Asynchronní motor jako generátor s kondenzátory. Generátor na asynchronní motor: jak převést. Výběr typu generátoru

Obsah:

Elektrotechnika existuje a funguje podle svých vlastních zákonů a principů. Mezi nimi je takzvaný princip reverzibility, který vám umožňuje vyrobit generátor vlastníma rukama asynchronní motor. K vyřešení tohoto problému jsou nutné znalosti a jasné pochopení principů fungování tohoto zařízení.

Přechod asynchronního motoru do režimu generátoru

Nejprve je třeba zvážit princip fungování asynchronního motoru, protože právě tato jednotka slouží jako základ pro vytvoření generátoru.

Elektromotor asynchronního typu je zařízení, které převádí elektrická energie na mechanické a tepelné. Možnost takové transformace je zajištěna napětím, které vzniká mezi vinutím statoru a rotoru. Hlavní rys asynchronních motorů spočívá v rozdílu rychlosti otáčení těchto prvků.

Samotný stator a rotor jsou koaxiální části kulatý úsek, vyrobený z ocelových plátů s drážkami uvnitř prstence. V celé sestavě jsou vytvořeny podélné drážky v místě umístění vinutí měděný drát. V rotoru funkci vinutí plní hliníkové tyče umístěné v drážkách jádra a uzavřené na obou stranách blokovacími plechy. Při přivedení napětí na vinutí statoru se vytvoří rotující magnetické pole. V důsledku rozdílu v rychlosti otáčení se mezi vinutími indukuje EMF, což vede k otáčení centrální hřídele.

Na rozdíl od asynchronní elektromotor generátor naopak přeměňuje tepelnou a mechanickou energii na elektrickou energii. Nejpoužívanější jsou indukční zařízení, vyznačující se indukcí vinutí elektromotorické síly. Stejně jako v případě asynchronního motoru je důvodem indukce EMF rozdíl v otáčkách magnetických polí statoru a rotoru. Z toho zcela přirozeně na základě principu reverzibility vyplývá, že je docela možné určitými technickými přestavbami udělat z asynchronního motoru generátor.

Každý asynchronní elektrický generátor je druh transformátoru, který přeměňuje mechanickou energii hřídele elektromotoru na střídavý proud. K tomu dochází, když otáčky hřídele začínají překračovat synchronní otáčky a dosahují 1500 ot/min a více. Této rychlosti je dosaženo použitím vysokého točivého momentu. Jeho zdrojem může být spalovací motor plynového generátoru nebo oběžné kolo větrného mlýna.

Při dosažení synchronní rychlosti otáčení se zapne kondenzátorová banka, ve které se vytvoří kapacitní proud. Jeho působením se vinutí statoru samovzbudí a v generovacím režimu se začne generovat elektrický proud. Spolehlivý a stabilní provoz takového generátoru schopného dodávat průmyslovou frekvenci 50 Hz za určitých podmínek:

• Rychlost otáčení by měla být vyšší než pracovní frekvence samotného elektromotoru o procento skluzu 2-10%.
• Rychlost otáčení generátoru musí odpovídat synchronní rychlosti.

Jak vyrobit generátor

S určitými informacemi a praktickými dovednostmi v elektrotechnice je docela možné sestavit funkční generátor vlastníma rukama z asynchronního motoru. Nejprve je potřeba spočítat skutečné, tedy asynchronní otáčky elektromotoru, který bude použit jako generátor. Tato operace lze provést pomocí tachometru.

Dále je nutné určit synchronní kmitočet elektromotoru, který bude pro generátor asynchronní. Jak již bylo zmíněno, zde je třeba počítat s výší skluzu, která je 2-10%. Například v důsledku měření byla získána rychlost otáčení 1450 ot / min, proto bude požadovaná pracovní frekvence generátoru 1479-1595 ot / min.

Touha vyvinout autonomní zdroj výroby elektřiny umožnila postavit generátor z klasického asynchronního motoru. Vývoj je spolehlivý a poměrně jednoduchý.

Typy a popis asynchronního motoru

Existují dva typy motorů:

1. Rotor veverky. Zahrnuje stator (nepohyblivý prvek) a rotor (rotační prvek), který se pohybuje v důsledku činnosti ložisek připevněných ke dvěma krytům motoru. Jádra jsou vyrobena z oceli a jsou také vzájemně izolována. Podél drážek jádra statoru je umístěn izolovaný drát a podél drážek jádra rotoru je instalováno vinutí tyče nebo se nalije roztavený hliník. Speciální propojovací kroužky hrají roli uzavíracího prvku vinutí rotoru. Nezávislý vývoj transformuje mechanické pohyby motoru a vytváří elektřinu střídavé napětí. Jejich výhodou je, že nemají alkalický kolektorový mechanismus, díky čemuž jsou spolehlivější a odolnější.
2. Prokluzový rotor– drahé zařízení, které vyžaduje specializovaný servis. Složení je stejné jako u zkratového rotoru. Jedinou výjimkou je, že vinutí rotoru a statoru jádra jsou vyrobeny z izolovaného drátu a jeho konce jsou spojeny s kroužky připevněnými k hřídeli. Procházejí jimi speciální kartáče, které spojují dráty s nastavovacím nebo startovacím reostatem. Vzhledem k nízké úrovni spolehlivosti se používá pouze pro ta odvětví, pro která je určen.

Rozsah použití

Zařízení se používá v různých průmyslových odvětvích:

1. Jako konvenční motor pro větrné elektrárny.
2. Pro vlastní nezávislé zásobování bytu či domu.
3. Jako malé vodní elektrárny.
4. Jako alternativní invertorový typ generátoru (svařování).
5. K vytvoření nepřerušitelného systému střídavého napájení.

Výhody a nevýhody generátoru

Mezi pozitivní vlastnosti vývoje patří:

1. Jednoduchá a rychlá montáž s možností vyhnout se rozebírání elektromotoru a převíjení vinutí.
2. Schopnost otáčet elektrickým proudem pomocí větrné nebo hydraulické turbíny.
3. Použití zařízení v systémech motor-generátor pro přeměnu jednofázové sítě (220V) na třífázovou (380V).
4. Možnost využít vývoj v místech, kde není elektřina, s využitím spalovacího motoru k propagaci.

nevýhody:

1. Je problematické vypočítat kapacitu kondenzátu, který je připojen k vinutí.
2. Je obtížné dosáhnout maximálního výkonu, kterého je sebevývoj schopen.

Princip fungování

Generátor vyrábí elektrickou energii za předpokladu, že počet otáček rotoru je o něco vyšší než synchronní otáčky. Nejjednodušší typ produkuje asi 1800 ot./min, přičemž se vezme v úvahu, že jeho synchronní rychlostní úroveň je 1500 ot./min.

Jeho princip fungování je založen na přeměně mechanické energie na elektrickou. Rotor můžete přinutit otáčet se a vyrábět elektřinu pomocí silného točivého momentu. V ideál– konstantní volnoběh, který je schopen udržovat stejnou rychlost.

Všechny typy motorů pracujících na přerušovaný proud se nazývají asynchronní. V nich se magnetické pole statoru točí rychleji než pole rotoru, a proto jej směruje ve směru jeho pohybu. Chcete-li změnit elektromotor na funkční generátor, budete muset zvýšit otáčky rotoru tak, aby nesledoval magnetické pole statoru, ale začal se pohybovat opačným směrem.

Podobný výsledek můžete získat připojením zařízení k elektrické síti, s velká kapacita nebo celá skupina kondenzátorů. Nabíjejí a akumulují energii z magnetických polí. Fáze kondenzátoru má náboj, který je opačný než u zdroje proudu motoru, což způsobuje zpomalení rotoru a vinutí statoru generování proudu.

Obvod generátoru

Schéma je velmi jednoduché a nevyžaduje speciální znalosti a dovednosti. Pokud spustíte vývoj bez připojení k síti, začne rotace a po dosažení synchronní frekvence začne vinutí statoru generovat elektrickou energii.

Připojením speciální baterie několika kondenzátorů (C) k jeho vývodům můžete získat vedoucí kapacitní proud, který vytvoří magnetizaci. Kapacita kondenzátorů musí být vyšší než kritické označení C 0, což závisí na rozměrech a vlastnostech generátoru.

V této situaci dochází k samospouštěcímu procesu a na vinutí statoru je namontován systém se symetrickým třífázovým napětím. Generovaný proud přímo závisí na kapacitě kondenzátorů a také na vlastnostech stroje.

Udělej to sám

Pro přeměnu elektromotoru na funkční generátor budete muset použít nepolární kondenzátorové banky, proto je lepší nepoužívat elektrolytické kondenzátory.

V třífázovém motoru můžete připojit kondenzátor podle následujících schémat:

• "Hvězda"– umožňuje generovat výrobu při nižším počtu otáček, ale s nižším výstupním napětím;
• "Trojúhelník"- přichází do provozu, když velké množství ot./min, proto produkuje více napětí.

Vlastní zařízení si můžete vytvořit z jednofázového motoru, ovšem za předpokladu, že je vybaveno rotorem nakrátko. Chcete-li zahájit vývoj, měli byste použít kondenzátor s fázovým posunem. Jednofázový motor komutátorového typu není vhodný pro přestavbu.

Požadované nástroje

Vytvoření vlastního generátoru není obtížné, hlavní věcí je mít všechny potřebné prvky:

1. Asynchronní motor.
2. Tachogenerátor (zařízení pro měření proudu) nebo otáčkoměr.
3. Kapacita pro kondenzátory.
4. Kondenzátor.
5. Nástroje.

Průvodce krok za krokem

1. Vzhledem k tomu, že budete muset překonfigurovat generátor tak, aby rychlost otáčení přesáhla otáčky motoru, musíte nejprve připojit motor k síti a spustit jej. Poté pomocí otáčkoměru zjistěte rychlost jeho otáčení.
2. Po zjištění rychlosti byste měli k výslednému označení přidat dalších 10%. Například technický ukazatel motoru je 1000 otáček za minutu, generátor by pak měl mít asi 1100 otáček za minutu (1000*0,1%=100, 1000+100=1100 otáček za minutu).
3. Měli byste vybrat kapacitu pro kondenzátory. K určení velikostí použijte data tabulky.

Tabulka kondenzátorů

Výkon generátoru KV A	Volnoběh
	KapacitaMkf	Jalový výkon Kvar	COS=1		COS = 0,8
			Kapacita mkf	Jalový výkonKvar	KapacitaMkf	Jalový výkon Kvar
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

Důležité! Pokud je kapacita velká, generátor se začne zahřívat.

Vyberte vhodné kondenzátory, které mohou poskytnout požadovanou rychlost otáčení. Při instalaci buďte opatrní.

Důležité! Všechny kondenzátory musí být izolovány speciálním povlakem.

Zařízení je připraveno a lze jej použít jako zdroj elektrické energie.

