Бестопливный генератор из двух асинхронных двигателей. Генератор из асинхронного двигателя своими руками: от А до Я

Источники электропитания делят на синхронные и асинхронные в зависимости от типа генератора. В электротехнике, согласно законам физики, существует принцип обратимости энергии: электрические машины, которые могут преобразовывать электрическую энергию в механическую, также могут совершать обратные преобразования. Асинхронный генератор работает на данном принципе: он способен преобразовывать механическую энергию вращения ротора в электроток на обмотке статора. Применяется он на напряжения 220 и 380 В.

Вид асинхронного генератора

В генераторном режиме работы меняется знак скольжения, и двигатели асинхронного типа генерируют электрическую энергию.

Применение

• Генераторы нашли применение в качестве тяговых электродвигателей на объектах транспортной инфраструктуры в машинах с реостатным и рекуперативным торможением, а также в сельском хозяйстве в устройствах, где нет потребности в компенсации реактивной мощности и высоких требований к качеству поставляемой электроэнергии (где возможны небольшие скачки напряжения, т.к. регулятор параметров отсутствует).
• Для бытовых нужд асинхронные генераторы применяются в качестве двигателя автономных электростанций, которые приводятся в действие силами природы: энергией падающей воды, силой ветра и др.
• Еще одним применением является использование генератора в качестве зарядного устройства для аккумуляторных батарей .
• Для электроснабжения сварочных агрегатов.
• Обеспечение бесперебойным электропитанием особо важных объектов: холодильников с лекарствами и др.

Это устройство применяется для промышленных целей

Теоретически возможно переоборудование асинхронного двигателя в асинхронный генератор. Для осуществления задачи необходимо:

• четко понимать, что такое ток;
• знать физику преобразования механической энергии в электрическую;
• создать все необходимые условия для появления электротока на обмотке статора.

Устройство асинхронного генератора

Основные узлы асинхронного генератора:

• Ротор – вращающийся элемент, на котором образуется ЭДС. Тип исполнения – короткозамкнутый. Токопроводящие поверхности изготовлены из алюминия.
• Ввод кабеля необходим для отпуска полученного электричества.
• Датчик температуры для обмотки генератора необходим для постоянного мониторинга температуры на этой обмотке.
• Герметичные фланцы предназначены для уплотнения соединения деталей.
• Статор, на обмотке которого в процессе генерируется электроэнергия.
• Обмотка может быть двух типов: однофазная и трехфазная (для напряжения 220 и 380 В), размещена на поверхности статора в виде звезды. 3 точки соединяются между собой, 3 другие – с контактными кольцами.
• Контактные кольца не имеют электрической связи между собой, закреплены на валу ротора.
• Щетки необходимы как регулятор, при помощи них происходит запуск трехфазного реостата, за счет чего можно контролировать сопротивление обмотки ротора.
• Короткозамыкатель применяется для принудительной остановки реостата.

Принцип работы

Во время вращения лопаток ротора на токопроводящей части его начинает появляться электрический ток. Образующееся магнитное поле, наводит на обмотки статора два типа переменного напряжения – однофазное и трехфазное.

Регулировка параметров вырабатываемой энергии осуществляется изменением нагрузки на статоре. Регулятор в схеме отсутствует, т.к. конструктивно устройство не может быть оборудовано данным узлом: отсутствует электрическая связь между ротором и статором.

В каких случаях необходимо применение асинхронных устройств:

• тяжелые условия работы оборудования – запыленность;
• нет особых требований к качеству преобразованной энергии (величины частоты и напряжения);
• нет возможности установки синхронной машины;
• ограниченный бюджет объекта;
• существует вероятность перегрузок в переходном процессе работы.

Асинхронные устройства не терпят частых перегрузок во время работы. При работе с завышенной мощностью срабатывает защита. Повторный запуск устройств оказывает негативное влияние на экономический эффект установки.

Т.к. отсутствует регулятор параметров, необходимо подключение измерительных приборов.

