В завершение нашего анализа генераторных устройств стоит отметить возможность создания асинхронного генератора (АГ) на базе асинхронного двигателя. Эта перспектива открывается благодаря известному принципу обратимости работы электрических машин, согласно которому направление преобразования энергии может быть выбрано произвольно.
Асинхронный генератор
Существующие типы генераторных устройств классифицируются по их рабочим особенностям на синхронные и асинхронные машины, причем наиболее распространенной разновидностью являются именно асинхронные генераторы. Структура и принцип работы таких генераторов аналогичны таковым у асинхронных двигателей, однако преобразование энергии в генераторе происходит в обратном направлении – из механической в электрическую форму. Чтобы увидеть, как выглядит асинхронный генератор, можно ознакомиться с изображением ниже.
Асинхронный генератор (АГ)
Как и в случае с асинхронными двигателями, работающими в реверсном режиме (то есть на торможение), при генерации электроэнергии наблюдается аналогичный эффект, который приводит к частичному рассеиванию энергии в виде тепла. Поэтому коэффициент полезного действия (КПД) таких устройств сравнительно невысок.
Принцип работы
Чтобы лучше понять принцип работы асинхронного генератора, следует предварительно ознакомиться с основами функционирования синхронных генераторов. Оба типа генераторов имеют схожие приборы и лишь незначительно отличаются по конструкции и способу действия (например, конструкцией вращающегося ротора).
В синхронных машинах используется ротор с установленными на нем постоянными магнитами. При его вращении с механического привода магнитные элементы создают в статоре переменное электромагнитное поле, изменяющееся по величине и направлению, что обеспечивает протекание переменного тока в подключенной нагрузке. Важно отметить, что ротор вращается синфазно с создаваемой им электродвижущей силой (ЭДС).
В отличие от синхронных машин, асинхронный генератор демонстрирует небольшое отставание вращения ротора относительно наводимого в статоре электромагнитного поля. Это явление, известное как эффект скольжения, означает, что ротору необходимо вращаться с меньшей скоростью, чем сам генерируемый ток, чтобы обеспечить эффективное взаимодействие между движущимися и неподвижными полями.
Обратите внимание! Это явление объясняется особенностью конструкции ротора АГ, который изготавливается в виде цельной замкнутой решетки, известной как «беличье колесо». Визуальное представление ротора можно увидеть на фотографии ниже.
Ротор беличье колесо
Когда приводной вал вращается под воздействием внешнего механического импульса (например, двигателя внутреннего сгорания), остаточный магнетизм статора создает наводимую ЭДС в решетке ротора. В результате взаимодействия двух полей (подвижного и неподвижного) происходит динамическое взаимодействие.
Из-за задержки наводимого поля в обмотках ротора относительно статора, ротор начинает вращаться асинхронно, что представляет собой ключевую характеристику работы асинхронного генератора.
Устройство
Асинхронный генератор имеет несложную структуру. Основные компоненты устройства это:
Первый элемент представляет собой подвижную деталь, в то время как второй элемент сохраняет свое положение в процессе работы устройства. Обмотки проволоки, используемой в конструкции, не всегда легко заметны, так как они выполнены из алюминия и расположены под специальными пластинами, создающими улучшенные характеристики.
Структура, образованная короткозамкнутыми обмотками, называется «беличья клетка».
Внутреннее пространство устройства заполнено стальными пластинами, а алюминиевые стержни помещаются в пазы, находящиеся в сердечнике подвижного элемента. Ротор установлен на валу генератора, который вращается на подшипниках. Элементы конструкции фиксируются с помощью двух крышек, которые надежно зажимают вал с обеих сторон. Корпус агрегата выполнен из металлического материала и в некоторых вариантах дополнительно оснащен вентилятором для охлаждения, а на его поверхности расположены ребра для лучшего теплового обмена.
Преимуществом асинхронных генераторов является возможность их работы как с напряжением в 220 В, так и с более высокими значениями, что требует правильного выбора схемы подключения в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Принцип работы
Основная задача генератора заключается в производстве электрической энергии из механической:
- ветровой;
- гидравлической;
- внутренней, преобразованной в механическую.
Когда ротор начинает вращаться, в его контуре образуются магнитные линии силы, проникающие через обмотки статорной части, что приводит к возникновению электродвижущей силы, и, как следствие, тока в цепи. Это осуществляется за счет подключения активных нагрузок к генератору.
Важным аспектом для устойчивой работы генератора является отслеживание скорости вращения вала, которая должна превышать частоту, при которой образуется переменный ток. Эта частота определяется полюсами статора. Говоря проще, в процессе генерации электроэнергии необходимо обеспечить несовпадение частот, которое должно составлять величину скольжения ротора.
При вращении вала под воздействием внешнего механического импульса и остаточного магнетизма возникает собственная ЭДС устройства. В итоге, подвижное и неподвижное поля начинают взаимодействовать друг с другом динамически.
