребуется контроллер для зарядки, подходят фактически все современные модели.

После совершения всех названных действий, процесс можно считать завершенным, асинхронный двигатель был преобразован в генератор такого же типа.

Оценка уровня эффективности – выгодно ли это?

Генерация электрического тока электродвигателем вполне реальна и реализуема на практике, основной вопрос заключается в том, насколько это выгодно?

Сравнение осуществляется в первую очередь с синхронной разновидностью аналогичного устройства , в котором отсутствует электрическая цепь возбуждения, но несмотря на этот факт, его устройство и конструкция не являются более простыми.

Обуславливается это наличием конденсаторной батареи, являющейся крайне сложным в техническом плане элементом, который отсутствует у асинхронного генератора.

Основное преимущество асинхронного устройства заключается в том, что имеющиеся в наличии конденсаторы не требуют какого-либо обслуживания , поскольку вся энергия передается от магнитного поля ротора и тока, который вырабатывается в ходе функционирования генератора.

Создаваемый во время работы электрический ток фактически не имеет высших гармоник, что является еще одним значимым преимуществом.

Иных плюсов, кроме названных, асинхронные устройства не имеют, но зато обладают рядом существенных недостатков:

1. В ходе их функционирования отсутствует возможность по обеспечению номинальных промышленных параметров электрического тока, который вырабатывается генератором.
2. Высокая степень чувствительности даже к малейшим перепадам параметров рабочих нагрузок.
3. При превышении параметров допустимых нагрузок на генератор , будет зафиксирована нехватка электричества, после чего подзарядка станет невозможной и процесс генерации будет остановлен. Для устранения этого недостатка, часто используют батареи со значительной емкостью, которые имеют особенность изменять свой объем в зависимости от величины оказываемых нагрузок.

Электрический ток, который вырабатывается асинхронным генератором, подвержен частым изменениям, природа которых неизвестна, она носит случайный характер и никак не объясняется научными доводами.

Невозможность учета и соответствующей компенсации таких изменений объясняет то факт, что подобные устройства не обрели популярность и не получили особого распространения в наиболее серьезных отраслях промышленности или бытовых делах.

Функционирование асинхронного двигателя как генератора

В соответствии с принципами, по которым функционируют все подобные машины, работа асинхронного двигателя после преобразования в генератор происходит следующим образом:

1. После подключения конденсаторов к зажимам , на обмотке статоров происходит ряд процессов. В частности, в обмотке начинается движение опережающего тока, который создает эффект намагничивания.
2. Только при соответствии конденсаторов параметрам необходимой емкости, происходит самовозбуждение устройства. Это способствует возникновению симметричной системы напряжения с 3 фазами на статорной обмотке.
3. Значение итогового напряжения будет зависеть от технических возможностей используемой машины, а также от возможностей используемых конденсаторов.

Благодаря описанным действиям происходит процесс преобразования асинхронного двигателя короткозамкнутого типа в генератор с подобными характеристиками.

Применение

В быту и на производстве такие генераторы широко применяются в различных сферах и областях, но наиболее востребованы они для выполнения следующих функций:

1. Использование в качестве двигателей для , это одна из наиболее популярных функций. Многие люди самостоятельно изготавливают асинхронные генераторы для задействования их в этих целях.
2. Работа в качестве ГЭС с небольшой выработкой.
3. Обеспечение питанием и электроэнергией городской квартиры, частного загородного дома или отдельного бытового оборудования.
4. Выполнение основных функций сварочного генератора.
5. Бесперебойное оснащение переменным током отдельных потребителей.

Необходимо обладать определенными навыками и знаниями не только по изготовлению, но и по эксплуатации подобных машин, помочь в этом могут следующие советы:

1. Любая разновидность асинхронных генераторов вне зависимости от сферы, в которой они применяются, является опасным устройством, по этой причине рекомендуется провести его изоляцию.
2. В процессе изготовления устройства необходимо продумать монтаж измерительных приборов, поскольку потребуется получение данных о его функционировании и рабочих параметрах.
3. Наличие специальных кнопок , с помощью которых можно управлять устройством, в значительной степени облегчает процесс эксплуатации.
4. Заземление является обязательным требованием, которое необходимо реализовать до момента эксплуатации генератора.
5. Во время работы , КПД асинхронного устройства может периодически снижаться на 30-50%, побороть возникновение этой проблемы не представляется возможным, поскольку этот процесс является неотъемлемой частью преобразования энергии.

Генератор из асинхронного двигателя своими руками

Желание разработать автономный источник по производству электроэнергии позволил соорудить генератор из обычного асинхронного мотора. Разработка отличается надежность и относительной простотой.

• Виды и описание асинхронного двигателя ↓
• Область применения ↓
• Преимущества и недостатки генератора ↓
• Принцип работы ↓
• Схема генератора ↓
• Делаем своими руками ↓
• Необходимые инструменты ↓
• Пошаговое руководство ↓
• Таблица конденсаторных емкостей ↓
• Генератор на магнитах ↓
• Переделывать или нет ↓
• Блиц-советы ↓

Виды и описание асинхронного двигателя

Существует два вида моторов:      

1. Короткозамкнутый ротор. Он включает в себя статор (недвижимый элемент) и ротор (вращающийся элемент), движущийся за счет работы подшипников, прикрепленных к двум щиткам мотора. Сердечники изготовлены из стали, а также они изолированы друг от друга. По пазам статорного сердечника расположен изолированный провод, а по пазам роторного устанавливается стержневая обмотка либо льется растопленный алюминий. Специальные кольца-перемычки играют роль замыкающего элемента роторной обмотки. Самостоятельные разработки преобразовывают механические движения мотора и создают электроэнергию переменного напряжения. Их преимущество – нет в наличии коллекторно-щелочного механизма, что делает их более надежными и долговечными.
2. Фазный ротор – дорогой прибор, требующий специализированного сервиса. Состав такой же, как и у ротора с коротким замыканием. Единственное исключение роторная и статорная обмотка сердечника выполнена из заизолированного провода, а ее концы подсоединяют к кольцам, прикрепленным к валу. По ним проходят специальные щетки, которые объединяют провода с регулировочным либо пусковым реостатом. Из-за низкого уровня надежности его используют лишь для тех отраслей производства, для которых он предназначен.

Область применения

Устройство используется в разных отраслях:

1. Как обычный двигатель для электростанций, работающих от ветра.
2. Для собственного независимого питания квартиры либо дома.
3. Как небольшие ГЭС-станции.
4. Как альтернативный инверторный тип генератора (сварочный).
5. Для создания бесперебойной системы питания от переменного тока.

К положительным качествам разработки принадлежат:

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

Минусы:

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

Самодельный генератор из асинхронного двигателя

Принцип работы

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

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

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

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

Схема генератора

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

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

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

Простейшая схема включения асинхронного двигателя

Делаем своими руками

Чтобы преобразовать электромотор в работоспособный генератор понадобиться применять неполярные конденсаторные батареи, поэтому электролитические конденсаторы лучше не использовать.

В трехфазном моторе подключить конденсатор можно по таким схемам:

• «Звезда» – дает возможность провести генерацию при меньшем количестве оборотов, но с более низким выходным напряжением;
• «Треугольник» – вступает в работу при большом количестве оборотов, соответственно вырабатывает больше напряжения.

Можно создать собственное устройство из однофазного мотора, но при условии, что он оборудован ротором с коротким замыканием. Чтобы запустить разработку следует воспользоваться фазосдвигающим конденсатором. Однофазный мотор коллекторного типа для переделки не подходит.

Внешний вид простейшего ветрогенератора с применением асинхронного двигателя

Необходимые инструменты

Создать собственный генератор несложно, главное иметь все необходимые элементы:

1. Асинхронный мотор.
2. Тахогенератор (прибор для измерения тока) или же тахометр.
3. Емкость под конденсаторы.
4. Конденсатор.
5. Инструменты.

Пошаговое руководство

1. Поскольку понадобится перенастроить генератор таки образом, чтобы скорость вращений превышала обороты мотора, первоначально необходимо подсоединить двигатель к электросети и завести. Затем с помощью тахометра определить скорость его вращений.
2. Узнав скорость, следует к полученному обозначению прибавить еще 10%. Например, технический показатель мотора 1000 об/мин, то у генератора должно быть порядка 1100 об/мин (1000*0,1%=100, 1000+100=1100 об/мин).
3. Следует подобрать емкость под конденсаторы. Чтобы определиться с размерами используйте данные таблицы.

Таблица конденсаторных емкостей

Мощность генератора КВ А	Холостой ход		Полная нагрузка
	ЕмкостьМкф	Реактивная мощность Квар	COS=1		COS=0.8
			Емкость Мкф	Реактивная мощность Квар	Емкость Мкф	Реактивная мощность Квар
2,0	28	1,27	36	1,63	60	2,72
3,5	45	2,04	56	2,54	100	4,53
5,0	60	2,72	75	3,4	138	6,25
7,0	74	3,36	98	4,44	182	8,25
10,0	92	4,18	130	5,9	245	11,1
15,0	120	5,44	172	7,8	342	15,5

Важно! Если емкость будет большой, то генератор начнет нагреваться.

Подберите соответствующие конденсаторы, которые смогут обеспечить требуемую скорость вращений. Будьте осторожны при установке.

Важно! Все конденсаторы должны быть заизолированы специальным покрытием.

Устройство готово и может использоваться в качестве источника электроэнергии.

Важно! Прибор с короткозамкнутым ротором создает высокое напряжение, поэтому если необходим показатель в 220В, следует дополнительно установить понижающий трансформатор.

Генератор на магнитах

Магнитный генератор имеет несколько отличий. Например, он не нуждается в установке конденсаторных батарей. Магнитное поле, которое будет создавать электричество в обмотке статора, создается за счет ниодимовых магнитов.

Особенности создания генератора:

1. Необходимо открутить обе крышки двигателя.
2. Понадобится устранить ротор.
3. Ротор необходимо проточить, сняв верхний слой нужной толщины (толщина магнита + 2мм). Самостоятельно выполнить данную процедуру без токарного оборудования крайне сложно, поэтому следует обратиться в токарный сервис.
4. Сделайте шаблон для круглых магнитиков на листе бумаги, исходя из параметров диаметр 10-20 мм, толщина около 10 мм, а присягающая сила порядка 5-9 кг на см². Подбирать размер следует в зависимости от габаритов ротора. Затем прикрепите созданный шаблон на ротор и разместите магнитики полюсами и под углом 15-20⁰ к оси ротора. Ориентировочное количество магнитов в одной полоске около 8 штук.
5. У вас должно выйти 4 группы полос, каждая по 5 полосок. Между группами должно сохраняться расстояние величиной в 2 диаметра магнита, а между полосками в группе – 0,5-1 диаметр магнита. Благодаря данному расположению ротор не будет залипать к статору.
6. Установив все магниты, следует залить ротор специальной эпоксидной смолой. Как только она высохнет, покройте цилиндрический элемент стекловолокном и снова пропитайте смолой. Такое крепление позволит избежать вылету магнитов в момент движения. Следите, чтобы диаметр у ротора был таким же, как до проточки, чтобы при установке он не терся об статорную обмотку.
7. Просушив ротор, его можно установить на место и прикрутить обе крышки двигателя.
8. Провести испытания. Для запуска генератора понадобится поворачивать ротор с помощью электродрели, а на выходе вымерять полученный ток тахометром.

Переделывать или нет

Чтобы определить, эффективна ли работа самостоятельно сделанного генератора, следует просчитать, насколько оправданы усилия по преобразованию устройства.

Нельзя сказать, что устройство очень простое. Двигатель асинхронного двигателя не уступает по сложности синхронному генератору. Единственное отличие отсутствие электрической цепи для возбуждения работы, но она заменяется батареей конденсаторов, что ничем не упрощает устройство.

Преимущество конденсаторов в том, что они не требуют дополнительного обслуживания, а энергию получают от магнитного поля ротора или производимого электрического тока. Из этого можно сказать, что единственный плюс от этой разработки – отсутствие необходимости в обслуживании.

Еще одно положительное качество – эффект клирфактора. Он заключается в отсутствии высших гармоник в генерируемом токе, то есть чем ниже его показатель, тем меньше расходуется энергии на обогрев, магнитное поле и иные моменты. У трехфазного электромотора этот показатель составляет около 2%, в то время когда у синхронных машин он минимум 15%. К сожалению, учет показателя в быту, когда в сеть включены разнотипные электроприборы, нереален.

Другие показатели и свойства разработки отрицательные. Он не способен обеспечивать номинальную промышленную частоту производимого напряжения. Поэтому устройства применяют вместе с выпрямительными машинами, а также для зарядки аккумулятора.

Генератор чувствителен к малейшим перепадам электричества. В промышленных разработках для возбуждения применяется аккумулятор, а в самодельном варианте часть энергии уходит на батарею конденсаторов. В случае, когда нагрузка на генератор выше номинала, ему не достаточно электричества для подзарядки, и он останавливается. В некоторых случаях применяют емкостные батареи, которые меняют свой динамический объем в зависимости от нагрузки.

Просчитать, учесть и компенсировать изменения тока, которые происходят случайно, к сожалению, нереально, поэтому устройству характерна нестабильная работа.

Блиц-советы

1. Устройство очень опасно, поэтому не рекомендуется использовать напряжение в 380 В, разве что при крайней необходимости.
2. Согласно с мерами предосторожности и техникой безопасности необходимо дополнительно установить заземление.
3. Следите за тепловым режимом разработки. Ему не присуще работать при холостом ходу. Чтобы уменьшить тепловое воздействие следует хорошо подобрать конденсаторную емкость.
4. Правильно просчитайте мощность производимого электрического напряжения. Например, когда в трехфазном генераторе функционирует лишь одна фаза, значит, мощь составляет 1/3 от общей, а если работает две фазы соответственно 2/3.
5. Есть возможность косвенным образом контролировать частоту непостоянного тока. Когда прибор работает вхолостую выходящее напряжение начинает увеличиваться, и превышает показатели промышленного (220/380В) на 4-6%.
6. Лучше всего изолировать разработку.
7. Следует оснастить самодельное изобретение тахометром и вольтметром, чтобы фиксировать его работу.
8. Желательно предусмотреть специальные кнопки для включения и выключения механизма.
9. Уровень КПД будет понижаться на 30-50%, данное явление неизбежно.

Бестопливный генератор из двух асинхронных двигателей. Электрогенератор, сделанный своими руками: порядок сборки

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.

Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.

Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.

Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.

Как переделать ротор

Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.

Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.

Существует два способа монтажа магнитов:

• изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
• уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.

Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.

Испытания вновь созданного генератора

Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.

Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.

По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.

Изготовление ветряка

Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.

Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.

Проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:

• ротор Савониуса
• ротор Дарье
• ротор Ленца

Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.

Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор , но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.

Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.

В стремлении получить автономные источники электроэнергии специалисты нашли способ как своими руками переделать, трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока в генератор. Такой метод имеет ряд преимуществ и отдельные недостатки.

Внешний вид асинхронного электродвигателя

В разрезе показаны основные элементы:

1. чугунный корпус с радиаторными рёбрами для эффективного охлаждения;
2. корпус короткозамкнутого ротора с линиями сдвига магнитного поля относительно его оси;
3. коммутационно контактная группа в коробке (борно), для коммутации обмоток статора в схемы звезда или треугольник и подключения проводов электропитания;
4. плотные жгуты медных проводов обмотки статора;
5. стальной вал ротора с канавкой для фиксации шкива клиновидной шпонкой.

Детальная разборка асинхронного электродвигателя с указанием всех деталей показана на рисунке ниже.

Детальная разборка асинхронного двигателя

Достоинства генераторов, переделанных из асинхронных двигателей:

1. простота сборки схемы, возможность не разбирать электродвигатель, не перематывать обмотки;
2. возможность вращения генератора электротока ветряной или гидротурбиной;
3. генератор из асинхронного двигателя широко используется в системах мотор-генератор для преобразования однофазной сети 220В переменного тока в трёхфазную сеть с напряжением 380В.
4. возможность использования генератора, в полевых условиях раскручивая его от двигателей внутреннего сгорания.

Как недостаток можно отметить сложность расчёта ёмкости конденсаторов, подключаемых к обмоткам, фактически это делается экспериментальным путём.

Поэтому трудно добиться максимальной мощности такого генератора, бывают сложности с электропитанием электроустановок, которые имеют большое значение пускового тока, на циркулярных электропилах с трёхфазными двигателями переменного тока, бетономешалках и других электроустановках.

Принцип работы генератора

В основу работы такого генератора заложен принцип обратимости: «любая электроустановка преобразующая электрическую энергию в механическую, может сделать обратный процесс». Используется принцип работы генераторов, вращение ротора вызывает ЭДС и появление электрического тока в обмотках статора.

Исходя из этой теории, очевидно, что асинхронный электродвигатель можно переделать в электрогенератор. Чтобы осознано провести реконструкцию необходимо понять, как происходит процесс генерации и что для этого требуется. Все двигатели, которые приводит в движение сила переменного тока, считаются асинхронными. Поле статора движется с небольшим опережением относительно магнитного поля ротора, подтягивая его за собой в сторону вращения.

Чтобы получить обратный процесс, генерацию, поле ротора должно опережать движение магнитного поля статора, в идеальном случае вращаться в противоположном направлении. Добиваются этого включением в сеть питания, конденсатора большой ёмкости, для увеличения ёмкости используют группы конденсаторов. Конденсаторная установка заряжается, накапливая магнитную энергию (элемент реактивной составляющей переменного тока). Заряд конденсатора по фазе противоположный источнику тока электродвигателя, поэтому вращение ротора начинает замедляться, обмотка статора генерирует ток.

Преобразование

Как практически своими руками преобразовать асинхронный электродвигатель в генератор?

Для подключения конденсаторов надо открутить верхнюю крышку борно (коробка), где расположена контактная группа, коммутирующая контакты обмоток статора и подключены провода питания асинхронного двигателя.

Открытое борно с контактной группой

Обмотки статора могут быть соединены в схему «Звезда» или «Треугольник».

Схемы включения «Звезда» и «Треугольник»

На шильдике или в паспорте на изделие показаны возможные схемы подключения и параметры двигателя при различных подключениях. Указывается:

• максимальные токи;
• напряжение питания;
• потребляемая мощность;
• количество оборотов в минуту;
• КПД и другие параметры.

Параметры двигателя, которые указаны на шильдике

В трёхфазный генератор из асинхронного электродвигателя, который делают своими руками, конденсаторы подключаются по аналогичной схеме «Треугольником» или «Звездой».

Вариант включения со «Звездой» обеспечивает пусковой процесс генерации тока на более низких оборотах, чем при соединении схемы в «Треугольник». При этом напряжение на выходе генератора будет немного ниже. Подключение по схеме «Треугольника» предоставляет незначительное увеличение выходного напряжения, но требует более высоких оборотов при запуске генератора. В однофазном асинхронном электродвигателе подключается один фазосдвигающий конденсатор.

Схема подключения конденсаторов на генераторе в «Треугольник»

Используются конденсаторы модели КБГ-МН, или другие марки не менее 400 В бесполярные, двухполюсные электролитические модели в этом случае не подходят.

Как выглядит бесполюсный конденсатор марки КБГ-МН

Расчёт ёмкости конденсаторов для используемого двигателя

Номинальная выходная мощность генератора, в кВт	Предположительная ёмкость в, мкФ
2	60
3,5	100
5	138
7	182
10	245
15	342

В синхронных генераторах возбуждение процесса генерации происходит на обмотках якоря от источника тока. 90% асинхронных двигателей имеют короткозамкнутые роторы, без обмотки, возбуждение создаётся остаточным в роторе статическим зарядом. Его достаточно чтобы на первоначальном этапе вращения создать ЭДС, которое наводит ток, и подзаряжает конденсаторы, через обмотки статора. Дальнейшая подзарядка уже поступает от генерируемого тока, процесс генерации будет непрерывным, пока вращается ротор.

Автомат подключения нагрузки к генератору, розетки и конденсаторы рекомендуется установить в отдельный закрытый щит. Соединительные провода от борно генератора до щита проложить в отдельном изолированном кабеле.

Даже при неработающем генераторе необходимо избегать прикосновения к клемам конденсаторов контактов розеток. Накопленный конденсатором заряд остаётся длительное время и может ударить током. Заземляйте корпуса всех агрегатов, мотора, генератора, щита управления.

Монтаж системы мотор-генератор

При монтаже генератора с мотором своими руками надо учитывать, что указанное количество номинальных оборотов используемого асинхронного электродвигателя на холостом ходу больше.

Схема мотор-генератора на ременной передаче

На двигателе в 900 об/м при холостом ходе будет 1230 об/м, чтобы получить на выходе генератора, переделанного из этого двигателя достаточную мощность, надо иметь количество оборотов на 10% больше холостого хода:

1230 + 10% =1353 об/м.

Ременная передача рассчитывается по формуле:

Vг = Vм x Dм\Dг

Vг – необходимая скорость вращения генератора 1353 об/м;

Vм – скорость вращения мотора 1200 об/м;

Dм – диаметр шкива на моторе 15 см;

Dг – диаметр шкива на генераторе.

Имея мотор на 1200 об/м где шкив Ø 15 см, остаётся рассчитать только Dг – диаметр шкива на генераторе.

Dг = Vм x Dм/ Vг = 1200об/м х 15см/1353об/м = 13,3 см.

Генератор на ниодимовых магнитах

Как сделать генератор из асинхронного электродвигателя?

Этот самодельный генератор исключает применение конденсаторных установок. Источник магнитного поля, которое наводит ЭДС и создаёт ток в обмотке статора, построен на постоянных ниодимовых магнитах. Для того чтобы это сделать своими руками необходимо последовательно выполнить следующие действия:

• Снять переднюю и заднюю крышки асинхронного электродвигателя.
• Извлечь ротор из статора.

Как выглядит ротор асинхронного двигателя

• Ротор протачивается, снимается верхний слой на 2 мм больше толщины магнитов. В бытовых условиях сделать расточку ротора своими руками не всегда представляется возможным, при отсутствии токарного оборудования и навыков. Нужно обратиться к специалистам в токарные мастерские.
• На листе обычной бумаги готовится шаблон для размещения круглых магнитов, Ø 10-20мм, толщиной до 10 мм, с силой притяжения 5-9 кг, на кв/см, размер зависит от величины ротора. Шаблон наклеивается на поверхность ротора, магниты размещаются полосами под углом 15 – 20 градусов относительно оси ротора, по 8 штук в полосе. На рисунке ниже видно, что на некоторых роторах отмечены тёмно-светлые полосы смещения линий магнитного поля относительно его оси.

Установка магнитов на ротор

• Ротор на магнитах рассчитывается так, чтобы получилось четыре группы полос, в группе по 5 полосок, расстояние между группами 2Ø магнита. Промежутки в группе 0.5-1Ø магнита, такое расположение снижает силу залипания ротора к статору, он должен проворачиваться усилиями двух пальцев;
• Ротор на магнитах, сделанный по рассчитанному шаблону, заливается эпоксидной смолой. После того как она немного подсохнет цилиндрическая часть ротора покрывается слоем стекловолокна и опять пропитывается эпоксидной смолой. Это исключит вылет магнитов при вращении ротора. Верхний слой на магнитах не должен превышать первоначального диаметра ротора, который был до проточки. В противном случае ротор не встанет на своё место или при вращении будет тереться об обмотку статора.
• После просушки, ротор можно поставить на место и закрыть крышки;
• Испытывать, электрогенератор необходимо – проворачивать ротор электродрелью, измеряя напряжение на выходе. Количество оборотов при достижении нужного напряжения измеряется тахометром.
• Зная необходимое количество оборотов генератора, ременная передача рассчитывается по методике описанной выше.

Интересный вариант применения, когда электрогенератор на основе асинхронного электродвигателя, используется в схеме электрический мотор-генератор с самоподпиткой. Когда часть мощности вырабатываемой генератором поступает на электродвигатель, который его раскручивает. Остальная энергия расходуется на полезную нагрузку. Осуществив принцип самоподпитки практически можно на долгое время обеспечить дом автономным электропитанием.

Видео. Генератор из асинхронного двигателя.

Для широкого круга потребителей электроэнергии покупать мощные дизельные электростанции как TEKSAN TJ 303 DW5C с мощностью на выходе 303 кВА или 242 кВт не имеет смысла. Маломощные бензиновые генераторы дорогие, оптимальный вариант сделать своими руками ветровые генераторы или устройство мотор-генератор с самопдпиткой.

Используя эту информацию можно собрать генератор своими руками, на постоянных магнитах или конденсаторах. Такое оборудование очень полезно на загородных домах, в полевых условиях, как аварийный источник питания, когда отсутствует напряжение в промышленных сетях. Полноценный дом с кондиционерами, электрическими плитами и нагревательными бойлерами, мощный мотор циркулярной пилы они не потянут. Временно обеспечить электроэнергией бытовые приборы первой необходимости могут, освещение, холодильник, телевизор и другие, которые не требуют больших мощностей.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к способам и оборудованию для генерирования электрической энергии, и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, в автоматике и бытовой технике, на авиационном, морском и автомобильном транспорте.

За счет нестандартного способа генерации, и оригинальной конструкции мотора-генератора, режимы генератора и электромотора, объединены в одном процессе, и неразрывно связаны. В результате чего, при подключении нагрузки, взаимодействие магнитных полей статора и ротора образует вращающий момент, который по направлению совпадает с моментом, создаваемым внешним приводом.

Другими словами, при увеличении мощности потребляемой нагрузкой генератора, ротор мотора-генератора начинает ускоряться, и соответственно понижается мощность, потребляемая внешним приводом.

Уже давно по Интернету ходят слухи о том, что генератор с кольцевым якорем Грамма, был способен вырабатывать электрической энергии больше чем было затрачено механической и происходило это за счет того, что под нагрузкой не было тормозящего момента.

Результаты экспериментов, которые привели к изобретению мотора-генератора.

Уже давно по Интернету ходят слухи о том, что генератор с кольцевым якорем Грамма, был способен вырабатывать электрической энергии больше, чем было затрачено механической и происходило это за счет того, что под нагрузкой не было тормозящего момента. Эта информация подтолкнула нас на проведение ряда экспериментов с кольцевой обмоткой, результаты которых мы покажем на этой странице. Для экспериментов, на тороидальный сердечник, были намотаны 24шт., не зависимые обмотки, с одинаковым количеством витков.

1) Вначале вес обмотки были включены последовательно, выводы на нагрузку расположены диаметрально. В центре обмотки был расположен постоянный магнит с возможностью вращения.

После того как магнит с помощью привода приводился в движение, подключалась нагрузка и лазерным тахометром измерялись обороты привода. Как и следовало ожидать, обороты приводного двигателя начинали падать. Чем большую мощность потребляла нагрузка, тем сильнее падали обороты.

2) Для лучшего понимания процессов происходящих в обмотке, вместо нагрузки был подключен миллиамперметр постоянного тока.
При медленном вращении магнита, можно наблюдать, какая полярность и величина выходного сигнала, в данном положении магнита.

Из рисунков видно, когда полюсы магнита, находятся напротив выводов обмотки (рис. 4;8), ток в обмотке равен 0. При положении магнита, когда полюсы находятся в центре обмотки, мы имеем максимальное значение тока (рис. 2;6).

3) Нa следующем этапе экспериментов, использовалась только одна половина обмотки. Магнит также медленно вращался, и фиксировались показания прибора.

Показания прибора полностью совпадали с предыдущим экспериментом (рис 1-8).

4) После этого к магниту подключили внешний привод и начали его вращать на максимальных оборотах.

При подключении нагрузки, привод начал набирать обороты!

Другими словами, при взаимодействии полюсов магнита, и полюсов образующихся в обмотке с магнитопроводом, при прохождении через обмотку тока, появился вращающий момент, направленный по ходу вращающего момента созданного приводным двигателем.

Рисунок 1, идет сильное торможение привода при подключении нагрузки. Рисунок 2, при подключении нагрузки привод начинает ускоряться.

5) Что бы понять что происходит, мы решили создать карту магнитных полюсов, которые появляются в обмотках при прохождении через них тока. Для этого была проведена серия экспериментов. Обмотки подключались в разных вариантах, а на концы обмоток подавались импульсы постоянного тока. При этом на пружине был закреплен постоянный магнит, и по очереди располагался рядом с каждой из 24 обмоток.

По реакции магнита (отталкивался он или притягивался) была составлена карта проявляющихся полюсов.

Из рисунков видно, как проявлялись магнитные полюсы в обмотках, при различном включении (желтые прямоугольники на рисунках, это нейтральная зона магнитного поля).

При смене полярности импульса, полюсы как и положено менялись на противоположные, по этому разные варианты включения обмоток, нарисованы при одной полярности питания.

6) Па первый взгляд, результаты на рисунках 1 и 5 идентичны.

При более подробном анализе, стало ясно, что распределение полюсов по окружности и «размер» нейтральной зоны довольно сильно отличаются. Сила с которой магнит притягивался или отталкивался от обмоток и магнитопровода показана градиентной заливкой полюсов.

7) При сопоставлении данных экспериментов описанных в пунктах 1 и 4, кроме кардинальной разницы в реакции привода на подключение нагрузки, и существенной разницы в «параметрах» магнитных полюсов, были выявлены и другие отличия. При проведении обоих экспериментов, параллельно нагрузке был включен вольтметр, а последовательно с нагрузкой включался амперметр. Если показания приборов из первого эксперимента (пункт 1), взять за 1, то во втором эксперименте (пункт 4), показание вольтметра так же было равно 1. По показания амперметра составляло 0,005 от результатов первого эксперимента.

8) Исходя из изложенного в предыдущем пункте, логично предположить, если в незадействованной части магнитопровода, сделать немагнитный (воздушный) зазор, то сила тока в обмотке должна увеличиться.

После того как был сделан воздушный зазор, магнит снова подключили к приводному двигателю, и раскрутили на максимальные обороты. Сила тока действительно возросла в несколько раз, и стала составлять примерно 0,5 от результатов эксперимента по пункту 1,
но при этом появился тормозной момент на привод.

9) Способом, который описан в пункте 5, была составлена карта полюсов данной конструкции.

10) Сопоставим два варианта

Не трудно предположить, если увеличить воздушный зазор в магнитопроводе, геометрическое расположение магнитных полюсов по рисунку 2, должно приблизиться к такому расположению как в рисунке 1. А это в свою очередь, должно привести к эффекту ускорения привода, который описан в пункте 4 (при подключении нагрузки, вместо торможения, создается добавочный момент к вращающему моменту привода).

11) После того как зазор в магнитопроводс был увеличен до максимума (до краев обмотки), при подключении нагрузки вместо торможения, привод снова начал набирать обороты.

При этом карта полюсов обмотки с магнитопроводом выглядит так:

На основе предложенного принципа генерации электроэнергии, можно конструировать генераторы переменного тока, которые при повышении электрической мощности в нагрузке, не требуют повышения механической мощности привода.

Принцип работы Мотора Генератора.

Согласно явлению электромагнитной индукции при изменении магнитного потока проходящего через замкнутый контур, в контуре возникает ЭДС.

Согласно правилу Ленца: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток. При этом не имеет значения, как именно магнитный поток, движется по отношению к контуру (Рис. 1-3).

Способ возбуждения ЭДС в нашем моторе-генераторе аналогичен рисунку 3. Он позволяет использовать правило Ленца для увеличения вращающего момента на роторе (индукторе).

1) Обмотка статора
2) Магнитопровод статора
3) Индуктор (ротор)
4) Нагрузка
5) Направление вращения ротора
6) Центральная линия магнитного поля полюсов индуктора

При включении внешнего привода, ротор (индуктор) начинает вращаться. При пересечении начала обмотки магнитным потоком одного из полюсов индуктора в обмотке индуцируется ЭДС.

При подключении нагрузки, в обмотке начинает течь ток и полюса возникшего в обмотках магнитного поля согласно правилу Э. X. Ленца направлены на встречу возбудившего их магнитного потока.
Так как обмотка с сердечником расположена по дуге окружности, то магнитное поле ротора, движется вдоль витков (дуги окружности) обмотки.

При этом в начале обмотки согласно правилу Ленца, возникает полюс одинаковый с полюсом индуктора, а на другом конце ротивоположный. Так как одноименные полюса отталкиваются, а противоположные притягиваются, индуктор стремится принять положение, которое соответствует действию этих сил, что и создает добавочный момент, направленный по ходу вращения ротора. Максимальная магнитная индукция в обмотке достигается в момент, когда центральная линия полюса индуктора находится напротив середины обмотки. При дальнейшем движении индуктора, магнитная индукция обмотки уменьшается, и в момент выхода центральной линии полюса индуктора за пределы обмотки, равна нулю. В этот же момент, начало обмотки начинает пересекать магнитное поле второго полюса индуктора, и согласно правилам, описанным выше, край обмотки от которого начинает отдаляться первый полюс начинает его отталкивать с нарастающей силой.

Рисунки:
1) Нулевая точка, полюсы индуктора (ротора) симметрично направлены на разные края обмотки в обмотке ЭДС=0.
2) Центральная линия северного полюса магнита (ротора) пересекла начало обмотки, в обмотке появилась ЭДС, и соответственно проявился магнитный полюс одинаковый с полюсом возбудителя (ротора).
3) Полюс ротора находится в центре обмотки, и в обмотке максимальное значение ЭДС.
4) Полюс приближается к концу обмотки и ЭДС снижается до минимума.
5) Следующая нулевая точка.
6) Центральная линия южного полюса входит в обмотку и цикл повторяется (7;8;1).

Данная задача требует выполнения ряда манипуляций, которые должны сопровождаться четким пониманием принципов и режимов функционирования такого оборудования.

Что собой представляет и как работает

Эл двигатель асинхронного типа – это машина, в которой происходит трансформация электрической энергии в механическую и тепловую. Такой переход становится возможным благодаря явлению электромагнитной индукции, которая возникает между обмотками статора и ротора. Особенностью асинхронных двигателей является тот факт, что частота вращения этих двух ключевых его элементов отличается.

Конструктивные особенности типичного эл двигателя можно видеть на иллюстрации. И статор, и ротор представляют собой соосные круглого сечения объекты, изготавливаются путем набора достаточного количества пластин из специальной стали. Пластины статора имеют пазы на внутренней части кольца и при совмещении образуют продольные канавки, в которые наматывается обмотка из медной проволоки. Для ротора, ее роль играют алюминиевые прутки, они также вставляются в пазы сердечника, но с обеих сторон замыкаются стопорными пластинами.

Во время подачи напряжения на обмотки статора, на них возникает и начинает вращаться электромагнитное поле. В связи с тем, что частота вращения ротора заведомо меньше, между обмотками наводится ЭДС и центральный вал начинает двигаться. Не синхронность частот связана не только с теоретическими основами процесса, но и с фактическим трением опорных подшипников вала, оно будет его несколько тормозить относительно поля статора.

Что такое электрический генератор?

Генератор представляет собой эл машину, преобразовывающую механическую и тепловую энергии в электрическую. С этой точки зрения он является устройством прямо противоположным по принципу действия и режиму функционирования к асинхронному двигателю. Более того, наиболее распространенным типом электрогенераторов являются индукционные.

Как мы помним из выше описанной теории, такое становится возможным только при разности оборотов магнитных полей статора и ротора. Из это следует один закономерный вывод (учитывая также принцип обратимости, упомянутый вначале статьи) – теоретически возможно сделать генератор из асинхронника, кроме того, это задача, решаемая самостоятельно за счет перемотки.

Работа двигателя в режиме генератора

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

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

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

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

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

Как самостоятельно собрать асинхронный генератор?

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

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

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

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

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

Виды генераторов на базе двигателей

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

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

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

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.Более подробную информацию смотрите в видеоролике.

Канал автора —

Электродвигатели и генераторы

Электродвигатели, генераторы, генераторы переменного тока и громкоговорители объясняются с помощью анимации и схем. Это ресурсная страница от Physclips, многоуровневое мультимедийное введение в физику (скачайте анимацию на этой странице). Схемы и работа различных типов двигателя Двигатели постоянного тока Двигатели и генераторы Генераторы ЭДС противодействия Универсальные двигатели Соберите простой двигатель Двигатели переменного тока (синхронные и шаговые двигатели) Асинхронные двигатели Электродвигатели с короткозамкнутым ротором Трехфазные асинхронные двигатели Линейные двигатели Униполярные двигатели и генераторы (отдельная страница). Громкоговорители Трансформаторы Генераторы переменного и постоянного тока Некоторые веб-ресурсы Схемы, показанные здесь, идеализированы, чтобы сделать принципы очевидными. Например, анимация справа имеет только одну проволочную петлю, без подшипников и очень простую геометрия. В реальных двигателях используются те же принципы, но их геометрия обычно сложно. Если вы уже понимаете основные принципы различных типов двигателей, вы можете сразу перейти к более сложные и тонкие случаи, описанные в разделе Как работают настоящие электродвигатели, профессор Джон Стори. Двигатели постоянного тока Простой двигатель постоянного тока имеет катушку с проволокой, которая может вращаться в магнитном поле. ток в катушке подается через две щетки, контактирующие с подвижным контактом. разрезное кольцо. Катушка находится в постоянном магнитном поле. Приложенные силы на токоведущих проводах создают вращающий момент на катушке. Сила F, действующая на провод длиной L, по которому течет ток i в магнитном поле B равно iLB, умноженному на синус угла между B и i, который будет равен 9.0°, если поле было равномерно вертикальным. Направление F исходит справа ручное правило*, как показано здесь. Две показанные здесь силы равны и противоположны друг другу. но они смещены по вертикали, поэтому они создают крутящий момент. (Силы на две другие стороны катушки действуют вдоль одной и той же линии и поэтому не создают крутящего момента.) * Для запоминания направления силы используется ряд различных нэмоник. Кто-то использует правую руку, кто-то левую. Для учащихся, знакомых с векторным умножением, легко использовать силу Лоренца напрямую:  F = Q V x B , откуда F = I DL X 10609. DL x 1066. DL x . DL x 6106060 DL X 61060 DL x 61060 DL x 3. Это происхождение диаграммы, показанной здесь. Катушку также можно рассматривать как магнитный диполь или маленький электромагнит, как указано стрелкой SN: согните пальцы правой руки в направление течения, а ваш большой палец — это северный полюс. В эскизе справа изображен электромагнит, образованный катушкой ротора. как постоянный магнит, и тот же крутящий момент (Север притягивает Юг) виден быть тем, что действует для выравнивания центрального магнита. Повсюду мы используем синий цвет для Северного полюса и красный цвет для Южного. Это просто условность, чтобы прояснить ориентацию: нет разницы в материале на обоих концах магнита, и они обычно не окрашены в разные цвета. Обратите внимание на влияние щеток на разрезное кольцо . Когда плоскость вращающейся катушки станет горизонтальной, щетки разорвут контакт (потеряно немного, потому что это и так точка нулевого крутящего момента – силы действовать внутрь). Угловой момент катушки уносит ее мимо этого разрыва. точка, и ток затем течет в противоположном направлении, которое меняет направление магнитный диполь. Итак, после прохождения точки останова ротор продолжает поворачиваться против часовой стрелки и начинает выравниваться в противоположном направлении. в В следующем тексте я буду в основном использовать картинку «крутящий момент на магните», но имейте в виду, что использование щеток или переменного тока может привести к тому, что полюса рассматриваемый электромагнит меняет положение, когда ток меняет направление. Крутящий момент, создаваемый за цикл, зависит от вертикального разделения две силы. Следовательно, она зависит от синуса угла между оси катушки и поля. Однако из-за разъемного кольца всегда в том же смысле. Анимация ниже показывает его изменение во времени, и вы может остановить его на любом этапе и проверить направление, прикладывая правую руку правило. Двигатели и генераторы Теперь двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока. Посмотрите следующую анимацию. катушка, разрезное кольцо, щетки и магнит точно такое же оборудование, как и двигатель выше, но катушка вращается, что создает ЭДС. Если вы используете механическую энергию для вращения катушки (N витков, площадь A) с равномерной угловая скорость ω в магнитном поле B , в катушке возникает синусоидальная ЭДС. ЭДС (ЭДС или электродвижущая сила — это почти то же самое, что и напряжение). Пусть θ будет угол между B и нормаль к катушке, поэтому магнитный поток φ равен NAB.cos θ. Закон Фарадея дает: Анимация выше будет называться генератором постоянного тока. Как и в двигателе постоянного тока, концы катушки соединяются с разъемным кольцом, две половины которого соприкасаются по кистям. Обратите внимание, что щетки и разрезное кольцо «выпрямляют» создаваемую ЭДС: контакты организованы так, что ток всегда будет течь в одном и том же направлении, потому что когда катушка поворачивается мимо мертвой точки, где щетки встречаются зазор в кольце, соединения между концами катушки и внешние клеммы перепутаны. ЭДС здесь (без учета мертвой зоны, которая обычно возникает при нуле вольт) равна |NBAω sin ωt|, как нарисовано. Генератор Если мы хотим AC, нам не нужна повторная проверка, поэтому нам не нужны разрезные кольца. (Этот это хорошая новость, потому что разрезные кольца вызывают искры, озон, радиопомехи и дополнительный износ. Если хочешь постоянного тока, часто лучше использовать генератор переменного тока и выпрямлять диодами.) В следующей анимации две щетки касаются двух непрерывных колец, поэтому две внешние клеммы всегда подключены к одним и тем же концам катушки. Результатом является невыпрямленная синусоидальная ЭДС, определяемая NBAω sin ωt, который показан в следующей анимации. Это генератор переменного тока. Преимущества переменного и постоянного тока генераторы сравниваются в разделе ниже. Мы видели выше, что двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока. Точно так же генератор переменного тока также является двигателем переменного тока. Однако, это довольно негибкий. (Смотри как настоящие электродвигатели работают для более подробной информации.) Обратная ЭДС Теперь, как показывают первые две анимации, двигатели постоянного тока и генераторы могут быть то же самое. Например, двигатели поездов становятся генераторами, когда поезд замедляется: они преобразуют кинетическую энергию в электрическую и помещают питание обратно в сеть. В последнее время некоторые производители начали выпускать легковые автомобили. рационально. В таких автомобилях электродвигатели, используемые для привода автомобиля, также используется для зарядки аккумуляторов при остановке автомобиля — это называется регенеративным торможение. Вот интересное следствие. Каждый двигатель является генератором . Это правда, в некотором смысле, даже когда он функционирует как двигатель. ЭДС этого двигателя генерирует называется обратной ЭДС . Противо-ЭДС увеличивается с скорость по закону Фарадея. Так что, если двигатель без нагрузки, он крутится очень быстро и разгоняется до противо-ЭДС, плюс падение напряжения из-за потерь, равно напряжению питания. Обратную ЭДС можно рассматривать как «регулятор»: он останавливает бесконечно быстрое вращение двигателя (тем самым избавляя физиков от некоторого смущения). Когда двигатель загружен, то фаза напряжения становится ближе к фазе тока (начинает выглядеть резистивным), и это кажущееся сопротивление дает напряжение. Итак, спина ЭДС необходима меньше, и двигатель вращается медленнее. (Чтобы добавить заднюю ЭДС, которая индуктивная, к резистивной составляющей нужно добавить напряжения которые не совпадают по фазе. См. AC схемы.) Катушки обычно имеют сердечники На практике (и в отличие от нарисованных нами схем) генераторы и постоянный ток двигатели часто имеют сердечник с высокой проницаемостью внутри катушки, так что большой магнитные поля создаются небольшими токами. Это показано слева на рисунок ниже, на котором статоры (магниты стационарные) являются постоянными магнитами. Универсальные двигатели Магниты статора также могут быть выполнены в виде электромагнитов, как показано выше. справа. Два статора намотаны в одном направлении, чтобы дать поле в том же направлении, а ротор имеет поле, которое дважды меняет направление за цикл, потому что он связан со щетками, которые здесь не показаны. Один Преимущество обмотки статора в двигателе состоит в том, что можно сделать двигатель который работает от переменного или постоянного тока, так называемый универсальный двигатель . Когда вы едете такой двигатель с переменным током, ток в катушке изменяется дважды в каждом цикле (помимо изменений со щеток), но полярность статоров изменяется одновременно, поэтому эти изменения компенсируются. (К сожалению, кисти все же есть, хоть я и спрятал их в этом наброске. ) За достоинства и недостатки постоянного магнита по сравнению со статором с обмоткой см. ниже. Также см. больше на универсальных двигателях. Соберите простой мотор Чтобы построить этот простой, но странный двигатель, вам понадобятся два довольно сильных магнита. (подойдут редкоземельные магниты диаметром около 10 мм, как и стержень большего размера). магниты), немного жесткой медной проволоки (не менее 50 см), два провода с крокодилом зажимы на обоих концах, шестивольтовая батарея для фонаря, две банки из-под безалкогольных напитков, два блока дерева, клейкой ленты и острого гвоздя. Сделайте катушку из жесткой медной проволоки, чтобы ей не требовалось никакого внешнего поддерживать. Намотайте от 5 до 20 витков по кругу диаметром около 20 мм и два конца направлены радиально наружу в противоположных направлениях. Эти концы будут быть и осью, и контактами. Если провод имеет лаковую или пластиковую изоляцию, обрежьте его на концах. Опоры оси могут быть изготовлены из алюминия, поэтому чтобы они вступали в электрический контакт. Например, сделать дырки в безалкогольном напитке. банки с гвоздем, как показано на рисунке. Расположите два магнита с севера на юг, так что магнитное поле проходит через катушку под прямым углом к оси. Приклейте или приклейте магниты к деревянным брускам (не показаны). на схеме), чтобы держать их на нужной высоте, затем переместите блоки поставить их в положение, довольно близко к катушке. Сначала поверните катушку так что магнитный поток через катушку равен нулю, как показано на схеме. Теперь возьмите аккумулятор и два провода с зажимами типа «крокодил». Соединять две клеммы аккумулятора к двум металлическим опорам для катушка и она должна крутиться. Обратите внимание, что у этого двигателя есть по крайней мере одна «мертвая зона»: он часто останавливается в положении, когда на катушке нет крутящего момента. Не уходи это слишком долго: это быстро разрядит батарею. Оптимальное количество витков в катушке зависит от внутренней сопротивление аккумулятора, качество опорных контактов и тип провода, поэтому следует поэкспериментировать с разными значениями. Как было сказано выше, это тоже генератор, но очень неэффективный. Чтобы сделать большую ЭДС, используйте больше витков (может понадобиться использовать более тонкую проволоку и рамку, на которую ее можно намотать.) Вы можете использовать например, электрическая дрель, чтобы быстро повернуть ее, как показано на рисунке выше. С помощью осциллографа посмотрите на генерируемую ЭДС. Это переменный или постоянный ток? В этом двигателе нет разрезного кольца, так почему на ДК работает? Проще говоря, если бы он был точно симметричным, он бы не работал. Однако, если ток в одном полупериоде немного меньше, чем в другом, то средний крутящий момент не будет равен нулю, и, поскольку он вращается достаточно быстро, угловой момент, приобретенный в течение полупериода с большим током, переносит его через полупериод, когда крутящий момент направлен в противоположную сторону. По крайней мере, два эффекта могут вызвать асимметрию. Даже если провода идеально зачищены и провода чистые, контактное сопротивление вряд ли будет точно равным даже в состоянии покоя. Кроме того, само вращение вызывает прерывистый контакт, поэтому, если во время одной фазы происходят более длительные отскоки, этой асимметрии достаточно. В принципе, можно было бы частично зачистить провода таким образом, чтобы за один полупериод ток был равен нулю. Альтернативная версия простого двигателя от Джеймса. Тейлор. Еще более простой двигатель (тот, который также намного проще для понимания!) является униполярным двигателем. Двигатели переменного тока С переменным током мы можем изменить направление поля без использования щеток. Это хорошая новость, потому что мы можем избежать дугового разряда, образования озона и омические потери энергии, которые могут повлечь за собой щетки. Далее, поскольку щетки соприкасаются между движущимися поверхностями, они изнашиваются. Первое, что нужно сделать в двигателе переменного тока, это создать вращающееся поле. ‘Обычный’ Переменный ток от 2- или 3-контактной розетки является однофазным переменным током — он имеет одну синусоидальную форму. разность потенциалов возникает только между двумя проводами — активным и нейтральным. (Обратите внимание, что провод заземления не пропускает ток, за исключением случаев электрические неисправности.) С однофазным переменным током можно создать вращающееся поле путем создания двух токов, которые не совпадают по фазе, с использованием, например, конденсатора. В показанном примере два тока равны 90° не по фазе, поэтому вертикальная составляющая магнитного поля синусоидальная, а горизонтальная — косусоидальная, как показано. Это дает поле, вращающееся против часовой стрелки. (* Меня попросили объяснить это: от простого переменного тока теории, ни катушки, ни конденсаторы не имеют напряжения в фазе с электрический ток. В конденсаторе напряжение максимально, когда заряд закончил течь на конденсатор, и вот-вот начнет течь. Таким образом, напряжение отстает от тока. В чисто индуктивной катушке падение напряжения наибольшее, когда ток изменяется наиболее быстро, что также, когда ток равен нулю. Напряжение (падение) опережает ток. В моторных катушках фазовый угол меньше 90, потому что электрический энергия превращается в механическую). В этой анимации графики показывают изменение токов во времени в вертикальных и горизонтальных катушках. График компонентов поля B x и B y показывает, что векторная сумма этих двух полей представляет собой вращающуюся поле. На основном рисунке показано вращающееся поле. Он также показывает полярность магнитов: как и выше, синий представляет северный полюс, а красный — южный полюс. Если мы поместим постоянный магнит в эту область вращающегося поля или если мы поместим в катушке, ток которой всегда течет в одном и том же направлении, то это становится синхронный двигатель . В широком диапазоне условий двигатель будет вращаться со скоростью магнитного поля. Если у нас много статоров, вместо только двух пар, показанных здесь, мы могли бы рассматривать его как шаговый двигатель. двигатель: каждый импульс перемещает ротор к следующей паре задействованных полюсов. Пожалуйста, помните мое предупреждение об идеализированной геометрии: настоящие шаговые двигатели иметь десятки полюсов и довольно сложную геометрию! Асинхронные двигатели Теперь, поскольку у нас есть переменное во времени магнитное поле, мы можем использовать ЭДС индукции в катушке — или даже просто вихревые токи в проводнике — чтобы ротор магнит. Правильно, если у вас есть вращающееся магнитное поле, вы можете просто вставьте проводник и он крутится. Это дает несколько преимуществ : асинхронные двигатели : отсутствие щеток или коллектора означает простоту изготовления, отсутствие износа, отсутствия искр, образования озона и связанных с этим потерь энергии. с ними. Слева внизу показана схема асинхронного двигателя. (Для фотографий настоящие асинхронные двигатели и более подробную информацию см. в разделе Индукция моторы.) Ваш браузер не поддерживает видео тег. Анимация справа представляет двигатель с короткозамкнутым ротором . Белка Клетка имеет (во всяком случае, в этой упрощенной геометрии!) два круглых проводника, соединенных несколькими прямыми стержнями. Любые два стержня и соединяющие их дуги образуют катушка — как показано синими черточками на анимации. (Только два из для простоты показано много возможных схем.) На этой схеме показано, почему их можно назвать двигателями с короткозамкнутым ротором. Реальность другая: фотографии и подробности см. в разделе «Индукция». моторы. Показана проблема с асинхронным двигателем и двигателем с короткозамкнутым ротором. в этой анимации то, что конденсаторы высокой стоимости и высокого номинального напряжения дорогие. Одним из решений является двигатель с экранированными полюсами, но его вращение поле имеет некоторые направления, где крутящий момент мал, и имеет тенденцию бежать назад при некоторых условиях. Самый простой способ избежать этого использовать многофазные двигатели. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока Однофазный используется в бытовых целях для маломощных приложений, но у него есть некоторые недостатки. Во-первых, он выключается 100 раз в секунду (вы не обратите внимание, что флуоресцентные лампы мерцают с такой скоростью, потому что ваши глаза слишком медленные: даже 25 кадров в секунду на телевизоре достаточно быстро, чтобы дать иллюзию непрерывного движения.) Во-вторых, это делает его неудобным для создания вращающихся магнитных полей. По этой причине некоторая большая мощность (несколько кВт) для бытовых устройств может потребоваться трехфазная установка. Промышленное применение широко используйте трехфазный двигатель, а трехфазный асинхронный двигатель является стандартным рабочая лошадка для приложений высокой мощности. Три провода (не считая земли) несут три возможные разности потенциалов, которые не совпадают по фазе с каждым другой на 120°, как показано на анимации ниже. Таким образом, три статора дают плавный вращающееся поле. (Посмотри это ссылка для получения дополнительной информации о трехфазном питании.) Если в такой набор статоров поместить постоянный магнит, он станет синхронным . трехфазный двигатель . На анимации показана беличья клетка, в которой для простота показана только одна из многих петель индуцированного тока. Без механической нагрузки, он вращается практически синхронно с вращающимся полем. Ротор не обязательно должен быть беличьей клеткой: на самом деле любой проводник, который переносимые вихревые токи будут вращаться, стремясь следовать за вращающимся полем. Эта договоренность может дать асинхронный двигатель с высокой эффективностью, высокая мощность и высокий крутящий момент в диапазоне скоростей вращения. Линейные двигатели Набор катушек можно использовать для создания магнитного поля, которое перемещается, а не чем вращается. Пара катушек на анимации ниже пульсирует от слева направо, поэтому область магнитного поля движется слева направо. А постоянный или электромагнит будет стремиться следовать за полем. Так бы и простой пластина из проводящего материала, поскольку в ней индуцируются вихревые токи (не показаны) содержат электромагнит. В качестве альтернативы мы могли бы сказать, что из теории Фарадея Согласно закону, в металлической пластине всегда индуцируется ЭДС, препятствующая любым изменениям. в магнитном потоке, а силы на токи, движимые этой ЭДС, удерживают поток в плите почти постоянный. (Вихревые токи на этой анимации не показаны.) В качестве альтернативы мы могли бы иметь наборы активных катушек в подвижной части, и вызвать вихревые токи в рельсе. В любом случае мы получаем линейный двигатель, что было бы полезно, скажем, для поездов на магнитной подвеске. (В анимации геометрия как обычно на этом сайте, сильно идеализирован, и только один вихревой ток показан.) Некоторые примечания о двигателях переменного и постоянного тока для мощных приложений Изначально этот сайт был создан, чтобы помочь старшеклассникам и учителей в Новом Южном Уэльсе, Австралия, где новая учебная программа концентрируется на истории и приложениях физики, в ущерб самой физике, был введен. В новой программе в одном из пунктов есть это загадочное требование: «объясните, что двигатели переменного тока обычно производят маломощные и связывают это с их использованием в электроинструментах». Двигатели переменного тока используются для приложений высокой мощности, когда это возможно. Три фазные асинхронные двигатели переменного тока широко используются для приложений большой мощности, в том числе тяжелая промышленность. Однако такие двигатели непригодны, если нет многофазности, т. к. или трудно доставить. Электрички тому пример: проще строить линии электропередач и пантографы, если нужен только один активный проводник, так что это обычно имеет постоянный ток, и многие двигатели поездов работают на постоянном токе. Однако из-за недостатков постоянного тока для высокой мощности, более современные поезда преобразуют постоянный ток в переменный, а затем запускают трехфазные двигатели. Однофазные асинхронные двигатели имеют проблемы для приложений, объединяющих высокая мощность и гибкие условия нагрузки. Проблема заключается в производстве вращающееся поле. Конденсатор можно использовать, чтобы поместить ток в один набор катушки впереди, но высокая стоимость, высоковольтные конденсаторы дороги. Затененный вместо них используются полюса, но при некоторых углах крутящий момент невелик. Если человек не может создают плавно вращающееся поле, и если груз «проскальзывает» далеко за поле, то крутящий момент падает или даже меняется на противоположное. В электроинструментах и ​​некоторых бытовых приборах используются щеточные двигатели переменного тока. Кисти представляют потери (плюс искрение и образование озона). Полярность статора изменена 100 раз в секунду. Даже если материал сердечника выбран для минимизации гистерезиса потери («железные потери»), это способствует неэффективности и возможности перегрева. Эти моторы можно назвать «универсальными». двигатели, потому что они могут работать на постоянном токе. Это решение дешевое, но грубое и неэффективно. Для приложений с относительно низким энергопотреблением, таких как электроинструменты, неэффективность обычно не имеет экономического значения. Если доступен только однофазный переменный ток, можно выпрямить переменный ток и использовать Двигатель постоянного тока. Раньше сильноточные выпрямители были дорогими, но сейчас менее дорогие и более широко используемые. Если вы уверены, что понимаете принципы, пришло время перейти к Как настоящие электродвигатели работы Джона Стори. Или же продолжить здесь, чтобы найти про громкоговорители и трансформаторы. Громкоговорители Громкоговоритель представляет собой линейный двигатель с небольшим диапазоном. Он имеет одно движение катушка, которая постоянно, но гибко подключена к источнику напряжения, поэтому нет кистей. катушка движется в поле постоянного магнита, который обычно имеет форму для создания максимальной силы на катушке. Подвижная катушка не имеет сердечника, поэтому его масса мала, и его можно быстро разогнать, что позволяет частотное движение. В громкоговорителе катушка прикреплена к легкому грузу. бумажный конус, который поддерживается на внутреннем и внешнем краях круглыми, гофрированные бумажные «пружины». На фотографии ниже динамик находится за пределами нормальный верхний предел его перемещения, поэтому катушка видна над магнитные полюса. Для низкочастотного звука с большой длиной волны нужны большие конусы. Показанный ниже динамик имеет диаметр 380 мм. Динамики, предназначенные для низкие частоты называются вуферами. Они имеют большую массу и поэтому трудно быстро ускориться для высокочастотных звуков. На фотографии ниже часть вырезана, чтобы показать внутренние компоненты. ВЧ-динамики — громкоговорители, предназначенные для высоких частот — могут быть просто динамики аналогичной конструкции, но с небольшими диффузорами и катушками малой массы. В качестве альтернативы они могут использовать пьезоэлектрические кристаллы для перемещения конуса. Динамики представляют собой линейные двигатели со скромным диапазоном — возможно, десятки мм. Подобные линейные двигатели, хотя, конечно, без бумажного конуса, часто используется для радиального перемещения считывающей и записывающей головок на дисководе. Громкоговорители в качестве микрофонов На картинке выше вы можете видеть, что картонная диафрагма (диффузор громкоговорителя) соединена с катушкой провода в магнитном поле. Если звуковая волна перемещает диафрагму, катушка будет двигаться в поле, генерируя напряжение. Это принцип динамического микрофона, хотя в большинстве микрофонов диафрагма гораздо меньше, чем диффузор громкоговорителя. Итак, громкоговоритель должен работать как микрофон. Это хороший проект: все, что вам нужно, это громкоговоритель и два провода, чтобы подключить его к входу осциллографа или микрофонному входу вашего компьютера. Два вопроса: как вы думаете, что масса конуса и катушки повлияет на частотную характеристику? Как насчет длины волны звуков, которые вы используете? Внимание: настоящие моторы сложнее Эскизы двигателей были схематичными, чтобы показать принципы. Пожалуйста, не сердитесь, если, когда вы разбираете двигатель, он выглядит более сложный! (Смотри как работают настоящие электродвигатели. ) Например, типичный двигатель постоянного тока вероятно, будет иметь много отдельно намотанных катушек для создания более плавного крутящего момента: всегда есть одна катушка, для которой синусоидальный член близок к единице. Это показано ниже для двигателя с обмоткой статора (вверху) и постоянные статоры (ниже). Трансформаторы На фотографии изображен трансформатор, предназначенный для демонстрационных целей: первичная и вторичная катушки четко разделены и могут быть удалены и заменяется подъемом верхней секции сердечника. Для наших целей обратите внимание что в левой катушке меньше витков, чем в правой (вставки показать крупный план). На схеме и схеме показан повышающий трансформатор. Чтобы сделать понижающий трансформатор, нужно только поставить источник справа, а нагрузку слева. ( Важно примечание по технике безопасности : для настоящего трансформатора вы можете «подключить его только задом наперёд». только после проверки соответствия номинального напряжения.) Итак, как трансформатор работает? Сердечник (заштрихован) обладает высокой магнитной проницаемостью, т.е. материал, образующий магнитное поле гораздо легче, чем свободное пространство, из-за ориентации атомных диполей. (На фотографии сердечник — ламинированное мягкое железо.) В результате поле концентрируется внутри ядра и почти никакие силовые линии не выходят из ядра. Если следует, что магнитные потоки φ через первичный и вторичный примерно равны, как показано. От Фарадея закона, ЭДС в каждом витке, будь то в первичной или вторичной обмотке, равна −dφ/dt. Если пренебречь сопротивлением и другими потерями в трансформаторе, вывод напряжение равно ЭДС. Для N р витков первички, это дает V p = − N p .dφ/dt . Для N s витков вторичной обмотки это дает V с = − N с . φ/dt Разделив эти уравнения, мы получим уравнение трансформатора . V s /V p = N s /N p = r. где r — коэффициент поворота. Что с текущим? Если пренебречь потерями в трансформатора (см. раздел об эффективности ниже), и если мы предположим, что напряжение и ток имеют одинаковые фазовые соотношения в первичной и вторично, то из закона сохранения энергии мы можем написать в стационарном состоянии: Так что ничего даром не получишь: повышаешь напряжение — уменьшаешь ток (как минимум) на тот же коэффициент. Обратите внимание, что на фотографии катушка с большим количеством витков имеет более тонкий провод, потому что она рассчитана на меньшее количество витков. ток, чем тот, с меньшим количеством витков. В некоторых случаях целью упражнения является уменьшение силы тока. В силе линиях электропередач, например, мощность, теряемая при нагреве проводов из-за к их ненулевому сопротивлению пропорционально квадрату тока. Таким образом, при передаче электроэнергии от электростанции экономится много энергии. в город на очень высоком напряжении, так что токи только скромные. Наконец, и снова предполагая, что трансформатор идеален, давайте спросим, ​​что резистор во вторичной цепи «похож» на первичную цепь. В первичном контуре: R/r 2 называется отраженным сопротивлением . при условии, что частота не слишком высока, и при условии наличия сопротивления нагрузки (условия обычно встречается в практических трансформаторах), индуктивное сопротивление первичной намного меньше, чем это отраженное сопротивление, поэтому первичная цепь ведет себя как если бы источник управлял резистором со значением R/r 2 . Эффективность трансформаторов На практике настоящие трансформаторы имеют КПД менее 100%. Во-первых, в катушках имеются резистивные потери (мощность потерь I 2 .r). Для данного материала сопротивление катушек можно уменьшить, сделав их сечение велико. Удельное сопротивление также можно уменьшить, используя медь высокой чистоты. (См. дрейф скорость и закон Ома.) Во-вторых, в сердечнике есть потери на вихревые токи. Это может быть уменьшается за счет ламинирования сердцевины. Ламинирование уменьшает площадь контуров в сердечнике, а так уменьшить ЭДС Фарадея, а так ток протекающий в ядре, и поэтому энергия при этом теряется. В-третьих, в сердечнике есть гистерезисные потери. намагниченность и кривые размагничивания для магнитных материалов часто немного отличаются (гистерезис или зависимость от истории), а это означает, что энергия, необходимая намагнитить сердечник (пока ток растет) не совсем восстанавливается при размагничивании. Разница в энергии теряется в виде тепла в ядре. Наконец, геометрический дизайн, а также материал сердцевины могут быть оптимизирована для обеспечения того, чтобы магнитный поток в каждой катушке вторичной обмотки примерно такой же, как и в каждой обмотке первичной обмотки. Подробнее о трансформаторах: генераторы переменного и постоянного тока Трансформаторы работают только от переменного тока, что является одним из больших преимуществ переменного тока. Трансформеры позволяют снизить напряжение 240 В до удобного уровня для цифровой электроники (всего несколько вольт) или для других маломощных приложений (обычно 12 В). Трансформеры повышайте напряжение для передачи, как упоминалось выше, и понижайте для безопасного распределение. Без трансформаторов потери электроэнергии в распределении сети, и без того высокие, были бы огромными. Возможно преобразование напряжения на постоянном токе, но сложнее, чем на переменном токе. Кроме того, такие преобразования часто неэффективно и/или дорого. Преимущество переменного тока в том, что его можно использовать на двигателях переменного тока, которые обычно предпочтительнее двигателей постоянного тока для приложений с высокой мощностью. Другие ресурсы от нас Как настоящие электродвигатели работы Джона Стори. На этом сайте много фотографий реальных моторов и обсуждение их сложностей, преимуществ и недостатки. Physclips – волны и звук. Это наш новый проект, который начинается с главы о колебаниях. Электричество и магнетизм в теории относительности Эйнштейна Часто задаваемые вопросы для средней школы физика. Первоначально созданный для учителей и учащихся, использующих New Программа Южного Уэльса. Доска вопросов и ответов для задачи по физике в средней школе. Первоначально созданный для учителей и студенты, использующие программу Нового Южного Уэльса. Главная площадка кондиционера. RC фильтры, интеграторы и дифференциаторы. ЖК-резонанс. Мощность в цепях переменного тока, среднеквадратичные значения. Ссылка на Джо образовательные страницы. Некоторые внешние ссылки на веб-ресурсы по двигателям и генераторам Гиперфизика: Электродвигатели с сайта HyperPhysics в штате Джорджия. Отлично сайт габаритный, а моторная секция идеально подходит для этой цели. Хороший использование веб-графики. Использует двигатели постоянного, переменного и асинхронного тока и имеет обширный ссылки Громкоговорители.. Еще больше полезного от Гиперфизики штата Джорджия. Хорошая графика, хорошие пояснения и ссылки. Этот громкоговоритель сайт также включает вложения. http://members.tripod.com/simplemotor/rsmotor.htm А сайт с описанием двигателя, построенного студентами. Ссылки на другие двигатели, построенные компанией тот же студент и ссылки тоже на сайты про моторы. http://www.specamotor.com А сайт, который сортирует двигатели от различных производителей в соответствии со спецификациями, введенными пользователем. В чем разница между наличием постоянных магнитов и наличие электромагнитов в двигателе постоянного тока? Делает ли это его более эффективным или более могущественный? Или просто дешевле? Когда я получил этот вопрос на Высшем Школьная доска объявлений по физике, я отправил ее Джону Стори, который, будучи выдающимся астрономом, является строителем. электромобилей. Вот его ответ: В целом, для небольшого двигателя намного дешевле использовать постоянные магниты. Материалы для постоянных магнитов продолжают совершенствоваться и стали настолько недорогими что даже правительство иногда будет присылать вам бессмысленные магниты на холодильник через пост. Постоянные магниты также более эффективны, потому что тратится на создание магнитного поля. Так зачем вообще использовать раневое поле Двигатель постоянного тока? Вот несколько причин: Если вы собираете действительно большой двигатель, вам нужен очень большой магнит и в какой-то момент раневое поле может подешеветь, особенно если очень сильное магнитное поле необходимо для создания большого крутящего момента. Имейте это в виду если вы проектируете поезд. По этой причине большинство автомобилей имеют стартеры. которые используют раневое поле (хотя в некоторых современных автомобилях сейчас используется постоянное магнитные двигатели). С постоянным магнитом магнитное поле имеет фиксированное значение (это что значит «постоянный»!) Напомним, что крутящий момент, создаваемый двигателем заданная геометрия равна произведению тока через якорь и напряженность магнитного поля. С двигателем с раневым полем у вас есть возможность изменения тока через поле и, следовательно, изменение характеристики двигателя. Это открывает ряд интересных возможностей; Вы включаете обмотку возбуждения последовательно с якорем, параллельно, или кормить его из отдельно контролируемого источника? Пока достаточно крутящий момент для преодоления нагрузки на двигатель, внутреннего трения и т. д., чем слабее магнитное поле, тем *быстрее* будет вращаться двигатель (при фиксированном Напряжение). Сначала это может показаться странным, но это правда! Итак, если вы хотите двигатель, который может создавать большой крутящий момент в состоянии покоя, но при этом вращаться до высоких скорости, когда нагрузка низкая (как продвигается этот дизайн поезда?), возможно, поле раны является ответом. Если вы хотите, чтобы ваш двигатель мог работать как от переменного, так и от постоянного тока (так называемый «универсальный» двигатель), магнитное поле должно менять свою полярность каждые полпериода Мощность переменного тока, чтобы крутящий момент на роторе всегда был в одном направлении. Очевидно, вам нужен двигатель раневого поля, чтобы добиться этого трюка. Мнения, выраженные в этих заметках, принадлежат мне и не обязательно отражают политика Университета Нового Южного Уэльса или Школы физики. анимация была сделана Джорджем Хацидимитрис. Джо Вулф / [email protected]/ 61-2-9385 4954 (UT +10, +11 окт-март)

