Асинхронный электродвигатель как генератор | Полезно вручную

Асинхронный электродвигатель как генератор | Полезно вручную

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

В данной статье рассказывается, как построить трехфазный (однофазный) генератор 220/380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока. Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретенный в конце XIX века русским инженером-электриком М. О. Доливо-Добровольский был изобретен в конце XIX века русским инженером-электриком М. О. Доливо-Добровольского и сейчас чаще всего используется в промышленности, сельском хозяйстве и в быту.

Асинхронные двигатели – самые простые и надежные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо из-за условий работы электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной мощности, следует использовать асинхронные электродвигатели переменного тока.

Существует два основных типа асинхронных двигателей: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазовой синхронизацией. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из неподвижной части – статора и подвижной части – ротора, который вращается в подшипниках, установленных в двух дисках двигателя. Сердечники статора и ротора изготовлены из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. В пазах сердечника статора размещена обмотка из изолированного провода. Обмотки сердечника вставляются в пазы сердечника ротора или в них заливается расплавленный алюминий. Кольца короткого замыкания замыкают обмотку ротора на концах (отсюда и название – короткое замыкание). В отличие от ротора с короткозамкнутым ротором, в пазах фазового ротора размещается обмотка, которая устроена так же, как обмотка статора. Концы обмоток соединены с контактными кольцами, установленными на валу. Щетки скользят по кольцам, соединяя обмотку с пусковым или регулирующим реостатом.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором являются более дорогими устройствами, требуют квалифицированного обслуживания, менее надежны и поэтому используются только в тех отраслях производства, где без них невозможно обойтись. По этой причине они не получили широкого распространения, и мы не будем их рассматривать далее.

В обмотке статора трехфазной цепи течет ток, создавая вращающееся магнитное поле. Силовые линии магнитного поля вращающегося статора пересекают сердечники обмотки ротора и индуцируют в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС в компактных стержнях ротора протекает ток. Магнитные потоки вокруг стержней создают общее магнитное поле ротора, которое во взаимодействии с вращающимся магнитным полем статора создает силу, которая заставляет ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля статора.

Скорость вращения ротора немного ниже скорости вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Характеризуется скольжением S, для большинства двигателей оно составляет от 2 до 10%.

На промышленных предприятиях чаще всего используются трехфазные асинхронные электродвигатели, выпускаемые унифицированными сериями. К ним относится унифицированная серия 4А с номинальным диапазоном мощности от 0,06 до 400 кВт, машины которой отличаются высокой надежностью, хорошими характеристиками и соответствуют уровню международных стандартов.

Автономные асинхронные генераторы – трехфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электричество переменного тока. Несомненным преимуществом перед другими типами генераторов является отсутствие коллекторно-щеточного механизма, а значит, большая долговечность и надежность.

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

Если отключенный асинхронный двигатель приводится во вращение от первичного двигателя, то по принципу обратимости электрических машин, когда он достигает синхронной скорости, на выводах обмотки статора будет создаваться некоторая ЭДС под действием остаточного магнитного поля. поле. Если теперь мы подключим батарею конденсаторов C к клеммам обмотки статора, в обмотках статора будет протекать ведущий емкостной ток, который в данном случае является током намагничивания.

Емкость батареи C должна превышать определенное критическое значение C0, которое зависит от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае генератор самовозбуждается и на обмотках статора формируется трехфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения в конечном итоге зависит от характеристик машины и емкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором может быть преобразован в асинхронный генератор переменного тока.

Стандартная схема асинхронного двигателя в качестве генератора.

Можно выбрать мощность так, чтобы номинальное напряжение и номинальная мощность асинхронного генератора переменного тока были равны соответственно напряжению и мощности, когда он работает как электродвигатель.

Читайте также:  Двойная розетка - виды, правила сборки и подключения

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

Q = 0,314-U 2 – C-10-6,

где C – емкость конденсаторов, мкФ.