Ток, производимый асинхронным генератором, обычно имеет невысокие значения. Для повышения выходной мощности необходимо увеличить магнитную индукцию.
Достижение этого результата часто осуществляется благодаря дополнительным статорам конденсаторов, которые подключаются к выводам катушек и тщательно контролируются для обеспечения стабильных показателей работы системы.
Устройство генератора
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его
Перед тем как начинать процесс переделки асинхронного двигателя в генератор, важно понимать конструкцию данного устройства, которое выглядит следующим образом:
- Статор, на котором располагается сетевое обмотка с тремя фазами, размещенной вокруг его рабочей поверхности.
- Обмотка организована в форме звезды: три начальных элемента соединяются, а три противоположные стороны связываются с контактными кольцами, которые не имеют точек соприкосновения друг с другом.
- Контактные кольца надежно крепятся к валу ротора.
- В конструкции присутствуют специальные щетки, которые не движутся самостоятельно, но служат для включения реостата с тремя фазами, что позволяет изменять параметры сопротивления роторной обмотки.
- Иногда в конструкцию может быть встроен автоматический короткозамыкатель, который нужен для закорочивания обмотки и остановки работающего реостата.
- Еще одним дополнением к генератору может служить специальное устройство, которое разводит щетки и контактные кольца, когда они находятся на стадии замыкания, тем самым уменьшая потери на трение.
Изготовление генератора из двигателя
Практически любой асинхронный электродвигатель можно самостоятельно преобразовать в генератор, который впоследствии будет использоваться в быту. Для этой цели подходит даже двигатель старой стиральной машинки или другого подобного оборудования.
Для успешной реализации данного процесса рекомендуется следовать следующему алгоритму действий:
- Снимите слой сердечника двигателя, чтобы создать углубление в его конструкции.
- Это можно сделать на токарном станке, рекомендуется снимать около 2 мм с поверхности сердечника и пробурить дополнительные отверстия глубиной около 5 мм.
- Снимите размеры с полученного ротора, а затем из жестяного материала изготовьте шаблон в виде полосы, который будет соответствовать размерам устройства.
- Установите в образовавшееся пространство неодимовые магниты, которые стоит заранее закупить. На каждый полюс потребуется не менее 8 магнитов.
- Крепление магнитов можно осуществить с помощью универсального клея, однако нужно соблюдать осторожность: при близости к поверхности ротора они могут испортить свое положение, поэтому их следует крепко держать, пока каждый магнит не приклеится. Рекомендуется носить защитные очки, чтобы предотвратить попадание клея в глаза.
- Заверните ротор обычной бумагой и зафиксируйте ее скотчем.
- Заделайте торцовую часть ротора пластилином для герметизации устройства.
- После выполнения этих действий следует обработать свободные пространства между магнитами. Для этого оставшуюся между магнитами область залейте эпоксидной смолой. Можно проделать отверстие в оболочке, преобразовать его в горлышко и заделать границы с помощью пластилина, после чего внутри заливается смола.
- Подождите, пока смола полностью не затвердеет, после чего уберите защитную бумажную оболочку.
- Закрепите ротор на токарном станке или в тисках, чтобы произвести его шлифовку. Для этой процедуры будет удобно использовать наждачную бумагу среднего зерна.
- Определите состояние и назначение проводов, выходящих из двигателя. Два из них должны вести к рабочей обмотке, остальные можно обрезать, чтобы избежать путаницы.
- Иногда процесс вращения может осуществляться недостаточно хорошо, чаще всего причиной этому являются устаревшие и затрудненные в работе подшипники; в таком случае их нужно заменить на новые.
- Выпрямитель для генератора желательно собрать из кремниевых диодов, специально предназначенных для этой цели. Также потребуется контроллер для зарядки, который подходит для большинства современных моделей.
После выполнения всех перечисленных шагов, процесс можно считать завершенным, асинхронный двигатель был успешно преобразован в генератор того же типа.
Этапы изготовления, советы по эксплуатации
Для создания электрогенератора потребуется подходящий мотор. Его можно взять, к примеру, из старой стиральной машинки. Процесс переоборудования включает доработку ротора и выполняется в следующем порядке:
Вот видео-пример работы электрогенератора, созданного на основе асинхронного мотора:
- Сначала сердечник обрабатывается на токарном станке. С краев снимается около 2 мм.
- Подготовленные неодимовые магниты (по 8 штук на каждый полюс) устанавливаются на освободившееся место.
- Монтаж магнитов производится с помощью мгновенного клея, при этом их стоит прижимать до тех пор, пока не произойдет фиксация, поскольку под воздействием сили будут смещаться.
- Далее ротор оборачивается бумагой и обматывается скотчем.
- Затем торцы конструкции заделываются пластилином.