Для корректной работы системы и исключения преждевременных ремонтов, необходимо произвести расчет мощности генератора, исходя из предполагаемой нагрузки объекта.

Принцип работы в двухфазном режиме асинхронного генератора применяется для случаев, которые не требуют генерации трехфазного напряжения.

Преимущества:

• малая рабочая емкость;
• низкие нагрузки в режиме холостого хода, и как следствие, экономия первичного энергоносителя (ресурс, который приводит в действие ротор).

Недостатки:

• отсутствует регулятор напряжения тока.

Маломощные генераторы 220 В

В качестве устройства-донора применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутыми роторами от стиральных машин, бытовых пылесосов, электроприборов полива и аналогичные, в которых конденсаторные батареи подключены в схему параллельно рабочей обмотке. Для повышения эффективности работы увеличивают емкость конденсатора: в меньшей степени для активной нагрузки (лампы, паяльники), и в большей – для индуктивной (например, холодильники, телевизоры и т.п.).

• Мощность первичного устройства выбирается на 50..100% больше, чем потребляемая мощность асинхронным генератором. Это необходимо для снижения потерь и повышения КПД процесса. Повышения КПД добиваются путем постоянного или кратковременного увеличения оборотов механического элемента.
• Так как в схеме отсутствует регулятор тока, для стабильной работы установки необходим постоянный контроль параметров, т.е. наличие прибора измерения частоты (тахометра), напряжения (вольтметра) и набора переключателей (для подключения нагрузки на генератор, и два – для коммутации цепи возбуждения. Такая схема упрощает запуск и повышает стабильность работы электрооборудования.
• В случае присоединения к генератору бытовой сети освещения, в электрической цепи необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в данном случае будет отключать электроосвещение от стационарной сети.

Однофазные рубильники для отключения применять запрещено в данном случае, т.к. необходимо отключение фазного и нулевого провода.

Эффективность установки

Перед проведением реконструкции необходимо учитывать масштаб экономического эффекта нового оборудования и целесообразность проведения процедуры.

Преимущества устройств:

1. Низкая себестоимость электроэнергии: для преобразования необходимо наличие магнитного поля, которое генерирует электрический ток.
2. В токе малое количество высших гармоник: малые потери на собственный нагрев, образование магнитных полей и др.
3. Высокая надежность.
4. Отсутствие цепи возбуждения.
5. Дешевизна готовых моделей.
6. Возможность переоборудования простейшего асинхронного двигателя в генератор.
7. Отсутствие в схеме устройства коллекторно-щеточного механизма, что повышает срок эксплуатации.
8. Отсутствие необходимости обслуживания конденсаторных батарей.

Недостатки:

1. Невозможность выработать промышленную частоту генерируемого тока.
2. Отсутствует регулятор параметров сети.
3. Необходимость включения в схему работы выпрямителей.
4. Индуктивная нагрузка требует увеличения прилагаемой потребной емкости. Следовательно, возрастает потребность подключения в схему устройства дополнительных конденсаторных элементов. Что впоследствии повышает стоимость установки.
5. Не меньшая техническая сложность устройства, чем синхронные генераторы.
6. Высокая чувствительность к перепадам нагрузки. Т.к. для работы устройства используется конденсатор, который забирает энергию (в традиционных генераторах применяют аккумуляторы, имеющие запас мощности), при увеличении нагрузки электроэнергии может не хватить на подзарядку и генерация прекратится. Для предотвращения этого явления используют батареи с изменяемым объемом емкости в зависимости от нагрузки. Применение данного оборудования экономически целесообразно для крупных объектов.

Преобразование двигателя

Принцип преобразования двигателя в простейший асинхронный генератор:

1. Для модернизации понадобится двигатель от стиральной машины.
2. Уменьшить толщину стенок сердечника. Для этого необходимо на токарном станке обточить по 2 мм по всей поверхности. Проделать отверстия (несквозные) не более 5мм глубиной.
3. Из тонкого листа металла либо жести изготовить полосу, размерами соответствующую габаритам ротора.
4. Установить неодимовые магниты в полученной свободной площади в количестве не менее 8 штук. Зафиксировать суперклеем.

Магниты необходимо прижимать к поверхности до полного застывания, иначе произойдет их смещение. Рекомендовано использовать очки, чтобы клей не попал в глаза в случае выскальзывания магнита.

1. Плотной бумагой закрыть ротор со всех сторон и зафиксировать края скотчем.
2. Эффективно загерметизировать мастикой торцевую часть ротора.
3. Свободное пространство между магнитными элементами заполнить эпоксидной смолой через проделанное отверстие в бумаге.
4. После застывания смолы убрать слой бумаги.
5. Отшлифовать поверхность ротора наждачной бумагой, при наличии можно использовать дремель.
6. Двумя проводами присоединить двигатель к рабочей обмотке. Удалить все неиспользуемые проводники.
7. При необходимости заменить подшипники на новые.
8. Установить выпрямитель тока и контроллер зарядки.

Тестирование собранного прибора

При использовании асинхронного генератора, как и других электроустройств, необходимо соблюдать правила техники безопасности:

• Прибор должен быть защищен от механических воздействий и погодных условий.
• Рекомендовано изготовление специального защитного кожуха под собранный генератор.
• Для корректной работы необходим постоянный мониторинг параметров устройства (напряжения, частоты), т.к. отсутствует регулятор величины тока. Установка измерительных приборов позволит контролировать эффективность автономной системы.
• Самодельный генератор в целях безопасности рекомендовано использовать на напряжение 0,23 кВ.
• Устройство должно быть присоединено к контуру заземления.
• Следует избегать длительной работы в режиме холостого хода.
• Запрещено допускать перегрев оборудования.
• Генератор необходимо оборудовать кнопкой включения/отключения для оптимизации работы.

При отсутствии знаний основ электротехники специалисты настоятельно рекомендуют приобрести генератор заводского изготовления.

Реконструкция асинхронного двигателя

Процесс состоит из трех этапов:

1. Подключение конденсаторных батарей к зажимам. После этого на обмотке начинается процесс намагничивания, который обусловлен движением опережающего тока.
2. Самовозбуждение устройства. Происходит при правильном подборе емкости конденсаторов.
3. Получение итоговых значений напряжения. Зависят от технических характеристик устройства, типа и емкости конденсаторов.

Модернизация асинхронного двигателя

При правильном выполнении действий можно получить генератор с характеристиками асинхронного двигателя.

Видео

Асинхронные генераторы – полезная вещь в домашнем хозяйстве. Более мощные устройства вполне могут служить в качестве автономных электростанций, которые обеспечат нормальные параметры напряжения и частоты сети.

Один из первых генераторов с возбудителем переменного тока

Экономически целесообразно переоборудовать заведомо рабочий неиспользуемый асинхронный электродвигатель. Только при этом будет наблюдаться экономический эффект, в отличие от приобретения нового устройства.

Несмотря на достаточно трудоемкий принцип модернизации, отсутствующий регулятор параметров сети, самодельные асинхронные генераторы являются хорошим решением для минимизации финансовых затрат на электроэнергию в условиях постоянно растущих цен на энергоносители.

Для нужд строительства частного жилого дома или дачи домашнему мастеру может понадобиться автономный источник электрической энергии, который можно купить в магазине или собрать своими руками из доступных деталей.

Самодельный генератор способен работать от энергии бензинового, газового или дизельного топлива. Для этого его надо подключить к двигателю через амортизирующую муфту, обеспечивающую плавность вращения ротора.

Если позволяют местные природные условия, например, дуют частые ветры или близко расположен источник проточной воды, то можно создать ветряную или гидравлическую турбину и подключить ее к асинхронному трехфазному двигателю для выработки электроэнергии.

За счет подобного устройства у вас будет постоянно работающий альтернативный источник электричества. Он снизить потребление энергии от государственных сетей и позволить экономить на ее оплате.

В отдельных случаях допустимо использовать однофазное напряжение для вращения электрического двигателя и передачи им крутящего момента на самодельный генератор для создания собственной трехфазной симметричной сети.

Как подобрать асинхронный двигатель для генератора по конструкции и характеристикам

Технологические особенности

Основу самодельного генератора составляет асинхронный электродвигатель трехфазного тока с:

• фазным;
• или короткозамкнутым ротором.

Устройство статора

Магнитопроводы статора и ротора изготавливают из изолированных пластин электротехнической стали, в которых созданы пазы для размещения проводов обмотки.

Три отдельные обмотки статора могут быть соединены на заводе по схеме:

• звезды;
• или треугольника.

Их выводы подключают внутри клеммной коробки и соединяют перемычками. Сюда же монтируют кабель питания.

В отдельных случаях может выполняться подключение проводов и кабеля другими способами.

К каждой фазе асинхронного двигателя подводятся симметричные напряжения, сдвинутые по углу на треть окружности. Они формируют токи в обмотках.

Эти величины удобно выражать в векторной форме.

Особенности конструкции роторов

Двигатели с фазным ротором

Их снабжают обмоткой, выполненной по образцу статорной, а выводы от каждой соединяют с контактными кольцами, которые обеспечивают электрический контакт со схемой запуска и регулировки через прижимные щетки.

Такая конструкция довольно сложная в изготовлении, дорогая по стоимости. Она требует периодического наблюдения за работой и квалифицированного обслуживания. По этим причинам для самодельного генератора применять ее в таком исполнении нет смысла.

Однако, если имеется подобный двигатель и ему нет другого применения, то можно выводы каждой обмотки (те концы, которые подключаются к кольцам) закоротить между собой. Таким способом фазный ротор превратится в короткозамкнутый. Его можно подключать по любой рассматриваемой ниже схеме.

Двигатели с короткозамкнутым ротором

Внутри пазов магнитопровода ротора залит алюминий. Обмотка выполнена в виде вращающейся беличьей клетки (за что и получила такое дополнительное название) с замкнутыми накоротко по концам кольцами-перемычками.

Это самая простая схема двигателя, которая лишена подвижных контактов. За счет этого она длительно работает без вмешательства электриков, отличается повышенной надежностью. Ее и рекомендуется применять для создания самодельного генератора.

Обозначения на корпусе двигателя

Чтобы самодельный генератор надежно работал необходимо обращать внимание на:

• , характеризующий качество защиты корпуса от воздействий внешней среды;
• мощность потребления;
• число оборотов;
• схему соединения обмоток;
• допустимые токи нагрузок;
• КПД и косинус φ.

Принцип работы асинхронного двигателя в качестве генератора

В основу его воплощения заложен метод обратимости электрической машины. Если у отключенного от напряжения сети двигателя начать принудительно вращать ротор с расчетной скоростью, то в обмотке статора будет наводиться ЭДС за счет наличия остаточной энергии магнитного поля.

Остается только подключить к обмоткам конденсаторную батарею соответствующего номинала и по ним станет протекать емкостной опережающий ток, имеющий характер намагничивающего.

Чтобы происходило самовозбуждение генератора, а на обмотках формировалась симметричная система трехфазных напряжений, необходимо подобрать емкость конденсаторов, большую определенной, критической величины. Кроме ее значения на выходную мощность, естественно, влияет конструкция двигателя.

Для нормальной выработки трехфазной энергии с частотой 50 Гц необходимо поддерживать скорость вращения ротора, превышающую асинхронную составляющую на величину скольжения S, которая лежит в пределах S=2÷10%. Ее требуется поддерживать на уровне синхронной частоты.

Отход синусоиды от стандартного значения по частоте отрицательно повлияет на работу оборудования с электрическими двигателями: пилами, рубанками, различными станками и трансформаторами. На резистивных нагрузках с ТЭН и лампами накаливания это практически не сказывается.

Электрические схемы подключения

На практике используются все распространенные способы соединения обмоток статора асинхронного двигателя. Выбирая одну из них создают различные условия для работы оборудования и вырабатывают напряжение определённых значений.

Схемы звезды

Популярный вариант подключения конденсаторов

Схема подключения асинхронного двигателя с обмотками, соединенными звездой, для работы в качестве генератора трехфазной сети имеет стандартный вид.

Схема асинхронного генератора с подключением конденсаторов к двум обмоткам

Этот вариант довольно популярен. Он позволяет питать от двух обмоток три группы потребителей:

• две напряжением 220 вольт;
• одну - 380.

Рабочий и пусковой конденсаторы подключаются в схему отдельными выключателями.

На основе этой же схемы можно создать самодельный генератор с подключением конденсаторов к одной обмотке асинхронного двигателя.

Схема треугольника

При сборке обмоток статора по схеме звезды генератор будет выдавать трехфазное напряжение 380 вольт. Если осуществить их переключение на треугольник, то - 220.

Приведенные выше на картинках три схемы являются базовыми, но не единственными. На их основе могут создаваться другие способы подключения.

Как рассчитать характеристики генератора по мощности двигателя и емкости конденсаторов

Для создания нормальных условий работы электрической машины необходимо соблюсти равенство ее номинального напряжения и мощности в режимах генератора и электродвигателя.

С этой целью подбирают емкость конденсаторов с учетом вырабатываемой ими реактивной мощности Q при различных нагрузках. Ее величину рассчитывают по выражению:

Q=2π∙f∙C∙U 2

Из этой формулы, зная мощность двигателя, для обеспечения полной нагрузки можно рассчитать емкость батареи конденсаторов:

С=Q/2π∙f∙U 2

Однако, следует учесть режим работы генератора. На холостом ходу конденсаторы станут излишне нагружать обмотки и нагревать их. Это приводит к большим потерям энергии, перегреву конструкции.

Для устранения подобного явления конденсаторы подключают ступенчато, определяя их количество в зависимости от приложенной нагрузки. Чтобы упростить подбор конденсаторов для запуска асинхронного двигателя в режиме генератора, создана специальная таблица.

Для использования в составе емкостной батареи хорошо подходят пусковые конденсаторы серии K78-17 и им подобные с рабочим напряжением от 400 вольт и больше. Вполне допустимо заменить их металлобумажными аналогами с соответствующими номиналами. Собирать их придется параллельным подключением.

Использовать модели электролитических конденсаторов для работы в цепях асинхронного самодельного генератора не стоит. Они предназначены для цепей постоянного тока, а при прохождении синусоиды, меняющейся по направлению, быстро выходят из строя.

Существует специальная схема их подключения для подобных целей, когда каждая полуволна направляется диодами на свою сборку. Но она довольно сложная.

Конструктивное исполнение

Автономное устройство электростанции должно в полной мере обеспечивать работающего оборудования и выполняться единым модулем, включающим навесной электрощит с приборами:

• измерения - вольтметром до 500 вольт и частотомером;
• коммутации нагрузок - три выключателя (один общий подает напряжение от генератора на схему потребителей, а два остальных осуществляют подключения конденсаторов);
• защит - , устраняющим последствия возникновения коротких замыканий или перегрузок и ), спасающее работников от пробоя изоляции и попадания потенциала фазы на корпус.

Резервирование основной схемы питания

Создавая самодельный генератор необходимо предусмотреть его совместимость со схемой заземления рабочего оборудования, а при автономной работе – надежно подключать к .

Если электростанция создается для резервного питания приборов, работающих от государственной сети, то использовать ее следует при отключении напряжения с линии, а при восстановлении - останавливать. С этой целью достаточно установить рубильник, управляющий всеми фазами одновременно или подключить сложную систему автоматики включения резервного питания.

Выбор напряжения

Схема на 380 вольт обладает повышенной опасностью поражения человека. Ее используют в крайних случаях, когда фазной величиной на 220 обойтись нет возможности.

Перегрузки генератора

Такие режимы создают излишний нагрев обмоток с последующим разрушением изоляции. Они возникают при превышении токов, проходящих по обмоткам из-за:

1. неправильного подбора емкости конденсаторов;
2. подключения потребителей повышенной мощности.

В первом случае необходимо тщательно следить за тепловым режимом во время холостого хода. При излишнем нагреве требуется корректировать емкость конденсаторов.

Особенности подключения потребителей

Общая мощность трехфазного генератора состоит из трех частей, вырабатываемых в каждой фазе, которая составляет 1/3 от общей. Ток, проходящий по одной обмотке, не должен превышать номинальную величину. Это надо учитывать при подключении потребителей, распределять их равномерно по фазам.

Когда самодельный генератор создан для работы от двух фаз, то он не может безопасно выработать электроэнергии больше, чем на 2/3 от общей величины, а если задействована всего одна фаза, то - только 1/3.

Контроль частоты

Следить за этим показателем позволяет частотомер. Когда его в конструкцию самодельного генератора не установили, то можно пользоваться косвенным методом: на холостом ходу выходное напряжение превышает номинальное 380/220 на 4÷6% при частоте 50 Гц.

Один из вариантов изготовления самодельного генератора из асинхронного двигателя и его возможности показывают в своем видеоролике владельцы канала Мария с Александром Костенко.

С разбора CD-rom скопилось уже некоторое количество бесколлекторных двигателей постоянного тока (это те, что крутят диск). И место вроде много не занимают, но на глаза попадаются часто. Наконец принял решение, что надо уже как-то с ними определиться.

Итак, это бесколекторный двигатель постоянного тока, положение ротора в нём отслеживается тремя датчиками Холла, управляется при помощи микросхемы драйвера ВА6849FP (регулировка оборотов). В теории всё просто, а вот на практике впечатления могут зашкалить уже от одного обозрения платки на которой движок собственно и установлен.

Поэтому не стал вникать в назначение многочисленных выводов шлейфа, а просто взял и располовинил двигатель, и увидел его статор. Однако полный обзор печатной платы был по прежнему недосягаем. Осознав, что без жертв не обойтись, отпаял провода (3 штуки) идущие с обмоток статора на плату, а затем сложил - переломил вдвое плату вместе с металлической пластиной крепления.

Освобождённый статор плюхнулся на стол и опять же в позновательных целях был незамедлительно размотан. Теперь могу сообщить, что мотор имел три обмотки (фазы) соединённых методом «звезда», но вполне возможен вариант когда они могут быть соединены методом «дельта».

Схема сборки

Электродвигателя конечно не стало, но вместе с ним не стало и робости перед неизведанным, ибо и неизведанного теперь не было. На фото проводники образуют обмотки и заканчиваются выводами. Соединения обмоток отличаются, но электрическая сущность больших изменений не претерпевает. Относительно толстые провода обмоток статора навели на мысль, что с этого движка можно получить неплохой ток, будь он использован в качестве генератора, да ещё если и несколько вольт напряжения выдаст, то возможно «счастье»!

Остановился вот на такой схеме снятия с электродвигателя, впрочем, теперь уже генератора, вырабатываемого им электрического тока. Данная схема была собрана и опробована со следующими номиналами электронных компонентов: С1 - 100 мкФ х 16 В, все шесть диодов 1N5817.

Было бы интересно опробовать и такую схему, но пока «руки не дошли». Как более совершенный вариант - поставить на выход .

Для дальнейших действий был взят ещё один электродвигатель и приведён в должное состояние для подключения и крепления. Шестерёнки (зубчатая пара) с передаточным отношением 1:5 от китайского фонарика - «жучка».

Всё было смонтировано на подходящее основание. Важным в этой операции является правильно «взять» межцентровое расстояние зубчатых колёс и установить их оси вращения в единой пространственной плоскости.

Схема собрана, вновь обращённый генератор к тесту готов.

При интенсивном, но без мазохизма, вращении большого зубчатого колеса пальцами рук напряжение легко достигает отметки в 1,7 вольта (без нагрузки).

При подключении нагрузки, лампочки на 2,5 В и 150 мА, сила тока достигает 120 мА. Лампочка вспыхивает в пол накала.

Видео - работа под нагрузкой

Возьму на себя смелость заявить, что даже данный конкретный двигатель возможно использовать в качестве способного вырабатывать электрический ток в достаточном количестве для зарядки одного аккумулятора ААА напряжением 1,2 В и ёмкостью до 1000 мА включительно. Прошу обратить внимание на то фото, которое показывает монтаж шестерён на основании. На правую сторону большого зубчатого колеса так и «проситься» установка ещё одного моторчика. Кинематическая схема будет такой: одно ведущее колесо вращает два ведомых. Возможности удваиваются, реальным становиться собрать повышающий преобразователь и заряжать даже аккумуляторы мобильных телефонов. Вопросами добычи электричества занимался Babay .

Обсудить статью ГЕНЕРАТОР ИЗ ДВИГАТЕЛЯ СВОИМИ РУКАМИ

Пенсионер мастерит ветряки и экономит на электроэнергии

Пенсионер из Амурской области решил в одиночку бороться с повышением тарифов на электроэнергию. Желание сделать почти невозможное возникло после того, как пришли очередные счета за коммунальные услуги.

Тогда бывший энергетик составил собственный план электрификации всего участка. Теперь наверху крутятся лопасти, внизу загораются лампочки. О том, как ветер принёс перемены

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

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.

Различают два основных вида асинхронных двигателей: с короткозамкнутым ротором и с ф азным ротором . Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель состоит из неподвижной части - статора и подвижной части - ротора, вращающегося в подшипниках, укреплённых в двух щитах двигателя. Сердечники статора и ротора набраны из отдельных изолированных один от другого листов электротехнической стали. В пазы сердечника статора уложена обмотка, выполненная из изолированного провода. В пазы сердечника ротора укладывают стержневую обмотку или заливают расплавленный алюминий. Кольца-перемычки накоротко замыкают обмотку ротора по концам (отсюда и название - короткозамкнутый). В отличие от короткозамкнутого ротора, в пазах фазного ротора размещают обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Концы обмотки подводят к контактным кольцам, укреплённым на валу. По кольцам скользят щетки, соединяя обмотку с пусковым или регулировочным реостатом. 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.

Автономные асинхронные генераторы - трёхфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма и, как следствие этого, большая долговечность и надежность. 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:

Q = 0,314· U2 · C · 10-6,

где С - ёмкость конденсаторов, мкФ.

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

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом. Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя. В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя - генератора определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоёмкими из них являются:

· бытовые сварочные трансформаторы;

· электропилы, электрофуганки, зернодробилки (мощность 0,3…3 кВт);

· электропечи типа "Россиянка", "Мечта" мощностью до 2 кВт;

· электроутюги (мощность 850…1000 Вт).

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. Если бытовой сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами диаметром 2…3 мм, то его полная мощность составляет примерно 4…6 кВт, мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах 5…7 кВт. Если бытовой сварочный трансформатор допускает работу с электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме - "резки" металла, потребляемая им полная мощность может достигать 10…12 кВт, соответственно мощность асинхронного генератора должна находиться в пределах 11…13 кВт.

В качестве трёхфазной батареи конденсаторов хорошо использовать так называемые ком-пенсаторы реактивной мощности, предназначенные для улучшения соsφ в промышленных осветительных сетях. Их типовое обозначение: КМ1-0,22-4,5-3У3 или КМ2-0,22-9-3У3, которое расшифровывается следующим образом. КМ - косинусные конденсаторы с пропиткой минеральным маслом, первая цифра-габарит (1 или 2), затем напряжение (0,22 кВ), мощность (4,5 или 9 квар), затем цифра 3 или 2 означает трёхфазное или однофазное исполнение, У3 (умеренный климат третьей категории).

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.

В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа "Ока", "Волга", поливальных насосов "Агидель", "БЦН" и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) - больше.

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.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других - коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

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

В заключение несколько общих советов.

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

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

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

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы - 2/3 общей мощности генератора.

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

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:

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:

n ГЕН = (1,02…1,1)n ДВ = (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.