Мощность генератора, кВ-АХолостой ходПолная нагрузка
емкость, мкФреактивная мощность, кварcos = 1cos = 0,8
емкость, мкФреактивная мощность, четвертаяемкость, мкФреактивная мощность, квар
2.0
3.5
5.0
7.0
10.0
15.0
28 год
45
60
74
92
120
1,27
2,04
2,72
3,36
4,18
5,44
36
56
75
98
130
172
1,63
2,54
3,40
4,44
5,90
7,80
60
100
138
182
245
342
2,72
4,53
6,25
8,25
11.1
15.5

Как видно из приведенных выше данных, индуктивная нагрузка индукционного генератора, снижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребности в мощности. Чтобы поддерживать постоянное напряжение при увеличении нагрузки, необходимо увеличивать емкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Этот факт следует считать недостатком асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в штатном режиме должна превышать асинхронную частоту на величину скольжения S = 2 … 10% и соответствовать синхронной частоте. Несоблюдение этого условия приведет к тому, что частота генерируемого напряжения будет отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведет к нестабильной работе частотно-зависимых приемников энергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным вводом.

Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае уменьшается индуктивное сопротивление обмоток двигателей и трансформаторов, что может вызвать их повышенный нагрев и преждевременный выход из строя.

Обычный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором подходящей мощности может использоваться в качестве асинхронного генератора без каких-либо изменений. Мощность генератора-двигателя определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоемкими из них являются:

    трансформаторы сварочные отечественные; Электрические бензопилы, электрические шлифовальные машины, зерновые мельницы (мощность 0,3 … 3 кВт); Электропечи «Россиянка», «Мечта» мощностью до 2 кВт; электронагреватели (мощность 850 … 1000 Вт).

Отдельно хочу обратить внимание на работу отечественных сварочных трансформаторов. Их подключение к автономному источнику питания является наиболее желательным, поскольку, работая от промышленной сети, они создают ряд неудобств для других потребителей энергии.

Если самодельный сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами диаметром 2 … 3 мм, его общая мощность составляет порядка 4 … 6 кВт, мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах 5 … 7 кВт. Если бытовой сварочный трансформатор позволяет работать электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме – «резке» металла его полное энергопотребление может достигать 10 … 12 кВт, соответственно мощность асинхронный генератор должен быть в пределах 11. .. 13 кВт.

Как трехфазная батарея конденсаторов, хорошо применить так называемый Пассивные компенсаторы мощности, предназначенные для улучшения COSφ в промышленных сетях освещения. Их назначение их типа составляет км1-0,22-4,5-3U3 или км2-022-9-3U3, что разлагается следующим образом. КМ – Cosinus Confacitors, пропитанные минеральным маслом, первым числом – размер (1 или 2), а затем напряжение (0,22 кВ), выход (4,5 или 9 кВ), то № 3 или 2 означает трехфазную или однофазную версию, у3 (умеренная климат категория 3).

В случае самопроизводных батарей используйте MBGO, MBGP, MBGT, K-42-4 конденсаторы и т. Д. Для рабочего напряжения не менее 600 В. Электролитические конденсаторы не должны использоваться.

Вышеуказанный вариант трехфазного соединения электрического двигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Есть и другие методы, которые также работали на практике. Например, когда конденсатор Bank подключен к одному или двуму генератору обмотки двигателя.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Рис. 2. Двухфазный режим асинхронного генератора.

Эта схема должна использоваться, когда нет необходимости получать трехфазное напряжение. Этот тип соединения снижает рабочую емкость конденсатора, уменьшает нагрузку на основной механический двигатель в режиме нагрузки и, таким образом, сохраняет «ценное» топливо.

В качестве небольшого генератора мощности, которые создают переменную однофазное напряжение 220 В, вы можете использовать однофазные асинхронные рамы для домашних целей: от стиральных машин, «глаз», «Волга», «Агидел», «BCN» и так далее. Их батарея конденсатора может быть подключена параллельно рабочей обмотке или может использовать существующий конденсатор фазы, подключенный к начальной обмотке. Емкость этого конденсатора может быть немного увеличена. Его размер будет зависеть от характера нагрузки, связанной с генератором: активная нагрузка (электрические печи, лампочки, электрические пайки) требует небольшой емкости, индуктивной нагрузки (электродвигатели, телевизоры, холодильники).

Читайте также:  Строительные леса своими руками: деревянные, металлические, фото, видео

ИНЖИР. 3 НИЗКОГО ГЕНЕРАТОРА от однофазного асинхронного двигателя.