- После этого заливаются свободные места между магнитами эпоксидной смолой. Для этого проделываются отверстия в бумажной оболочке, через которые заливается состав.
- После того, как смола затвердеет, удаляется внешняя бумажная оболочка.
- Далее деталь фиксируется, например, в тисках, и проводится ее шлифовка до гладкого состояния.
- Определите проводники в системе электроснабжения двигателя. Одна пара проводов должна вести к обмотке; остальные можно удалить для избежать путаницы при подключении.
Вот видео-инструкция по изготовлению генератора из электромотора:
- После установки ротора на место проверьте его способность к свободному вращению. Если будут замечены какие-либо затруднения, то потребуется заменить подшипники.
Если необходимо преобразование переменного тока в постоянный, вам потребуется выпрямитель. Его можно собрать из специально предназначенных для этой цели кремниевых диодов.
Чтобы электрогенератор прослужил долго, следует учитывать несколько нюансов в его эксплуатации:
- Наиболее уязвимой частью механической системы являются подшипники. Необходимо периодически проверять, смазывать и при необходимости заменять их.
- Слабым элементом в электрической системе являются конденсаторы. Неправильный выбор по номиналу может быстро привести их к выходу из строя.
- Увеличение нагрузок свыше нормы ведет к перегреву устройства. Поэтому следует либо строго контролировать подключения, либо обеспечить надежное охлаждение.
Если генератор трёхфазный, а подключается только одна фаза, максимальная мощность потребления должна составлять не более 1/3 от общей, в то время как при подключении двух фаз — не более 2/3.
Вот видео о том, как сделать электрогенератор на основе электромотора и бензинового двигателя:
Коротко о главном
Электромоторы бывают с короткозамкнутым и фазным ротором. Наиболее распространены первые из них благодаря своей надежности и простоте в обслуживании. Асинхронные модели, по сравнению с синхронными, проще в устройстве, лучше защищены от внешних факторов и перепадов, а также обеспечивают стабильные параметры тока.
Принцип работы генератора основан на образовании индукционного тока в статичной обмотке статора при вращении намагниченного ротора. Самодельный генератор может использоваться для обустройства частных электростанций, автономного и альтернативного электроснабжения дома.
Чтобы использовать электромотор в качестве генератора, необходимо внедрить в его электросхему емкостные конденсаторы. Емкость рассчитывается по специальной формуле и зависит от частоты вращения ротора.
Для того чтобы генератор выдавал напряжение 220 В, обмотки подключаются по схеме «треугольник», а для 380 В — по схеме «звезда». Преимущества самодельного генератора заключаются в минимальных затратах на обслуживание и вполне приемлемых характеристиках вырабатываемого тока.
Однако существуют и недостатки: невозможность создания промышленного масштаба тока, чувствительность к перепадам нагрузок и риск отключения, а также скачки напряжения на выводе. Переоборудование мотора в генератор включает доработку ротора, идентификацию электрических проводов и замену подшипников.
Напишите в комментариях, для каких целей вы хотите использовать домашний генератор, или уже используете!
Генераторный режим асинхронных двигателей
Главной функцией автономных трехфазных асинхронных генераторов является преобразование механической энергии, поступающей от основного двигателя, в электрическую. Благодаря своим плюсам, работа асинхронного двигателя в генераторном режиме имеет особое значение для выработки электроэнергии в определенных условиях.
В сравнении с другими типами генераторов, в асинхронных отсутствует коллекторно-щеточный механизм, что обеспечивает более надежную и долговечную эксплуатацию. В качестве первичных двигателей для отключенных асинхронных машин могут использоваться различные устройства, позволяющие обеспечить вращение. В этом контексте проявляется принцип обратимости, наблюдаемый в электрических машинах. Когда частота вращения становится синхронной, остаточное магнитное поле, воздействуя на обмотки статора, создает определенную электродвижущую силу.
Принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя
При подключении к зажимам обмотки батареи конденсаторов начнется протекание емкостного опережающего тока. Благодаря влиянию конденсаторов, генератор может самовозбуждаться. В результате этого образуется симметричная трехфазная система напряжений во всех обмотках статора. Значение получаемого напряжения зависит от емкости каждого конденсатора и технических параметров машины. Таким образом, асинхронный электродвигатель может перевоплотиться в асинхронный генератор.
Асинхронный двигатель в режиме генератора
Принцип работы и схема генератора переменного тока:
Схема и способы подключения асинхронного электродвигателя:
Система стартера асинхронного двигателя: устройство и принцип действия, схема:
Как проверить электродвигатель мультиметром: проверка ротора и статора на межвитковое замыкание, прозвонка асинхронного и трехфазного двигателя.
Как выполнить проверку электродвигателя: этапы проверки и выявление неисправностей:
Как подключить трехфазный двигатель к электрической сети 380 В: