Двигатель с самозапиткой. Как сделать асинхронный электрогенератор своими руками. Что такое электрический генератор

Существующие организации, снабжающие электроэнергией, неоднократно доказывают свою некомпетентность в обслуживании потребителей, и все чаще люди сталкиваются с проблемами подачи электроэнергии. Чаще всего с перебоями в электросети или даже отсутствием электроэнергии сталкиваются владельцы особняков и дач за пределами города. В связи с этим люди запасаются керосиновыми лампами, свечами и бензиновыми генераторами.

Но не всегда есть возможность приобрести себе хороший генератор, и жители вынужденно сталкиваются с вопросом, как сделать генератор своими руками, потратив на это намного меньше, чем на заводской агрегат.

Принцип работы генератора

Пользуясь большим спросом, генератор может быть на базе бензинового или дизельного двигателя. В большинстве случаев главным прибором выработки электроэнергии выступает асинхронный двигатель, с помощью которого производится энергия для рабочей электросети. Бензогенератор с асинхронным двигателем работает с большим КПД , а обороты ротора асинхронного двигателя выше, чем у самого мотора.

Установки с применением асинхронного двигателя применяются не только в бытовых условиях, но и во многих других силовых установках , таких как:

• Ветровые электростанции.
• Для работы сварочного аппарата.
• Для поддержки электроэнергии совместно с небольшой ГЕС.

В большинстве случаев запуск происходит за счет подключения тока, однако, для мини-станций это не совсем рационально, так как генератор должен вырабатывать электроэнергию, а не потреблять. В связи с таким недостатком все чаще производителями предлагаются самовозбуждающиеся устройства , для запуска которых необходимо только последовательное подключение конденсатора.

Благодаря тому, что скорость оборотов ротора асинхронного генератора выше, чем самого мотора, он может производить электроэнергию. В самых обычных моделях генераторов для выработки электричества должно быть не менее 1500 оборотов в минуту.

Превосходство скорости работы ротора при запуске перед синхронной скоростью называют скольжением и вычисляют в процентах от синхронной скорости, но так как статор вращается с большими оборотами , чем ротор, то происходит образование потока заряженных электронов с переменной полярностью.

При запуске подключенный прибор управляет синхронной скоростью и впоследствии - скольжением. При выходе из статора электроны перемещаются по ротору, но активная энергия уже находится в катушках статора.

Принцип работы двигателя заключается в преобразовании механической энергии в электрическую, а для пуска и выработки тока необходим сильный вращательный момент . Наиболее подходящим вариантом, по мнению электриков, является поддержка оптимальной скорости на протяжении всего времени работы генератора.

Преимущества асинхронного генератора

Синхронные и асинхронные генераторы имеют разную конструкцию. Конструкция синхронного более сложная, чувствительность к перепадам напряжения больше, поэтому продуктивность ниже, чем асинхронного. На роторе синхронного мотора размещены магнитные катушки, они усложняют вращение ротора , а ротор асинхронного генератора имеет схожесть с обычным маховиком.

Потеря КПД синхронного генератора из-за конструктивной особенности около 11%, в то время как у асинхронного - потеря до 5%. Поэтому асинхронные устройства более востребованы и в быту, и в промышленности. Нарастание спроса обусловлено не только высоким КПД, но и другими преимуществами:

• Простая конструкция корпуса, способного защитить от попадания влаги и пыли, что снижает необходимость ежедневного проведения ТО.
• Устойчивость к перепаду напряжения и наличие выпрямителя, который служит защитой для подключенных электроприборов.
• Способен питать высокочувствительные приборы, к примеру, сварочные устройства, компьютеры и лампы накалывания.
• Высокий КПД и минимальная затрата энергии на обогрев самого агрегата.
• Длительный срок эксплуатации благодаря надежности деталей и их устойчивости к износу при использовании.

Благодаря таким положительным нюансам генератор может эксплуатироваться на протяжении 15 лет, а его конструкция позволяет сделать асинхронный генератор своими руками.

Мотоблок для электрогенератора

Для жителей сел и поселков за городом использование мотоблока для сборки генератора не является новшеством, так как агрегат очень распространен, и многие проводят земельные работы с его помощью, хотя мотоблок, как другая техника, нередко подвергается поломкам .

При больших повреждениях агрегата владельцы покупают новый, но со старым расстаться хочет не каждый, поэтому старые экземпляры могут использоваться для самостоятельного конструирования генератора переменного тока 220 В. Работой двигателя может обеспечиваться оптимальная производительность асинхронного двигателя в пределах вольтажа от 220 до 380. Мощность двигателя нужно выбирать не менее 15 кВт, а частота оборотов вала должна быть от 800 до 1500 об/мин. Такие характеристики необходимы для полного обеспечения электросети жилища. Ведь с маломощным двигателем получить достаточно энергии не выйдет, а создавать генератор для нескольких осветительных приборов нерационально.

Существуют мастера, которые изготавливают ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками, но в любом случае перед сборкой нужно сначала рассчитать мощность потребления электроэнергии зданием. Ведь в небольших дачных домиках может быть один телевизор или дрель, для которых будет достаточно мощности электрогенератора, переделанного из обычной бензопилы.

Подготовка материала и сборка

Покупка асинхронного двигателя грозит большой потерей финансов, а для самостоятельной сборки могут понадобиться минимальные навыки в электрике, детали и инструменты. Но если принято решение сделать генератор переменного тока 220 В своими руками, то к этому необходимо подготовиться:

1. Для нормальной работы генератора скорость вращения ротора должна быть больше чем обороты двигателя. Поэтому нужно отключить двигатель к сети и вычислить скорость вращения ротора, для этого можно использовать тахометр.
2. Вычислить рабочую частоту оборотов будущего генератора. К примеру: обороты двигателя - 1200 об/мин, а рабочие обороты генератора будут - 1320 об/мин. Такое значение можно вычислить, добавив к оборотам двигателя 10% показателя тахометра;
3. Для функционирования асинхронного двигателя необходимы конденсаторы одинаковой емкости для подключения между фазами.
4. Емкость конденсаторов не должна быть сильно завышенной, иначе неизбежен сильный перегрев генератора.
5. Конденсаторы должны быть изолированы и обеспечивать высчитанную скорость вращения ротора генератора.

Такое простое устройство уже можно использовать в качестве источника электроэнергии, но так как устройством производится высокое напряжение, то его лучше применять с понижающим трансформатором.

Бензиновый агрегат

Для сборки бензинового прибора необходима установка мотоблока и электродвигателя на одной станине с учетом параллельного расположения валов. Посредством двух шкивов будет передаваться вращательный момент от мотоблока к двигателю. Один шкив нужно установить на вал бензинового агрегата, а второй на электромотор. Благодаря правильному соотношению размера шкивов будет определяться частота оборотов ротора мотора.

После установки всех деталей и подключения ременной передачи можно приступить к электрической части:

1. Обмотку электромотора необходимо соединить по схеме «звезда».
2. Подключенные конденсаторы к фазам должны образовать треугольник.
3. Между концом обмотки средней точкой образуется 220 В, а 380 - между обмотками.

Емкость устанавливаемых конденсаторов подбирается в зависимости от мощности электродвигателя. Устройством вырабатывается электроэнергия, а значит, нужно сделать заземление, в противном случае аппарат может быстро изнашиваться или стать причиной поражения током человека.

В качестве устройства с небольшой мощностью можно использовать однофазный двигатель от стиральной машины, дренажного насоса или другого бытового прибора. Так же как и трехфазный мотор, он должен подключаться параллельно обмотке. Также при конструировании можно использовать конденсатор фазового сдвига, но мощность придется увеличивать до нужного предела.

Такие простые приборы с однофазным мотором можно использовать для освещения дома или подключения маломощных электроприборов. При этом переделка схемы может позволить подключение аппарата к обогревателю или электропечи. Таким же образом могут изготавливаться подобные устройства с использованием неодимовых или других постоянных магнитов.

Достоинства самодельной конструкции

Главным и важным достоинством является экономия. Для самодельного варианта потребуется намного меньше денежных вложений, чем заводские аналоги.