Теперь несколько слов о основном механическом двигателе, который повернет генератор. Как вы знаете, каждое преобразование энергии связано с неизбежными потерями. Их значение зависит от эффективности устройства. Следовательно, мощность механического двигателя должна быть больше, чем мощность асинхронного генератора на 50 … 100%. Например, с энергетическим генератором асинхронный 5 кВт, мощность механического двигателя должна составлять 7,5 … 10 кВт. Поворотная скорость механического двигателя и генератора должна регулироваться с помощью шестерни, так что режим генератора устанавливается на среднюю скорость механического двигателя. При необходимости питание генератора может быть кратко увеличено за счет увеличения скорости вращения механического двигателя.

Каждый автономный агрегат должен содержать необходимое минимальное оборудование: вариабельный ток вольтметр (со шкалой до 500 В), измеритель частоты (предпочтительно) и три переключателя. Один переключатель связывает нагрузку с генератором, два других переключаются схема возбуждения. Наличие разъемов в цепи возбуждения облегчает начало механического двигателя, а также позволяет быстро уменьшить температуру обмоток генератора, после работы – рабочее колесо негенерируемого генератора вращается на некоторое время от механического двигателя. Эта процедура продлевает активную жизнь обмоток генератора.

Если генератор предназначен для питания устройств, которые обычно подключаются к переменной токовой сети (например, House Lighting, бытовая техника), необходимо предусмотреть двухфазной автоматический выключатель, который отключит устройство от сети во время работы генератора. Необходимо отсоединить обе провода: «Фаза» и «ноль».

В конце консультация несколько общих советов.

1. Генератор – это устройство высокого риска. Напряжение 380 В следует использовать только в аварийных ситуациях, в остальных случаях следует использовать напряжение 220 В.

2. По соображениям безопасности генератор должен быть оборудован заземляющим устройством.

3 Обратите внимание на термическое поведение генератора. Генератор не любит холостой ход. Тепловая нагрузка может быть уменьшена путем более тщательного выбора емкости возбуждения.

4. Не заблуждайтесь насчет электрической мощности генератора. Если трехфазный генератор переменного тока использует одну фазу, его мощность будет 1/3 от общей мощности генератора, если двухфазный, это будет 2/3 общей мощности генератора.

5. Частота переменного тока, производимого генератором, может косвенно контролироваться его выходным напряжением, которое должно быть на 4-6% выше, чем промышленное напряжение 220/380 В в режиме холостого хода.

Генератор из асинхронного двигателя

Электротехника существует и действует по своим законам и правилам. Среди них есть так называемые принцип обратимости, позволяющий самостоятельно построить генератор из асинхронного двигателя. Решение этой проблемы требует знания и четкого понимания принципов работы этого устройства.

Преобразование асинхронного двигателя в генератор Как сделать генератор Электрогенератор своими руками

Переход асинхронного двигателя в режим генератора

В первую очередь рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя, так как именно этот агрегат служит основой для создания генератора.

Электродвигатель асинхронного типа – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и тепловую энергию. Возможность такого преобразования обеспечивается электромагнитной индукцией, возникающей между обмотками статора и ротора. Основная особенность асинхронных двигателей – разница в частоте вращения этих элементов.

Статор и ротор представляют собой соосные части круглого сечения из стальных пластин с канавками внутри кольца. В комплект входят продольные пазы с обмоткой из медной проволоки. В роторе функцию намотки выполняют алюминиевые стержни, помещенные в пазы сердечника и закрытые с двух сторон стопорными пластинами. Когда на обмотку статора подается напряжение, создается вращающееся магнитное поле. Из-за разницы скоростей между обмотками возникает ЭДС, заставляющая вращаться центральный вал.

В отличие от асинхронного электродвигателя, генератор обратно преобразовывает тепловую и механическую энергию в электрическую. Самыми распространенными являются индукционные устройства, которые индуцируют межсуточную электродвижущую силу. Как и в случае с асинхронным двигателем, индукция ЭДС вызвана разницей магнитных полей статора и ротора. Совершенно логично, исходя из принципа обратимости, вполне возможно преобразовать асинхронный двигатель в генератор с помощью некоторых технических реконструкций.

Любой асинхронный электрогенератор – это разновидность трансформатора, преобразующего механическую энергию вала электродвигателя в переменный ток. Это происходит, когда скорость вращения вала начинает превышать скорость синхронного вращения и достигает 1500 об / мин и более. Эта скорость вращения достигается за счет приложения высокого крутящего момента. Его источником может быть двигатель внутреннего сгорания бензинового генератора или ротор ветряной турбины.

Читайте также:  Торфяные унитазы своими руками: описание, инструкция - Видеообзор

Когда достигается синхронная скорость, включается конденсаторная батарея, которая создает емкостной ток. Под его воздействием обмотки статора самовозбуждаются и в режиме генерации генерируется электрический ток. Надежная и стабильная работа такого генератора, способного выдавать промышленную частоту 50 Гц, при определенных условиях:

    Скорость вращения должна быть выше рабочей частоты самого электродвигателя на процент скольжения 2-10%. Скорость вращения генератора должна соответствовать синхронной скорости.

Как сделать генератор

Обладая некоторой информацией, практическими навыками в электротехнике, вполне реально собрать рабочий генератор своими руками из асинхронного двигателя. Первое, что нужно сделать, это вычислить фактическую, т. е. асинхронную, скорость вращения электродвигателя, который будет использоваться в качестве генератора. Эту операцию можно выполнить с помощью тахометра.

Затем нужно определить синхронную частоту электродвигателя, которая будет асинхронной для генератора. Как уже упоминалось, следует учитывать величину скольжения 2-10%. Например, в результате измерений была получена частота вращения 1450 об / мин, поэтому необходимая частота генератора будет 1479-1595 об / мин.

Емкость конденсатора выбирается по стандартным сравнительным таблицам. В некоторых случаях может потребоваться стандартное напряжение 220 В, как для однофазных сетей. Для решения этой проблемы в схему необходимо включить понижающий трансформатор.

Так что собрать генератор своими руками вполне возможно. Есть несколько вариантов использования этих устройств, в том числе асинхронный двигатель-генератор с автономным питанием. Этот агрегат частично передает свою мощность на вращающий его электродвигатель. Остальная энергия уходит на полезную работу. Благодаря этому здесь долгое время обеспечивается автономное электроснабжение. Самодельный генератор может сэкономить много денег, отказавшись от покупки готового заводского генератора.

Электрогенератор своими руками

Во-первых, необходимо указать схему генератора. Желательно выбирать самый простой вариант, не требующий особых знаний и практических навыков. В таких системах устройство вводится в эксплуатацию без подключения к сети. Когда синхронная частота достигает желаемого уровня, обмотка статора начинает вырабатывать электричество.

Батарея с несколькими конденсаторами присоединяется к клеммам обмотки для получения ведущего емкостного тока, вызывающего намагничивание. Это приводит к автономному запуску, после которого в обмотке статора образуется система, обеспечивающая симметричное трехфазное напряжение. Величины генерируемого тока зависят от емкости конденсатора и технических характеристик устройства.

Чтобы преобразовать асинхронный двигатель в генератор, необходимо использовать неполярные конденсаторные батареи. По этой причине использование электролитических конденсаторов не рекомендуется. В трехфазном двигателе конденсаторы подключаются по следующим схемам:

    Звезда. В этом случае нормальная выработка электроэнергии возможна на низких скоростях, но выходное напряжение будет низким. Треугольник. Работа выполняется на более высоких оборотах, поэтому в этом случае генерируется большее напряжение.

Для выполнения работ потребуются следующие материалы и инструменты:

    Асинхронный двигатель, Тахометр или тахогенератор, Конденсаторы с емкостью под них, Отвертки, гаечные ключи и другие инструменты.

Как уже было сказано, генератор нужно настроить так, чтобы скорость его вращения была выше скорости вращения электродвигателя. Поэтому генератор подключается к сети и запускается. Скорость вращения определяется тахометром. Затем емкость конденсатора выбирается по таблицам. Учтите, что при большом конденсаторе генератор будет перегреваться.

Производительность необходимо подбирать таким образом, чтобы обеспечить требуемую скорость вращения. Из соображений безопасности конденсаторы изолированы специальным покрытием. Собранный и протестированный прибор готов к работе.

Оцените статью
Добавить комментарий