Důležité! Zařízení s rotorem nakrátko vytváří vysokého napětí, takže pokud potřebujete 220V, měli byste dodatečně nainstalovat transformátor snižující napětí.

Magnetický generátor

Magnetický generátor má několik rozdílů. Například nevyžaduje instalaci kondenzátorových bank. Magnetické pole, které bude vytvářet elektřinu ve vinutí statoru, je vytvářeno neodymovými magnety.

Vlastnosti vytvoření generátoru:

1. Je nutné odšroubovat oba kryty motoru.
2. Bude nutné demontovat rotor.
3. Rotor je nutné naostřit odstraněním vrchní vrstvy požadované tloušťky(tloušťka magnetu + 2mm). Je velmi obtížné provést tento postup sami bez soustružnického zařízení, proto byste se měli obrátit na soustružnický servis.
4. Na kus papíru vytvořte šablonu pro kulaté magnety, na základě parametrů je průměr 10-20 mm, tloušťka je asi 10 mm a přídavná síla je asi 5-9 kg na cm2. Velikost by měla být zvolena v závislosti na rozměrech rotoru. Vytvořenou šablonu poté připevněte k rotoru a magnety umístěte svými póly a pod úhlem 15-20 0 k ose rotoru. Přibližný počet magnetů v jednom pásku je cca 8 kusů.
5. Měli byste mít 4 skupiny pruhů, každá s 5 pruhy. Mezi skupinami by měla být vzdálenost 2 průměry magnetu a mezi pásy ve skupině - 0,5-1 průměr magnetu. Díky tomuto uspořádání se rotor nepřilepí ke statoru.
6. Po instalaci všech magnetů byste měli rotor naplnit speciální epoxidovou pryskyřicí. Po zaschnutí zakryjte válcový prvek skelným vláknem a znovu jej impregnujte pryskyřicí. Toto upevnění zabrání vylétnutí magnetů při pohybu. Ujistěte se, že průměr rotoru je stejný jako před drážkou, aby se při montáži neodíral o vinutí statoru.
7. Po vysušení rotoru je možné jej nainstalovat na místo a přišroubujte oba kryty motoru.
8. Proveďte testy. Pro spuštění generátoru budete muset otočit rotor pomocí elektrické vrtačky a na výstupu změřit výsledný proud tachometrem.

Předělat nebo ne

Chcete-li zjistit, zda je provoz vlastního generátoru účinný, měli byste vypočítat, jak oprávněné jsou snahy o přeměnu zařízení.

To neznamená, že zařízení je velmi jednoduché. Motor asynchronního motoru není ve složitosti horší než synchronní generátor. Jediným rozdílem je absence elektrického obvodu pro iniciaci provozu, ten je však nahrazen baterií kondenzátorů, která zařízení nijak nezjednodušuje.

Výhodou kondenzátorů je, že nevyžadují další údržbu a přijímají energii z magnetické pole rotoru nebo vyrobené elektrický proud. Z toho můžeme říci, že jedinou výhodou tohoto vývoje je absence nutnosti údržby.

Další pozitivní vlastností je jasný faktorový efekt. Spočívá v nepřítomnosti vyšších harmonických ve generovaném proudu, to znamená, že čím nižší je jeho indikátor, tím méně energie se spotřebuje na vytápění, magnetické pole a další aspekty. U třífázového elektromotoru je to asi 2 %, zatímco u synchronních strojů je to minimálně 15 %. Bohužel zohlednění tohoto ukazatele v každodenním životě, kdy jsou k síti připojeny různé typy elektrických spotřebičů, je nereálné.

Ostatní ukazatele a vlastnosti vývoje jsou negativní. Není schopen poskytnout jmenovitou výkonovou frekvenci vyrobeného napětí. Proto se zařízení používají společně s usměrňovacími stroji a také pro nabíjení baterií.

Generátor je citlivý na sebemenší výkyvy elektřiny. V průmyslovém vývoji se pro buzení používá baterie a v domácí verzi se část energie spotřebuje na baterii kondenzátorů. Když je zátěž generátoru vyšší než jeho jmenovitá hodnota, nemá dostatek elektřiny k dobití a zastaví se. V některých případech se používají kapacitní baterie, které mění svou dynamickou hlasitost v závislosti na zátěži.

1. Zařízení je velmi nebezpečné, proto se nedoporučuje používat napětí 380 V, pokud to není nezbytně nutné.
2. V souladu s opatřeními a bezpečnostními opatřeními musí být instalováno dodatečné uzemnění.
3. Sledujte tepelné podmínky vývoje. Není mu vlastní pracovat na volnoběh. Chcete-li snížit tepelný dopad, měli byste dobře vybrat kondenzátor.
4. Správně spočítejte výkon vyrobeného elektrického napětí. Například, když u třífázového generátoru funguje pouze jedna fáze, znamená to, že výkon je 1/3 celkového výkonu, a pokud pracují dvě fáze, 2/3.
5. Je možné nepřímo řídit frekvenci přerušovaného proudu. Když zařízení běží naprázdno, výstupní napětí se začíná zvyšovat a překračuje průmyslové hodnoty (220/380V) o 4-6%.
6. Nejlepší je vývoj izolovat.
7. Svůj domácí vynález byste měli vybavit tachometrem a voltmetrem zaznamenat svou práci.
8. Je vhodné poskytnout speciální tlačítka pro zapnutí a vypnutí mechanismu.
9. Úroveň účinnosti se sníží o 30-50%, je tento jev nevyhnutelný.

Pro napájení domácích zařízení a průmyslových zařízení je nutný zdroj elektřiny. Elektrický proud je možné generovat několika způsoby. Ale nejslibnější a nákladově nejefektivnější je dnes současná generace elektrické stroje. Nejjednodušší na výrobu, nejlevnější a nejspolehlivější v provozu se ukázal být asynchronní generátor, který vyrábí lví podíl elektřinu, kterou spotřebováváme.

Aplikace elektrické stroje tento typ je dán jejich přednostmi. Asynchronní elektrické generátory naproti tomu poskytují:

• vyšší stupeň spolehlivosti;
• dlouhá životnost;
• účinnost;
• minimální náklady na údržbu.

Tyto a další vlastnosti asynchronních generátorů jsou vlastní jejich konstrukci.

Konstrukce a princip činnosti

Hlavními pracovními částmi asynchronního generátoru jsou rotor (pohyblivá část) a stator (pevná část). Na obrázku 1 je rotor umístěn vpravo a stator vlevo. Věnujte pozornost konstrukci rotoru. Nejsou na něm vidět vinutí měděného drátu. Vinutí ve skutečnosti existují, ale sestávají z hliníkových tyčí zkratovaných na kroužky umístěné na obou stranách. Na fotografii jsou tyče viditelné ve formě šikmých čar.

Konstrukce vinutí nakrátko tvoří tzv. klec nakrátko. Prostor uvnitř této klece je vyplněn ocelovými pláty. Abychom byli přesní, hliníkové tyče jsou zalisovány do štěrbin vytvořených v jádru rotoru.

Rýže. 1. Rotor a stator asynchronního generátoru

Asynchronní stroj, jehož struktura je popsána výše, se nazývá generátor klece nakrátko. Kdo je obeznámen s konstrukcí asynchronního elektromotoru, pravděpodobně si všiml podobnosti ve struktuře těchto dvou strojů. V podstatě se neliší, protože asynchronní generátor a elektromotor s kotvou nakrátko jsou téměř totožné, s výjimkou přídavných budicích kondenzátorů používaných v režimu generátoru.

Rotor je umístěn na hřídeli, která je uložena na ložiskách upnutých na obou stranách kryty. Celá konstrukce je chráněna kovovým pláštěm. Generátory středního a vysokého výkonu vyžadují chlazení, proto je na hřídeli dodatečně instalován ventilátor a samotná skříň je provedena jako žebrovaná (viz obr. 2).

Rýže. 2. Sestava asynchronního generátoru

Princip fungování

Podle definice je generátor zařízení, které přeměňuje mechanickou energii na elektrický proud. Nezáleží na tom, jaká energie je použita k otáčení rotoru: vítr, potenciální energie vody nebo vnitřní energie přeměněná turbínou nebo spalovacím motorem na mechanickou energii.

V důsledku rotace rotoru křižují vinutí statoru magnetické siločáry vzniklé zbytkovou magnetizací ocelových plátů. V cívkách je generováno EMF, které při připojení aktivních zátěží vede k vytváření proudu v jejich obvodech.

V tomto případě je důležité, aby synchronní rychlost otáčení hřídele byla o něco (asi o 2 - 10 %) vyšší než synchronní frekvence střídavého proudu (nastavená počtem pólů statoru). Jinými slovy, je nutné zajistit asynchronii (nesoulad) rychlosti otáčení o velikost prokluzu rotoru.

Je třeba poznamenat, že takto získaný proud bude malý. Pro zvýšení výstupního výkonu je nutné zvýšit magnetickou indukci. Zvýšení účinnosti zařízení dosahují připojením kondenzátorů na vývody cívek statoru.

Obrázek 3 ukazuje schéma kondenzátorem buzeného asynchronního svařovacího alternátoru (levá strana schématu). Vezměte prosím na vědomí, že polní kondenzátory jsou zapojeny v konfiguraci trojúhelníku. Pravá strana obrázku je skutečným schématem samotného invertorového svařovacího stroje.

Rýže. 3. Schéma svařovacího asynchronního generátoru

Jsou jiní, více složité obvody buzení, například pomocí induktorů a banky kondenzátorů. Příklad takového obvodu je na obrázku 4.

Obrázek 4. Schéma zařízení s induktory

Rozdíl od synchronního generátoru

Hlavním rozdílem mezi synchronním alternátorem a asynchronním generátorem je konstrukce rotoru. U synchronního stroje se rotor skládá z drátových vinutí. K vytvoření magnetické indukce se používá autonomní zdroj energie (často přídavný nízkopříkonový DC generátor umístěný na stejné ose jako rotor).

Výhodou synchronního generátoru je, že generuje kvalitnější proud a je snadno synchronizovatelný s jinými alternátory podobného typu. Synchronní alternátory jsou však citlivější na přetížení a zkraty. Jsou dražší než jejich asynchronní kolegové a náročnější na údržbu – je nutné hlídat stav kartáčků.

Harmonický koeficient neboli clearingový faktor asynchronních generátorů je nižší než u synchronních alternátorů. To znamená, že vyrábějí téměř čistou elektřinu. Následující fungují stabilněji při takových proudech:

• nastavitelné nabíječky;
• moderní televizní přijímače.

Asynchronní generátory zajišťují spolehlivé spouštění elektromotorů, které vyžadují vysoké startovací proudy. V tomto ukazateli ve skutečnosti nejsou horší než synchronní stroje. Mají méně reaktivní zátěže, což má pozitivní vliv na tepelný režim, protože na jalový výkon se spotřebuje méně energie. Asynchronní alternátor má lepší stabilitu výstupní frekvence při různých otáčkách rotoru.

Klasifikace

Generátory zkratového typu jsou nejrozšířenější díky jednoduchosti jejich konstrukce. Existují však i jiné typy asynchronních strojů: alternátory s vinutým rotorem a zařízení využívající permanentní magnety, tvořící budicí obvod.

Pro srovnání, obrázek 5 ukazuje dva typy generátorů: vlevo na základně a vpravo - asynchronní stroj založený na IM s vinutým rotorem. I letmý pohled na schematické obrázky odhalí složitou konstrukci navinutého rotoru. Pozornost přitahuje přítomnost sběracích kroužků (4) a mechanismu držáku kartáče (5). Číslo 3 označuje drážky pro vinutí drátu, do kterých je třeba přivádět proud pro jeho vybuzení.

Rýže. 5. Typy asynchronních generátorů

Přítomnost budících vinutí v rotoru asynchronního generátoru zlepšuje kvalitu generovaného elektrického proudu, ale ztrácí se takové výhody, jako je jednoduchost a spolehlivost. Proto se taková zařízení používají jako zdroj autonomního napájení pouze v těch oblastech, kde je obtížné se bez nich obejít. Permanentní magnety v rotorech se používají především pro výrobu nízkoenergetických generátorů.

Rozsah použití

Nejběžnější použití generátorových soustrojí s rotorem nakrátko. Jsou levné a nevyžadují prakticky žádnou údržbu. Zařízení vybavená spouštěcími kondenzátory mají slušné ukazatele účinnosti.

Asynchronní alternátory se často používají jako autonomní nebo záložní zdroj energie. Pracují s nimi, používají se pro výkonné mobilní a.

Alternátory s třífázovým vinutím spolehlivě nastartují třífázový elektromotor, proto se často používají v průmyslových elektrárnách. Mohou také napájet zařízení jednofázové sítě. Dvoufázový režim umožňuje šetřit palivo na spalovacím motoru, protože nepoužívaná vinutí jsou v klidovém režimu.

Rozsah použití je poměrně široký:

• dopravní průmysl;
• zemědělství;
• sféra domácností;
• lékařské ústavy;

Asynchronní alternátory jsou vhodné pro výstavbu místních větrných a vodních elektráren.

DIY asynchronní generátor

Okamžitě si udělejme výhradu: nemluvíme o výrobě generátoru od nuly, ale o přeměně asynchronního motoru na alternátor. Někteří řemeslníci používají již hotový stator z motoru a experimentují s rotorem. Cílem je použít neodymové magnety k výrobě pólů rotoru. Obrobek s nalepenými magnety může vypadat nějak takto (viz obr. 6):

Rýže. 6. Blank s nalepenými magnety

Magnety nalepíte na speciálně opracovaný obrobek namontovaný na hřídeli elektromotoru, přičemž dodržíte jejich polaritu a úhel posunu. To bude vyžadovat alespoň 128 magnetů.

Hotová konstrukce musí být přizpůsobena statoru a zároveň zajistit minimální mezeru mezi zuby a magnetickými póly vyráběného rotoru. Vzhledem k tomu, že magnety jsou ploché, budete je muset brousit nebo brousit za stálého chlazení struktury, protože neodym ztrácí své magnetické vlastnosti, když vysoká teplota. Pokud vše uděláte správně, generátor bude fungovat.

Problém je v tom, že vyrobit ideální rotor v řemeslných podmínkách je velmi obtížné. Pokud ale máte soustruh a jste ochotni strávit pár týdnů úpravami a úpravami, můžete experimentovat.

Nabízím více praktická varianta– přeměna asynchronního motoru na generátor (viz video níže). K tomu budete potřebovat elektromotor s vhodným výkonem a přijatelnou rychlostí rotoru. Výkon motoru musí být minimálně o 50 % vyšší než požadovaný výkon alternátoru. Pokud máte k dispozici takový elektromotor, pusťte se do zpracování. V opačném případě je lepší koupit již hotový generátor.

K recyklaci budete potřebovat 3 kondenzátory značek KBG-MN, MBGO, MBGT (můžete vzít i jiné značky, ale ne elektrolytické). Kondenzátory vybírejte pro napětí alespoň 600 V (pro třífázový motor). Jalový výkon generátoru Q souvisí s kapacitou kondenzátoru podle následující závislosti: Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6.

S rostoucí zátěží se zvyšuje jalový výkon, což znamená, že pro udržení stabilního napětí U je nutné zvýšit kapacitu kondenzátorů přidáním nových kapacit spínáním.

Video: výroba asynchronního generátoru z jednofázového motoru - 1. část

Část 2

V praxi se většinou volí průměrná hodnota za předpokladu, že zatížení nebude maximální.

Po zvolení parametrů kondenzátorů je připojte ke svorkám vinutí statoru, jak je znázorněno na schématu (obr. 7). Generátor je připraven.

Rýže. 7. Schéma zapojení kondenzátoru

Asynchronní generátor nevyžaduje zvláštní péči. Jeho údržba spočívá ve sledování stavu ložisek. V nominálních režimech může zařízení fungovat roky bez zásahu obsluhy.

Slabým článkem jsou kondenzátory. Mohou selhat, zvláště když jsou jejich nominální hodnoty vybrány nesprávně.

Generátor se během provozu zahřívá. Pokud často připojujete zvýšenou zátěž, sledujte teplotu zařízení nebo se postarejte o dodatečné chlazení.

(AG) je nejběžnější střídavý elektrický stroj, používaný především jako motor.
Pouze nízkonapěťové AG (napájecí napětí do 500 V) o výkonu 0,12 až 400 kW spotřebují více než 40 % veškeré elektřiny vyrobené na světě a jejich roční výkon dosahuje stovek milionů a pokrývá nejrozmanitější potřeby průmyslová a zemědělská výroba, námořní, letecké a dopravní systémy, automatizační systémy, vojenská a speciální technika.

Tyto motory jsou relativně jednoduché konstrukce, velmi spolehlivé v provozu, mají poměrně vysoký energetický výkon a nízké náklady. Proto se rozsah použití asynchronních motorů neustále rozšiřuje, jak v nových oblastech techniky, tak i jako náhrada složitějších elektrických strojů. různá provedení.

Velký zájem je např posledních letech příčiny použití asynchronních motorů v generátorovém režimu pro napájení jak třífázových spotřebičů proudu, tak spotřebičů stejnosměrného proudu prostřednictvím usměrňovačů. V systémech automatické ovládání, ve sledovacích elektrických pohonech, ve výpočetních zařízeních jsou asynchronní tachogenerátory s rotorem nakrátko široce používány pro přeměnu úhlové rychlosti na elektrický signál.

Aplikace režimu asynchronního generátoru

Za určitých provozních podmínek autonomních zdrojů energie je použití režim asynchronního generátoru se ukazuje jako preferované nebo dokonce jediné možné řešení, jako např. u vysokorychlostních mobilních elektráren s bezpřevodovým pohonem plynové turbíny s rychlostí otáčení n = (9...15)10 3 ot./min. Práce popisuje AG s masivním feromagnetickým rotorem o výkonu 1500 kW při n = 12000 ot./min., určený pro autonomní svařovací komplex „Sever“. V tomto případě masivní rotor s podélnými štěrbinami obdélníkového průřezu neobsahuje vinutí a je vyroben z masivního ocelového výkovku, což umožňuje přímé spojení rotoru motoru v generátorovém režimu s pohonem plynové turbíny při obvodové rychlosti na povrchu rotoru až 400 m/s. Pro rotor s laminovaným jádrem a zkratem. u vinutí „klece nakrátko“ nepřesahuje přípustná obvodová rychlost 200 - 220 m/s.

Dalším příkladem efektivního využití asynchronního motoru v generátorovém režimu je jejich dlouhodobé použití v minivodních elektrárnách při stabilním zatížení.

Vyznačují se snadnou obsluhou a údržbou, snadno se zapínají pro paralelní provoz a tvar křivky výstupního napětí je blíže sinusovému než u SG při provozu na stejnou zátěž. Navíc hmotnost AG o výkonu 5-100 kW je přibližně 1,3 - 1,5 krát menší než hmotnost AG stejného výkonu a nesou menší objem vinutých materiálů. Konstrukčně se přitom nijak neliší od klasických motorů a jejich sériová výroba je možná v elektrických strojírenských závodech, které vyrábějí asynchronní stroje.

Nevýhody asynchronního režimu generátoru, asynchronní motor (IM)

Jednou z nevýhod IM je, že se jedná o spotřebiče značného jalového výkonu (50 % a více z celkového výkonu) nutného k vytvoření magnetického pole ve stroji, které musí pocházet z paralelního provozu asynchronního motoru v režimu generátoru s sítě nebo z jiného zdroje jalového výkonu (kondenzátorová banka (BC) nebo synchronní kompenzátor (SC)) při autonomním provozu AG. V druhém případě je nejúčinnější zařadit kondenzátorovou banku do obvodu statoru paralelně se zátěží, i když v zásadě je možné ji zařadit do obvodu rotoru. Ke zlepšení provozní vlastnosti V asynchronním režimu generátoru lze kondenzátory dodatečně zapojit do obvodu statoru sériově nebo paralelně se zátěží.

Ve všech případech autonomní provoz asynchronního motoru v generátorovém režimu, zdroje jalového výkonu(BC nebo SK) musí poskytovat jalový výkon jak AG, tak zátěži, která má zpravidla jalovou (indukční) složku (cosφ n< 1, соsφ н > 0).

Hmotnost a rozměry kondenzátorové banky nebo synchronního kompenzátoru mohou překročit hmotnost asynchronního generátoru a pouze když cosφ n = 1 (čistě aktivní zátěž) jsou rozměry SC a hmotnost BC srovnatelné s velikostí a hmotnost AG.

Dalším, nejobtížnějším problémem je problém stabilizace napětí a frekvence autonomně pracujícího AG, který má „měkkou“ vnější charakteristiku.

Při použití režim asynchronního generátoru Jako součást autonomního systému je tento problém dále komplikován nestabilitou otáček rotoru. Možné a v současnosti používané způsoby regulace napětí v režimu asynchronního generátoru.

Při navrhování AG pro optimalizaci by měly být výpočty prováděny podle maximální účinnosti v široký rozsah změny rychlosti otáčení a zatížení, jakož i s minimálními náklady, s přihlédnutím k celému schématu řízení a regulace. Návrh generátorů musí zohledňovat klimatické podmínky provozu větrné turbíny, neustále působící mechanické síly na konstrukční prvky a zejména silné elektrodynamické a tepelné efekty při přechodových procesech, ke kterým dochází při spouštění, výpadcích proudu, ztrátě synchronismu, zkratech. a další, stejně jako při výrazných nárazech větru.

Návrh asynchronního stroje, asynchronní generátor

Struktura asynchronního stroje s rotorem nakrátko je znázorněna na příkladu motoru řady AM (obr. 5.1).

Hlavními částmi IM jsou stacionární stator 10 a v něm rotující rotor, oddělený od statoru vzduchovou mezerou. Pro snížení vířivých proudů jsou jádra rotoru a statoru vyrobena ze samostatných plechů lisovaných z elektrooceli o tloušťce 0,35 nebo 0,5 mm. Plechy jsou zoxidované (podléhají tepelné zpracování), což zvyšuje jejich povrchovou odolnost.
Jádro statoru je zabudováno do rámu 12, který je vnější částí stroje. Na vnitřní ploše jádra jsou drážky, ve kterých je uloženo vinutí 14. Statorové vinutí je nejčastěji tvořeno třífázovým dvouvrstvým z jednotlivých cívek se zkrácenou roztečí izolovaného měděného drátu. Začátky a konce fází vinutí jsou vyvedeny na svorky svorkovnice a jsou označeny takto:

začátek - СС2, С 3;

konce - C 4, C5, So.

Vinutí statoru může být zapojeno do hvězdy (Y) nebo trojúhelníku (D). To umožňuje použít stejný motor na dvě různá lineární napětí, která jsou ve vztahu např. 127/220 V nebo 220/380 V. V tomto případě zapojení Y odpovídá zapnutí IM na nejvyšší napětí .

Sestavené jádro rotoru je nalisováno na hřídel 15 za tepla a je chráněno před otáčením pomocí pera. Na vnějším povrchu má jádro rotoru drážky pro uložení vinutí 13. Vinutí rotoru u nejběžnějších IM je řada měděných nebo hliníkových tyčí umístěných v drážkách a uzavřených na koncích kroužky. U motorů s výkonem do 100 kW a více se vinutí rotoru provádí plněním drážek roztaveným hliníkem pod tlakem. Současně s vinutím jsou odlévány uzavírací kroužky spolu s ventilačními křidélky 9. Tvar takového vinutí připomíná „klec na veverku“.

Motor s vinutým rotorem. Generátor asynchronního režimu A.

U speciálních asynchronních motorů může být vinutí rotoru navrženo podobně jako vinutí statoru. Rotor s takovým vinutím má kromě naznačených částí na hřídeli namontované tři sběrací kroužky, určené k připojení vinutí k vnějšímu obvodu. V tomto případě se IM nazývá motor s vinutým rotorem nebo se sběracími kroužky.

Hřídel 15 rotoru spojuje všechny prvky rotoru a slouží k připojení asynchronního motoru k pohonu.

Vzduchová mezera mezi rotorem a statorem se u strojů pohybuje v rozmezí 0,4 - 0,6 mm nízký výkon a až 1,5 mm u vysoce výkonných strojů. Ložiskové štíty 4 a 16 motoru slouží jako podpěry pro ložiska rotoru. Chlazení asynchronního motoru se provádí na principu samodmýchání ventilátorem 5. Ložiska 2 a 3 jsou zvenku uzavřena víky 1 s labyrintovým těsněním. Na tělese statoru je instalována skříň 21 se svorkami 20 statorového vinutí. Na těle je připevněna destička 17, na které jsou vyznačeny základní údaje krevního tlaku. Na obr. 5.1 je také naznačeno: 6 - zásuvka pro montáž stínění; 7 - pouzdro; 8 — tělo; 18 — tlapka; 19 - ventilační potrubí.

Tyto práce nemají prakticky nic společného, ​​protože je nutné vyrobit systémové komponenty, které se liší podstatou a účelem. Pro výrobu obou prvků se používají improvizované mechanismy a zařízení, které lze použít nebo přeměnit na požadovaný celek. Jednou z možností pro vytvoření generátoru, často používaného při výrobě větrného generátoru, je výroba z asynchronního elektromotoru, který nejúspěšněji a nejúčinněji řeší problém. Zvažme otázku podrobněji:

Výroba generátoru z asynchronního motoru

Asynchronní motor je nejlepší „blank“ pro výrobu generátoru. Pro tento účel má nejlepší výkon z hlediska odolnosti proti zkratu a je méně náročný na vnikání prachu nebo nečistot. Navíc asynchronní generátory produkují čistší energii; čistý faktor (přítomnost vyšších harmonických) u těchto zařízení je pouze 2 % oproti 15 % u synchronních generátorů. Vyšší harmonické přispívají k zahřívání motoru a narušují režim otáčení, takže jejich malý počet je velkou výhodou konstrukce.

Asynchronní zařízení nemají rotující vinutí, což do značné míry eliminuje možnost jejich selhání nebo poškození třením nebo zkratem.

Také důležitým faktorem je přítomnost napětí 220V nebo 380V na výstupních vinutích, což vám umožňuje připojit spotřebitelská zařízení přímo ke generátoru a obcházet současný stabilizační systém. To znamená, že dokud bude vítr, budou zařízení fungovat úplně stejně jako ze sítě.

Jediný rozdíl oproti provozu celého komplexu je v tom, že přestává fungovat ihned po odeznění větru, přičemž baterie obsažené v sadě napájejí spotřebiče nějakou dobu s využitím jejich kapacity.

Jak předělat rotor

Jedinou změnou konstrukce asynchronního motoru při jeho přeměně na generátor je instalace permanentních magnetů na rotor. Pro získání většího proudu se někdy vinutí převíjí silnějším drátem, který má menší odpor a dává nejlepší výsledky, ale tento postup není kritický, můžete se bez něj obejít - generátor bude fungovat.

Rotor asynchronního motoru nemá žádné vinutí ani jiné prvky, ve skutečnosti je to obyčejný setrvačník. Rotor je zpracován v soustruh u kovu se bez něj neobejdete. Proto při vytváření projektu musíte okamžitě vyřešit problém s technickou podporu práce, najděte známého soustružníka nebo organizaci zabývající se takovou prací. Rotor musí být zmenšen v průměru o tloušťku magnetů, které na něj budou instalovány.

Existují dva způsoby instalace magnetů:

• výroba a montáž ocelové objímky, která je umístěna na rotoru s předem zmenšeným průměrem, načež jsou k objímce připevněny magnety. Tato metoda umožňuje zvýšit sílu magnetů, hustotu pole, což přispívá k více aktivní vzdělávání EMF
• zmenšení průměru pouze o tloušťku magnetů plus požadovanou pracovní mezeru. Tato metoda je jednodušší, ale bude vyžadovat více instalace silné magnety, nejlepší jsou neodymové, které mají mnohem větší sílu a vytvářejí mohutné pole.

Magnety jsou instalovány podél linií konstrukce rotoru, tzn. ne podél osy, ale mírně posunuté ve směru otáčení (tyto čáry jsou na rotoru dobře viditelné). Magnety jsou uspořádány ve střídavých pólech a připevněny k rotoru pomocí lepidla (doporučeno). epoxidová pryskyřice). Po zaschnutí můžete sestavit generátor, kterým se nyní stal náš motor, a přistoupit ke zkušebním postupům.

Testování nově vytvořeného generátoru

Tento postup umožňuje zjistit stupeň účinnosti generátoru a experimentálně určit rychlost otáčení rotoru potřebnou k získání požadovaného napětí. Obvykle se uchýlí k pomoci jiného motoru, například elektrické vrtačky s nastavitelnou rychlostí otáčení sklíčidla. Otáčením rotoru generátoru s k němu připojeným voltmetrem nebo žárovkou zkontrolují, jaké otáčky jsou požadovány pro minimum a jaká je maximální mez výkonu generátoru, aby získali data, na základě kterých vznikne větrný mlýn.

Pro testovací účely můžete připojit jakékoli spotřebitelské zařízení (například topidlo nebo osvětlovací zařízení) a ověřit jeho funkčnost. To pomůže vyřešit jakékoli otázky, které vyvstanou, a provést jakékoli změny, pokud to bude potřeba. Například někdy nastanou situace, kdy se rotor „zasekne“ a nenastartuje při slabém větru. K tomu dochází, když jsou magnety nerovnoměrně rozmístěny a je opraveno rozebráním generátoru, odpojením magnetů a jejich opětovným připojením v jednotnější konfiguraci.

Po dokončení všech prací je k dispozici plně funkční generátor, který nyní potřebuje zdroj rotace.

Výroba větrného mlýna

Chcete-li vytvořit větrný mlýn, budete si muset vybrat jednu z možností designu, kterých je mnoho. Existují tedy horizontální nebo vertikální konstrukce rotoru (v tomto případě termín „rotor“ označuje rotující část větrného generátoru - hřídel s lopatkami poháněnými silou větru). mají vyšší účinnost a stabilitu při výrobě energie, ale vyžadují systém vedení toku, který zase vyžaduje snadné otáčení na hřídeli.

Čím je generátor výkonnější, tím obtížněji se otáčí a tím větší sílu musí větrný mlýn vyvinout, což vyžaduje větší velikost. Navíc čím větší je větrný mlýn, tím je těžší a má větší klidovou setrvačnost, která se tvoří začarovaný kruh. Obvykle se používají průměrné hodnoty a hodnoty, které umožňují vytvořit kompromis mezi velikostí a snadností otáčení.

Jednodušší na výrobu a nenáročné na směr větru. Zároveň mají menší účinnost, protože vítr působí na obě strany lopatky stejnou silou, což ztěžuje rotaci. Aby se předešlo této nevýhodě, bylo vytvořeno mnoho různých konstrukcí rotorů, jako například:

• Savonius rotor
• Rotor Daria
• Lenz rotor

Známý ortogonální vzory(vzdálené od sebe vzhledem k ose rotace) nebo šroubovité (lopatky mají složitý tvar, připomínající spirálové závity). Všechny tyto návrhy mají své výhody a nevýhody, z nichž hlavní je absence matematického modelu rotace jednoho nebo druhého typu čepele, což činí výpočet extrémně složitým a přibližným. Používají proto metodu pokus omyl - vytvoří se experimentální model, zjistí se jeho nedostatky s přihlédnutím k tomu, který pracovní rotor je vyroben.

Nejjednodušší a nejběžnější provedení je rotor, ale v poslední době se na internetu objevilo mnoho popisů jiných větrných generátorů založených na jiných typech.

Konstrukce rotoru je jednoduchá - hřídel na ložiskách, na jejichž vrcholu jsou upevněny lopatky, které se vlivem větru otáčejí a přenášejí točivý moment na generátor. Rotor je vyroben z dostupných materiálů, instalace nevyžaduje nadměrnou výšku (obvykle o 3-7 m), záleží na síle větru v dané oblasti. Vertikální konstrukce nevyžadují téměř žádnou údržbu nebo péči, což usnadňuje provoz větrného generátoru.