Асинхронный генератор в качестве ветрового генератора

Асинхронный генератор в качестве ветрового генератора при его конкретном применении. Но так же как и Синхронный Генератор

, который мы рассмотрели в предыдущем уроке, есть еще один, более популярный тип трехфазной вращательной машины, которую мы можем использовать в качестве генератора ветряной турбины, называемый индукционным генератором .

Как синхронный генератор, так и асинхронный генератор имеют аналогичную фиксированную схему обмотки статора, которая при возбуждении вращающимся магнитным полем создает трехфазное (или однофазное) выходное напряжение.

Однако роторы двух машин сильно различаются: ротор асинхронного генератора обычно состоит из одного из двух типов устройства: «беличьей клетки» или «намотанного ротора».

Однофазный асинхронный генератор

Асинхронный генератор Конструкция основана на очень распространенном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, поскольку они дешевы, надежны и легко доступны в широком диапазоне электрических размеров от машин с дробной мощностью до нескольких — мегаваттные мощности, что делает их идеальными для использования как в домашних, так и в коммерческих возобновляемых источниках энергии ветра.

Кроме того, в отличие от предыдущего синхронного генератора, который должен быть «синхронизирован» с электрической сетью, прежде чем он сможет генерировать электроэнергию. Асинхронный генератор может быть подключен непосредственно к коммунальной сети и приводиться в действие лопастями ротора ветряной турбины при переменных скоростях ветра, как только он будет запущен из состояния покоя.

В целях экономии и надежности во многих ветряных турбинах в качестве генератора используются асинхронные двигатели, которые приводятся в действие через механическую коробку передач для увеличения скорости вращения, производительности и эффективности. Однако асинхронным генераторам требуется реактивная мощность, обычно обеспечиваемая шунтирующими конденсаторами в отдельных ветряных турбинах.

Асинхронные машины также известны как Асинхронные машины , то есть они вращаются со скоростью ниже синхронной при использовании в качестве двигателя и выше синхронной скорости при использовании в качестве генератора. Таким образом, при вращении быстрее, чем его нормальная рабочая скорость или скорость холостого хода, асинхронный генератор вырабатывает электричество переменного тока. Поскольку асинхронный генератор напрямую синхронизируется с основной сетью, то есть вырабатывает электроэнергию с той же частотой и напряжением, выпрямители или инверторы не требуются.

Однако асинхронный генератор может подавать необходимую мощность непосредственно в сеть общего пользования, но ему также требуется реактивная мощность для его питания, которая обеспечивается сетью общего пользования. Автономная (автономная) работа асинхронного генератора также возможна, но недостатком здесь является то, что генератор требует дополнительных конденсаторов, подключенных к его обмоткам для самовозбуждения.

Трехфазные индукционные машины очень хорошо подходят для ветроэнергетики и даже гидроэнергетики. Асинхронные машины при работе в качестве генераторов имеют неподвижный статор и вращающийся ротор, как и у синхронного генератора. Однако возбуждение (создание магнитного поля) ротора осуществляется по-другому, и типичной конструкцией ротора является конструкция с короткозамкнутым ротором, в которой проводящие стержни встроены в корпус ротора и соединены между собой на своих концах закорачивающими кольцами, как показано на рисунке. .

Конструкция асинхронного генератора

Как уже упоминалось в начале, одним из многих преимуществ асинхронной машины является то, что ее можно использовать в качестве генератора без каких-либо дополнительных схем, таких как возбудитель или регулятор напряжения, когда она подключена к трехпроводной сети. -фазное питание от сети. При подключении неработающего асинхронного генератора к сети переменного тока в обмотке ротора индуцируется напряжение, аналогично трансформатору, частота которого равна частоте приложенного напряжения.

Уже в продаже

Трехфазный индукционный генератор с автовозбуждением:…

Поскольку проводящие стержни ротора с короткозамкнутым ротором замыкаются друг на друга, вокруг них протекает большой ток, и внутри ротора создается магнитное поле, заставляющее машину вращаться.

Поскольку магнитное поле клетки ротора следует за магнитным полем статора, ротор разгоняется до синхронной скорости, заданной частотой сетевого питания. Чем быстрее вращается ротор, тем ниже результирующая относительная разница скоростей между клеткой ротора и вращающимся полем статора и, следовательно, напряжение, индуцируемое в его обмотке.

По мере приближения ротора к синхронной скорости он замедляется, так как ослабление магнитного поля ротора недостаточно для преодоления потерь на трение ротора в режиме холостого хода. В результате ротор теперь вращается медленнее, чем синхронная скорость. Это означает, что асинхронная машина никогда не сможет достичь своей синхронной скорости, так как для ее достижения не будет индуцированного тока в беличьей клетке ротора, не будет магнитного поля и, следовательно, не будет крутящего момента.

Разница между скоростью вращения статора, вращающего магнитное поле, и фактической скоростью вращения ротора обычно называется в асинхронных машинах «скольжением».

Проскальзывание должно существовать, чтобы на валу ротора возникал крутящий момент. Другими словами, «скольжение», которое является описательным способом объяснить, как ротор постоянно «проскальзывает» из-за синхронизации, представляет собой разницу в скорости между синхронной скоростью статора, определяемую как: n _с = ƒ/P в об/мин, а фактическая скорость роторов n _R также в об/мин и выражается в процентах (%-скольжение).

Тогда дробное скольжение s асинхронной машины определяется как:  

Это скольжение означает, что работа асинхронных генераторов, таким образом, является «асинхронной» (несинхронизированной), и чем тяжелее нагрузка, приложенная к асинхронному генератору, тем выше результирующее скольжение, так как более высокие нагрузки требуют более сильных магнитных полей. Большее скольжение связано с большим наведенным напряжением, большим током и более сильным магнитным полем.

Таким образом, для того, чтобы асинхронная машина работала как двигатель, ее рабочая скорость всегда будет меньше скорости вращения поля статора, а именно, синхронной скорости. Чтобы асинхронная машина работала как генератор, ее рабочая скорость должна быть выше номинальной синхронной скорости, как показано на рисунке.

Характеристики крутящего момента/скорости асинхронной машины

В состоянии покоя вращающееся магнитное поле статора имеет одинаковую скорость вращения по отношению как к статору, так и к ротору, поскольку частота токов ротора и статора одинакова, поэтому в состоянии покоя скольжение положительно и равно единице ( s = +1 ).

При точно синхронной скорости разница между скоростью вращения и частотой ротора и статора будет равна нулю, поэтому при синхронной скорости электрическая энергия не потребляется и не вырабатывается, и поэтому скольжение двигателя равно нулю ( s = 0 ).

Если скорость генератора превышает эту синхронную скорость с помощью внешних средств, результирующим эффектом будет то, что ротор будет вращаться быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора, а полярность индуцированного ротором напряжения и тока изменится на противоположную.

В результате скольжение становится отрицательным ( s = -1 ), и асинхронная машина вырабатывает ток с опережающим коэффициентом мощности обратно в электросеть. Мощность, передаваемая в виде электромагнитной силы от ротора к статору, может быть увеличена простым вращением ротора быстрее, что приведет к увеличению количества вырабатываемой электроэнергии. Характеристики крутящего момента асинхронного генератора (s = от 0 до -1) являются отражением характеристик асинхронного двигателя (s = от +1 до 0), как показано.

Скорость асинхронного генератора будет изменяться в зависимости от силы вращения (момент или крутящий момент), приложенной к нему энергией ветра, но он будет продолжать генерировать электричество до тех пор, пока его скорость вращения не упадет ниже холостого хода. На практике разница между скоростью вращения при пиковой генерирующей мощности и на холостом ходу (синхронная скорость) очень мала, всего несколько процентов от максимальной синхронной скорости.

Например, 4-полюсный генератор с синхронной частотой вращения холостого хода 1500 об/мин, подключенный к коммунальной сети с током 50 Гц, может производить свою максимальную генерируемую мощность при вращении только на 1-5% выше (от 1515 до 1575 об/мин), легко достигается с помощью редуктора.

Это очень полезное механическое свойство, заключающееся в том, что генератор будет немного увеличивать или уменьшать свою скорость при изменении крутящего момента. Это означает, что редуктор будет меньше изнашиваться, что приведет к низким затратам на техническое обслуживание и длительному сроку службы, и это одна из наиболее важных причин использования асинхронного генератора , а не синхронного генератора на ветровой турбине, которая напрямую подключена. к коммунальной электросети.

Автономная индукционная машина

Выше мы видели, что асинхронный генератор требует, чтобы статор был намагничен от сети, прежде чем он сможет генерировать электричество. Но вы также можете запустить асинхронный генератор в автономной автономной системе, подав необходимый противофазный ток возбуждения или намагничивания от конденсаторов возбуждения, подключенных к клеммам статора машины.

Это также требует наличия остаточного магнетизма в металлических пластинах ротора при запуске турбины. Типичная схема трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором для использования вне сети показана ниже. Конденсаторы возбуждения показаны в схеме соединения звездой (звездой), но также могут быть соединены треугольником (треугольником).

Конденсаторный пусковой индукционный генератор

Конденсаторы возбуждения представляют собой стандартные пусковые конденсаторы двигателей, которые используются для обеспечения необходимой реактивной мощности для возбуждения, которая в противном случае снабжалась бы коммунальной сетью. Асинхронный генератор будет самовозбуждаться с помощью этих внешних конденсаторов только в том случае, если ротор имеет достаточный остаточный магнетизм.

В режиме самовозбуждения на выходную частоту и напряжение генератора влияют частота вращения, нагрузка на турбину и значение емкости конденсаторов в фарадах. Затем, чтобы произошло самовозбуждение генератора, должна быть минимальная скорость вращения для значения емкости, используемой в обмотках статора.

«Асинхронный генератор с самовозбуждением» (SEIG) является хорошим кандидатом для приложений по выработке электроэнергии с использованием энергии ветра, особенно при переменной скорости ветра и в отдаленных районах, поскольку им не требуется внешний источник питания для создания магнитного поля. Трехфазный асинхронный генератор можно преобразовать в однофазный асинхронный генератор с регулируемой скоростью, подключив два конденсатора возбуждения к трехфазным обмоткам. Одно значение емкости C на одной фазе, а другое значение 2C на другой фазе, как показано на рисунке.

Однофазный выход трехфазного индукционного генератора

Благодаря этому генератор будет работать более плавно, приближаясь к единице (100%) коэффициента мощности (PF). В однофазном режиме можно получить почти трехфазный КПД, обеспечивающий примерно 80% максимальной мощности машины. Однако необходимо соблюдать осторожность при преобразовании трехфазного питания в однофазное, так как выходное линейное напряжение одной фазы будет в два раза больше, чем номинальное значение обмотки.

Асинхронные генераторы хорошо работают с однофазными или трехфазными системами, подключенными к сети, или в качестве автономных генераторов с самовозбуждением для небольших ветроэнергетических установок, допускающих работу с переменной скоростью. Однако асинхронным генераторам требуется реактивное возбуждение для работы на полной мощности, поэтому они идеально подходят для подключения к коммунальной сети как части связанной с сетью ветроэнергетической системы.

Чтобы узнать больше об «Асинхронных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных доступных системах генерации ветряных турбин, или изучить преимущества и недостатки использования асинхронных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенной к сети, щелкните здесь, чтобы Получите копию одной из лучших книг по трехфазным индукционным генераторам с самовозбуждением прямо сегодня на Amazon.

Grizzly Industrial G2532 — Мощный двигатель 1 л.с.

Уже в продаже

SAMSUNG DC31-00055D ИНДУКЦИОННЫЙ СУХОЙ ДВИГАТЕЛЬ OEM…

Teco DSP0014, 1 л.с., 1800 об/мин, ODP, 56 рам,…

Teco GP0014, 1 л.с., 1800 об/мин, TEFC, рама 143T,…

Как перемонтировать электродвигатель для выработки переменного тока

••• Smoczyslaw/iStock/GettyImages

Обновлено 17 апреля 2018 г.

Автор Michael Логан

Вы можете использовать практически любой двигатель для выработки электрического тока, если он правильно подключен и вы следуете определенным правилам его использования. Современные асинхронные двигатели переменного тока довольно просто подключить в качестве генераторов переменного тока, и большинство из них начнет генерировать электричество при первом использовании. В этих двигателях не используются магниты, а генератор полагается на остаточный магнетизм для выработки тока. Из-за этого некоторым асинхронным двигателям, используемым в качестве генераторов, может потребоваться небольшой импульс от батареи, чтобы начать генерировать ток.

Вещи, которые вам понадобятся

• Однофазный асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, 125 В, 1 л.с. клеммы
• Конденсатор 370 В, 200 мкФ
• Отвертка
• Розетка переменного тока 125 В
• Коробка проводки розетки
• Мультиметр
• 12 В фонарная батарея
630047 Проверьте металлическую табличку двигателя на наличие напряжения, фазы, тока полной нагрузки и скорости. Ток полной нагрузки — это максимальная сила тока, которую вы можете ожидать от генератора. Номинальное напряжение представляет собой приблизительное напряжение, которое он генерирует. Вы должны вращать мотор-генератор на 5-10 процентов выше его номинальной рабочей скорости, чтобы вырабатывать электричество. Этот мотор-генератор является однофазным устройством.

Отрежьте четыре куска провода длиной примерно 2 фута, используя кусачки на инструменте для зачистки проводов. Зачистите 1/2 дюйма изоляции с каждого конца всех четырех проводов.

Вставьте конец провода в обжим на лепестковой клемме и обожмите провод на месте с помощью обжимного инструмента на инструменте для зачистки проводов. Повторите это для второго провода. Вставьте лепестковые разъемы в клеммы конденсатора.

Ослабьте по одной клемме с каждой стороны розетки с помощью отвертки. Слегка скрутите многожильный провод на одном конце каждого из оставшихся проводов и оберните по одному вокруг каждой клеммы по часовой стрелке. Затяните клеммные винты отверткой. Выведите провода через заднее кабельное отверстие в клеммной коробке. Прикрепите розетку к коробке с помощью прилагаемых винтов.

Держите один конец провода от конденсатора и один конец провода от розетки вместе с одним концом провода двигателя. Наденьте проволочную гайку на три провода и закрутите ее по часовой стрелке, пока она не затянется. Повторите это для оставшихся проводов конденсатора, двигателя и розетки.

Проверка мощности

Запустите двигатель-генератор любым способом, который вы выбрали, например, бензиновым двигателем. Мотор-генератор должен вращаться на 5-10 процентов выше номинальной скорости. Дайте мотор-генератору поработать от 1 до 2 минут.

Настройте мультиметр на проверку 250 вольт переменного тока. Держите измерительные щупы мультиметра за изолированные рукоятки и вставьте щуп в два гнезда гнезда. Напряжение мультиметра должно составлять от 110 до 135 вольт.

Вставьте лампу в розетку и включите свет. Лампочка должна загореться, если мультиметр показал правильный диапазон напряжения.

Нет электричества

Дайте мотор-генератору полностью остановиться для устранения неполадок, если он не генерирует ток. Разрядите конденсатор, коснувшись одной клеммы отверткой, а затем другой, сохраняя контакт с первой клеммой.

Отсоедините провода конденсатора и прикоснитесь каждым проводом к клеммам 12-вольтовой батареи на 5–10 секунд. Замените клеммы на конденсаторе.

Снова запустите двигатель-генератор и выполните процедуру проверки наличия электрического тока. Если двигатель по-прежнему не вырабатывает ток, возможно, у него повреждена обмотка или не работает конденсатор.

• Минимальный размер конденсатора около 200 мкФ для двигателя мощностью 1 л.с. Соедините два конденсатора последовательно, чтобы сложить их значения — соедините одну клемму одного конденсатора с одной клеммой другого. Затем подключите две оставшиеся клеммы к двигателю, как указано. Несколько конденсаторов могут быть подключены таким образом, чтобы добавить их емкость для получения необходимого значения.

  Мотор-генератор не будет генерировать электричество, если он запущен под нагрузкой. Перед запуском генератора отключите все электрические нагрузки.

  Не выключайте генератор без предварительного отключения нагрузки, иначе двигатель будет размагничен и его придется «прошить», как показано в разделе «Нет электричества».

  По мере увеличения электрической нагрузки напряжение падает. Проведите несколько экспериментов с нагрузками, чтобы определить, когда напряжение достигает уровня отключения около 105 вольт.

Предупреждения

• Описанный мотор-генератор способен генерировать смертельные токи. Всегда выключайте двигатель, отключайте его источник питания и разряжайте конденсатор перед работой с цепью.

  Обеспечьте надежное крепление для всех компонентов, включая двигатель-генератор, конденсатор и коробку электропроводки. Надежно проложите всю проводку.

  Мотор-генератор перестанет производить электричество, если он перегружен или используется для запуска двигателя аналогичного размера. Асинхронные двигатели-генераторы могут запускать двигатели только мощностью от 1/5 до 1/10 от их собственной номинальной мощности.

Связанные статьи

Список литературы

• Университет Чикаго: Основы на производстве электроэнергии и электричества
• Стэнфордский университет: Полифазный моторный генератор

Совет

• . двигатель лошадиных сил. Соедините два конденсатора последовательно, чтобы сложить их значения — соедините одну клемму одного конденсатора с одной клеммой другого. Затем подключите две оставшиеся клеммы к двигателю, как указано. Несколько конденсаторов могут быть подключены таким образом, чтобы добавить их емкость для получения необходимого значения.
• Двигатель/генератор не будет генерировать электричество, если он запущен под нагрузкой. Перед запуском генератора отключите все электрические нагрузки.
• Не выключайте генератор без предварительного отключения нагрузки, иначе двигатель будет размагничен и его придется «прошить», как показано в разделе «Нет электричества».
• По мере увеличения электрической нагрузки напряжение падает. Следует провести некоторые эксперименты с нагрузками, чтобы определить, когда напряжение достигает уровня понижения напряжения около 105 вольт.

Предупреждения

• Описанный здесь двигатель/генератор способен генерировать смертельные токи. Всегда выключайте двигатель и разряжайте конденсатор перед работой со схемой.
• Обеспечьте надежное крепление для всех компонентов, включая двигатель/генератор, конденсатор и монтажную коробку. Надежно проложите всю проводку.
• Двигатель/генератор перестанет производить электричество, если он перегружен или используется для запуска двигателя аналогичной мощности. Асинхронные двигатели/генераторы могут запускать только двигатели мощностью от 1/5 до 1/10 от их собственной номинальной мощности.

Об авторе

Майкл Логан — писатель, редактор и дизайнер веб-страниц. Его профессиональный опыт включает электротехническое, компьютерное и тестовое проектирование, инвестиции в недвижимость, сетевое проектирование и управление, программирование и ремоделирование компании. Логан профессионально пишет с тех пор, как в 1989 году он впервые был опубликован в журнале Test & Measurement World.

Методы управления скоростью асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель практически является двигателем с постоянной скоростью, это означает, что для всего диапазона нагрузки изменение скорости двигателя довольно мало. Скорость шунтирующего двигателя постоянного тока можно очень легко изменять с хорошим КПД, но в случае асинхронных двигателей снижение скорости сопровождается соответствующей потерей эффективности и плохим коэффициентом мощности. Поскольку асинхронные двигатели широко используются, их регулирование скорости может потребоваться во многих приложениях. Ниже описаны различные методы управления скоростью асинхронного двигателя .

Регулятор скорости асинхронного двигателя со стороны статора

1. Путем изменения приложенного напряжения:

Из уравнения крутящего момента асинхронного двигателя,

Сопротивление ротора R ₂ является постоянным и если скольжение s мало, то (sX ₂ ) ² настолько мало, что им можно пренебречь. Следовательно, T ∝ sE ₂ ² , где E ₂ — ЭДС ротора, а E ₂ ∝ В
Таким образом, T ∝ sV ² , а значит, при уменьшении подаваемого напряжения развиваемый момент уменьшается. Следовательно, для обеспечения одного и того же момента нагрузки скольжение увеличивается с уменьшением напряжения и, следовательно, скорость уменьшается. Этот способ является самым простым и дешевым, но до сих пор применяется редко, т. к. для относительно небольшого изменения скорости требуется большое изменение напряжения питания.

• большое изменение напряжения питания приведет к большому изменению плотности потока, следовательно, это нарушит магнитные условия двигателя.

2. При изменении приложенной частоты

Синхронная скорость вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя определяется выражением

где, f = частота питания и P = количество полюсов статора.
Следовательно, синхронная скорость изменяется при изменении частоты питания. Фактическая скорость асинхронного двигателя определяется как N = Ns (1 — s) . Однако этот метод не получил широкого распространения. Его можно использовать там, где асинхронный двигатель питается от специального генератора (так что частоту можно легко изменять, изменяя скорость первичного двигателя). Кроме того, при более низкой частоте ток двигателя может стать слишком большим из-за уменьшения реактивного сопротивления. И если частота увеличивается сверх номинального значения, максимальный развиваемый крутящий момент падает, а скорость увеличивается.

3. Постоянное управление напряжением/частотой асинхронного двигателя

Это наиболее популярный метод управления скоростью асинхронного двигателя. Как и в описанном выше методе, если частота питания снижается при сохранении номинального напряжения питания, поток в воздушном зазоре будет стремиться к насыщению. Это вызовет чрезмерный ток статора и искажение волны потока статора. Следовательно, напряжение статора также должно быть уменьшено пропорционально частоте, чтобы поддерживать постоянный поток в воздушном зазоре. Величина потока статора пропорциональна соотношению напряжения статора и частоты. Следовательно, если отношение напряжения к частоте поддерживается постоянным, поток остается постоянным. Кроме того, при сохранении постоянной V/F развиваемый крутящий момент остается примерно постоянным. Этот метод дает более высокую эффективность во время выполнения. Поэтому в большинстве приводов переменного тока для управления скоростью используется метод постоянного напряжения/частоты (или метод переменного напряжения и переменной частоты). Наряду с широким диапазоном регулирования скорости этот метод также предлагает возможность «мягкого пуска».

4. Изменение количества полюсов статора

Из приведенного выше уравнения синхронной скорости видно, что синхронную скорость (и, следовательно, рабочую скорость) можно изменить, изменив количество полюсов статора. Этот метод обычно используется для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, поскольку ротор с короткозамкнутым ротором адаптируется к любому количеству полюсов статора. Смена полюсов статора достигается за счет наматывания двух или более независимых статорных обмоток на разное число полюсов в одних и тех же пазах.
Например, статор намотан двумя трехфазными обмотками, одна на 4 полюса, а другая на 6 полюсов.
для частоты питания 50 Гц
i) синхронная скорость при подключении 4-полюсной обмотки, Ns = 120*50/4 = 1500 об/мин
ii) синхронная скорость при подключении 6-полюсной обмотки, Ns = 120*50/6 = 1000 об/мин

Регулятор скорости со стороны ротора:

1. Управление реостатом ротора

Этот метод подобен способу управления якорным реостатом шунтового двигателя постоянного тока. Но этот метод применим только к двигателям с контактными кольцами, так как добавление внешнего сопротивления в ротор двигателей с короткозамкнутым ротором невозможно.

2. Каскадный режим

В этом методе управления скоростью используются два двигателя. Оба установлены на одном валу, поэтому оба работают с одинаковой скоростью. Один двигатель питается от трехфазного источника питания, а другой двигатель питается от ЭДС индукции в первом двигателе через токосъемные кольца. Расположение показано на следующем рисунке.

Двигатель А называется основным, а двигатель В – вспомогательным.
Пусть, N _с1 = частота двигателя A
       N _с2 = частота двигателя B
       P ₁ = количество полюсов статора двигателя A
       P ₂ = количество полюсов статора двигателя B
       N = скорость набора и одинаковая для обоих двигателей
        Теперь f = частота питания
       двигателя A, S ₁ = (N _с1 — N) / N _с1 .
частота ЭДС ротора в двигателе А,   f ₁ = S ₁ f
Теперь на вспомогательный двигатель B подается ЭДС ротора

поэтому, N _s2 = (120f ₁ ) / P ₂   =  (120S ₁ f) / P ₂ .

Теперь подставляем значение S ₁ = (N _s1 — N) / N _s1


На холостом ходу скорость вспомогательного ротора почти равна его синхронной скорости.
т.е. N = N _s2 .
из приведенных выше уравнений можно получить, что

С помощью этого метода можно получить четыре различных скорости
1. когда работает только двигатель А, соответствующая скорость = .Ns1 = 120f / P ₁
2. когда работает только двигатель B, соответствующая скорость = Ns2 = 120f / P ₂
3. если выполняется накопительное каскадирование, скорость установки = N = 120f / (P ₁ + P ₂ )
4. если выполнено дифференциальное каскадирование, скорость установки = N = 120f (P ₁ — P ₂ )

3. Вводом ЭДС в цепь ротора

В этом методе скорость асинхронного двигателя регулируется путем подачи напряжения в цепь ротора. Необходимо, чтобы подаваемое напряжение (ЭДС) имело ту же частоту, что и частота скольжения. Однако ограничений на фазу инжектируемой ЭДС нет. Если мы введем ЭДС, которая находится в противофазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора будет увеличено. Если мы введем ЭДС, которая находится в фазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора уменьшится. Таким образом, изменяя фазу инжектируемой ЭДС, можно управлять скоростью. Основное преимущество этого метода заключается в том, что может быть достигнут широкий диапазон регулирования скорости (как выше нормы, так и ниже нормы). ЭДС может вводиться различными методами, такими как система Крамера, система Шербиуса и т. д.

Онлайн-курсы PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экологические курсы или курсы по энергосбережению

.»

 

 

Рассел Бейли, ЧП

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня нескольким новым вещам, кроме того

познакомив меня с новыми источниками

информации.»

 

Стивен Дедак, ЧП

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они

очень быстро отвечали на вопросы.

Это было на высшем уровне. Буду использовать

снова. Спасибо».

Блэр Хейуорд, P.E.0047 «Веб-сайт прост в использовании. Хорошо организован. Я действительно буду пользоваться вашими услугами снова.

Я передам название вашей компании

другим сотрудникам.»

 

Рой Пфлейдерер, П.Е.

Нью-Йорк

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что уже знаком с деталями Канзас

Авария в City Hyatt.»

Майкл Морган, ЧП

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится, что я могу просмотреть текст перед покупкой. Я нашел класс

Информативный и полезный

в моей работе. »

William Senkevich, P. E.

Florid. познавательный. Вы

— лучшие, которые я нашел ».

Рассел Смит, P.E.

Pennsylvania

Penssylvania

Penssylvania

Penssylvania

Penssylvania

Penssylvania 9008

.

материала.»

 

Хесус Сьерра, Ч.П. На самом деле

человек учится больше

от неудач. «

John Scondras, P.E.

Pennsylvania

Pennsylvania

Pennsylvania

.

Way of Teaching. «

Джек Лундберг, P.E.

Wisconsin

» IMAREDSED THE WYMES IMSERED IMES IMSESEDADED WHY WY AMESESEDADEDAUDADE AMSE AMAME; т. е. позволяя

Студент, чтобы рассмотреть курс

Материал перед оплатой и

Получение викторины

ARVIN Swanger, P. E.

ARVIN Swanger, P.E.

ARVIN Swanger, P.E.

ARVIN. курсы. Я, конечно, многому научился и

получил огромное удовольствие».0047 «Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска и прохождения ваших онлайн-курсов

.»

Уильям Валериоти, ЧП

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. Курс был прост для изучения. Фотографии в основном хорошо иллюстрировали

обсуждаемые темы.»

 

Майкл Райан, ЧП

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Нужен 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

 

 

 

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я настоятельно рекомендую это

всем инженерам. «

Джеймс Шурелл, P.E.

OHIO

» I Apthemant «I Attormant My Apect». практика, и

не основаны на каких-то неясных

разделах

законов, которые не применяются

к «нормальной практике».3

Марк Каноник, ЧП

Нью-Йорк

«Большой опыт! Я многому научился, чтобы взять его с собой в свою организацию медицинского оборудования

».

 

 

Иван Харлан, ЧП

Теннесси

«Материал курса имеет хорошее содержание, не слишком математический, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

 

 

Юджин Бойл, ЧП

California

«This was a very pleasant experience. The topic was interesting and well presented,

and the online format was very

accessible and easy to

use. Many Благодарность.»

Патрисия Адамс, ЧП

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия непрерывному обучению физкультуры в условиях временных ограничений лицензиата».

 

 

Джозеф Фриссора, ЧП

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Это помогает иметь

обзор текстового материала. Я

оценил также просмотрев предоставлены

фактических случая.»

Жаклин Брукс, ЧП

Флорида

«Общий документ общие ошибки ADA в дизайне объектов очень полезен. Тест

Требование требовало исследования в

Документ Но

Документ Но .

Гарольд Катлер, ЧП

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за разнообразие выбора

в инженерии дорожного движения, который мне нужен

, чтобы выполнить требования

PTOE Сертификация ». способ заработать CEU’s для моих требований штата Делавэр PG». До сих пор все курсы, которые я посещал, были отличными.

Надежда увидеть больше 40%

Дисконтированные курсы ».

Кристина Никалас, с.е.

Newkolas, с.е. дополнительные

курсы. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

необходимость путешествовать.0393

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессиональных

инженеров в получении единиц PDH

в любое время. Очень удобно. »

 

Пол Абелла, ЧП

Аризона

«Пока все было отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня не так много

времени, чтобы исследовать, где

получить мои кредиты. Легко понять с иллюстрациями

и графиками; определенно облегчает

усвоение всех

теорий.»

Виктор Окампо, P.Eng.

Alberta, Canada

«A good review of semiconductor principles. I enjoyed going through the course at

my own pace during my morning

subway commute

to work .»

Клиффорд Гринблатт, ЧП

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и получить

викторина. I would highly recommend

you to any PE needing

CE units. »

 Mark Hardcastle, P.E. 

Missouri

«Very good selection тем во многих областях техники».2 Missouri

«У меня переживаем, что я забыл. Я также рад выиграть финансово

по Ваша промола.

на 40%.

Конрадо Касем, ЧП

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Буду пользоваться вашими услугами в будущем.»

 

 

 

Чарльз Флейшер, П.Е.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест, и я фактически проверил, что я прочитал кодексы профессиональной этики

и правила Нью-Мексико

».

 

Брун Гильберт, П.Е.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили времени и усилий.»

 

 

 

Дэвид Рейнольдс, ЧП

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Будет использовать CEDengineerng

, когда потребуется дополнительная сертификация

.»

 

Томас Каппеллин, ЧП

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все равно выполнили обязательство и поставили

me what I paid for — much

appreciated!»

 

Jeff Hanslik, P.E.

Oklahoma

«CEDengineering provides convenient, economical and relevant courses

для инженера».0393

Хорошо организовано. «

Глен Шварц, P.E.

New Jersey

New Jersey

New Jersey

.

для дизайна дерева.»

 

Bryan Adams, P.E.

Миннесота

«Отлично позвонил по телефону и помог9 получить консультацию. «0393

 

 

 

Роберт Велнер, ЧП

New York

«I had a great experience taking the Coastal Construction – Designing

the Building course and

highly recommend it.»

 

Денис Солано, ЧП

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материал курса этики штата Нью-Джерси был очень

хорошо подготовлено. Мне нравится возможность загрузить учебный материал на

Обзор, где бы ни был и

ВСЕГД. Сохраняйте широкий выбор тем на выбор».

 

 

 

Уильям Бараттино, ЧП

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой чепухи. Хороший опыт.»

 

 

 

Тайрон Бааш, П.Е.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были наводящими и демонстрировали понимание

материала. Тщательный

и всеобъемлющий. «

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

» Это мой второй курс и I Like

«Это мой второй курс и I Likea

» Это будет мой курс

. моя линия

работы. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова.»

 

 

 

Анджела Уотсон, ЧП

Монтана

«Простота в исполнении. Никакой путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата.»

 

 

 

Кеннет Пейдж, ЧП

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о нагревании воды с помощью солнечной энергии.

 

 

Луан Мане, ЧП

Conneticut

«Мне нравится подход, позволяющий зарегистрироваться и иметь возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти тест. »

 

 

Алекс Млсна, ЧП

Индиана

«Я оценил количество информации, предоставленной для класса. Я знаю

Это вся информация, которую я могу

Использование в реальных жизненных ситуациях ».

Natalie Deringer, P.E.

Deringer, с.э. достаточно подробно, чтобы я мог успешно завершить

курс».2 Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, затем вернуться

и пройти тест. Расписание .»

Майкл Гладд, ЧП

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

 

 

 

Деннис Фундзак, ЧП

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать сертификат PDH

. Спасибо, что сделали этот процесс простым.»

 

Фред Шайбе, ЧП

Висконсин

«Положительный опыт. Быстро нашел подходящий мне курс и закончил его

Один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, с.е.

South Carolin и пригодность, до

наличие для оплаты

материалов .»

Richard Wymelenberg, P.E.0392 Мэриленд

«Это хорошее пособие по ЭЭ для инженеров, не являющихся электриками».

 

 

 

Дуглас Стаффорд, ЧП

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я не могу придумать ничего в вашем

процессе, который нуждается в

улучшении.»

 

Томас Сталкап, ЧП

Арканзас

«Мне очень нравится удобство прохождения онлайн-викторины и немедленного получения сертификата

. »

 

 

Марлен Делани, ЧП

Иллинойс

«Обучающие модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

многим различным техническим областям за пределами

Специализация без

. , мы исследуем 12-слотовую машину с 10-полюсным постоянным магнитом (ПМ), смоделированную в программном обеспечении COMSOL Multiphysics® и модуле AC/DC. Машина в этом примере служит типичным примером вращающегося устройства и имеет внешний диаметр 35 мм и осевая длина 80 мм. С небольшими изменениями входных условий одна и та же модель может стать двигателем или генератором. В следующих сообщениях блога мы подробно остановимся на каждом из аспектов конструкции, обсуждаемых здесь.

Это первая запись в блоге из серии, посвященной тому, как получить представление о некоторых аспектах проектирования вращающихся машин, используя возможности моделирования и постобработки программного обеспечения COMSOL Multiphysics®. Часть 2 посвящена расчетным потерям, температуре и эффективности электродвигателей.

Конструкции электродвигателей и генераторов: установка модели

В двигателе с постоянными магнитами магнитные поля от ротора вращаются синхронно с магнитными полями, создаваемыми токами статора. Взаимодействие магнитных полей ротора и статора создает чистый крутящий момент, который позволяет двигателю преобразовывать токи обмоток в механическую энергию. Вследствие синхронного характера возбуждения в двигателе с постоянными магнитами на мгновенный крутящий момент сильно влияет угловое положение ротора, поскольку положение синхронизировано с токами статора. Это отличается от асинхронных машин, где обмотки статора индуцируют магнитные поля ротора в зависимости от отставания по скорости между ротором и статором (отсюда его популярное название, 9).{\circ}/N_p}, где N_p — количество полюсов ротора. В знаменателе указан угловой размах одного полюса ротора.

Исследование и оптимизация распределения магнитного поля

Распределение магнитного поля является очень важным фактором при проектировании электрических машин. В синхронных вращающихся машинах ключевым параметром для исследования наведенных напряжений является пространственное распределение потока воздушного зазора (потока, которым обмениваются ротор и статор). Фазное напряжение статора будет синусоидальным только в том случае, если радиальный магнитный поток имеет синусоидальное распределение по периферии ротора. Эта пространственная форма волны также называется волной магнитодвижущей силы воздушного зазора (MMF). Если волна МДС несинусоидальна, в индуцированное напряжение вводятся высшие гармоники.

В этой модели для получения волны МДС воздушного зазора мы оцениваем радиальную составляющую плотности магнитного потока вдоль границы сплошности. По мере вращения ротора мы можем наблюдать, как волна МДС эволюционирует во времени. Просто осмотрев, мы можем понять, что индуцированное напряжение не будет идеально синусоидальным. В следующей серии блогов мы объясним, как получить пространственные и временные преобразования Фурье магнитного потока в воздушном зазоре и как связать их со каскадным потоком и гармоническим искажением напряжения.

Слева: Изменение плотности магнитного потока при вращении ротора. Справа: развитие волны МДС воздушного зазора при вращении ротора.

Исследование и оптимизация механического крутящего момента

Существует несколько способов возбуждения обмоток статора для конкретной комбинации пазов/полюсов двигателя с постоянными магнитами. Схема, показанная на схеме модели машины с постоянными магнитами (первый рисунок в сообщении блога), является одним из способов привода 12-слотового 10-полюсного двигателя с постоянными магнитами. Возбуждение катушки статора (или начальное положение ротора) необходимо отрегулировать таким образом, чтобы к ротору прикладывался максимальный крутящий момент. Для этого ротору придается начальное угловое смещение. Угол \alpha ротора варьируется в пределах углового диапазона одного магнита ротора и рассчитывается средний крутящий момент. В качестве начального положения ротора выбирается значение начального углового перемещения, соответствующее максимальному среднему крутящему моменту. Таким образом, становится легче визуализировать, какое относительное положение статора и ротора создает максимальный крутящий момент.

В представленном здесь случае наблюдаются два максимума:

1. Положительный максимум, который будет соответствовать вращению в направлении против часовой стрелки — после применения правильной последовательности фаз.
2. Отрицательный максимум, который приведет к вращению по часовой стрелке (также здесь, после тонкой настройки последовательности фаз)

Форма волны крутящего момента ротора, представленная в следующем разделе, соответствует положительному максимуму кривой среднего крутящего момента ротора. Мы более подробно рассмотрим проверку крутящего момента и различные методы расчета крутящего момента, такие как 9{\circ}).

Исследование и оптимизация использования железа и потерь

Используя график плотности магнитного потока, мы можем исследовать распределение плотности потока в железном сердечнике. На некоторых участках геометрии ярмо может образовывать узкое место, что может сместить значение плотности магнитного потока в область насыщения кривой B-H. В других случаях он достаточно широк, чтобы создавать области с низкой напряженностью поля. Когда определенная часть ярма постоянно показывает слабое поле, эта часть недостаточно используется для создания крутящего момента. Когда определенная часть образует постоянное узкое место, эту часть, вероятно, следует расширить. 9{\ circ}, полученное из кривой среднего крутящего момента в предыдущем разделе. Как вы можете видеть из графиков и кривой крутящего момента ниже, использование железа оптимально, когда толщина железа составляет около 2 мм: использование менее 2 мм отрицательно скажется на крутящем моменте, а увеличение добавит ненужного материала. — и поэтому; Вес и стоимость — до мотора.

Распределение плотности магнитного потока для различных значений толщины железа. Слева: 1 мм. Центр: 2 мм. Справа: 3 мм.


Изменение формы сигнала крутящего момента ротора в зависимости от толщины стали.

Однако это еще не все: при определении толщины железа учитываются дополнительные факторы, такие как механическая прочность, резистивные и магнитные потери. При исследовании плотности потока и крутящего момента также можно оценить влияние различной толщины стали на потери в стали. Начиная с COMSOL Multiphysics версии 5.6, имеется встроенный модуль расчета потерь 9.0393 позволяет легко оценить потери в меди и в железе с помощью уравнения Штейнмеца , формулы Бертотти или определяемой пользователем модели потерь. В следующих сообщениях блога мы подробнее обсудим мультифизические аспекты моделирования вращающихся машин, такие как расчет эффективности, оценка повышения температуры, анализ вибрации и исследование шума.

Распределение потерь в железе для различных значений толщины чугуна. Слева: 1 мм. Центр: 2 мм. Справа: 3 мм.

Резюме

Мы обсудили использование некоторых функций COMSOL Multiphysics и модуля AC/DC, чтобы легко получить представление о некоторых аспектах проектирования вращающихся машин. Мы видели, как линейный график плотности радиального магнитного потока в воздушном зазоре показывает нам, будет ли индуцированное напряжение синусоидальным. С помощью COMSOL Multiphysics параметрический анализ можно использовать для определения начального угла ротора, который будет создавать максимальный крутящий момент ротора. Поверхностный график плотности магнитного потока в машине позволяет визуально определить, является ли использование железа оптимальным для эффективного создания крутящего момента. Влияние толщины стали на потери в стали также можно наблюдать с помощью встроенных моделей потерь, предлагаемых COMSOL Multiphysics.

В этом первом сообщении в блоге этой серии показано, как можно использовать мощные возможности COMSOL Multiphysics для моделирования и постобработки для получения ценной информации о конструкции вращающихся машин. В следующих сообщениях блога подробно обсуждаются методы расчета крутящего момента, расчет эффективности, анализ потерь в стали и тепловых характеристик, а также исследование вибрации и шума двигателя.

No related posts.