При грамотном проведении сборки своими руками электрооборудование может быть довольно надежным и продуктивным в эксплуатации.

Единственным недостатком такого устройства является то, что для новичка может быть затруднительно разобраться во всех тонкостях сборки и изготовления прибора. При неправильном подключении и сборки возможны необратимые поломки, после чего потраченное время и деньги уйдут впустую.

Гидро- и ветростанции

Кроме бензиновых устройств, существуют и другие конструкции. Привести в движение вал электромотора можно с помощью ветряка или водяного потока. Конструкции не являются самыми простыми, но благодаря им, можно обойтись без использования бензинового или дизельного топлива.

Такое устройство, как гидрогенератор, можно собрать самостоятельно. При наличии протекающей реки возле дома воду можно применить как силу, вращающую вал. При этом в русло реки устанавливается гидроколесо с лопастями. Таким образом создается течение, вращающее турбину и вал электромотора, а в зависимости от количества установленных турбин и лопастей будет увеличиваться или уменьшаться поток воды и напряжение генератора.

Устройство ветрового агрегата немного сложнее, так как ветровая нагрузка не является постоянной величиной. Обороты ветряка, которые передаются на вал мотора должны регулироваться в зависимости от необходимой частоты оборотов электромотора. Регулятором в этом механизме выступает редуктор. Сложность конструкции заключается в том, что при повышении ветра необходим понижающий редуктор, а при понижении ветра - повышающий.

Все асинхронные устройства, вырабатывающие электроэнергию, имеют повышенный уровень опасности, в связи с этим им нужна изоляция. С таким оборудованием необходимо обращаться очень аккуратно и держать его скрытым от воздействия внешних погодных условий:

• Автономные устройства оснащаются измерительными датчиками для фиксации данных о работе. Рекомендуется установка тахометра и вольтметра.
• Установка выключателя или отдельных кнопок включения и выключения.
• Агрегат заземляется в обязательном порядке.
• КПД асинхронного устройства может снижаться на 30−50%, что является неизбежным явлением при преобразовании электрической энергии из механической.
• Необходимо следить за температурой установки и режимом работы, так как аппарат может перегреваться на холостом ходу.

Придерживайтесь таких простых правил в эксплуатации, и прибор будет служить на протяжении длительного времени и не предоставит неудобств.

Хотя самодельное приспособление и является простым в сборке, оно при этом требует определенных усилий, сосредоточенности при работе с конструкцией и правильным подключением электросети. Устройство такого типа целесообразно собирать в финансовом плане при наличии работоспособного неиспользуемого двигателя. В противном случае основной элемент прибора будет стоить половину цены рыночной установки. Ветровой или другой генератор лучше собирать из проверенных и работоспособных частей для повышения срока эксплуатации генератора.

Чтобы сделать своими руками ветрогенератор мощностью до 1 кВт, нет необходимости приобретать специальное оборудование. Данную задачу легко решить, имея в наличии асинхронный двигатель . Причем указанной мощности будет вполне достаточно для того, чтобы создать условия для работы отдельных бытовых приборов и подключить уличное освещение в саду на даче.

Если сделать ветряк своими руками , то у вас будет бесплатный источник энергии, которую можно использовать по своему усмотрению. Любой домашний мастер в состоянии изготовить самостоятельно ветрогенератор на основе асинхронного двигателя.

Из чего состоит генератор?

Генераторная установка, которая будет вырабатывать электричество, предусматривает следующие основные элементы:

Принцип работы

Эксплуатация самодельных ветряков осуществляется по аналогии с ветрогенераторными установками , которые применяются в промышленности. Основная цель заключается в выработке переменного напряжения, для чего кинетическая энергия трансформируется в электрическую. Ветер приводит в движение ветроколесо роторного типа, в результате чего получаемая энергия поступает от него к генератору. Причем обычно роль последнего выполняет асинхронный двигатель.

В результате создания генератором тока, последний поступает в аккумулятор, который оснащен модулем и контроллером заряда. Оттуда он направляется в инвертор постоянного напряжения, источником работы которого служит электросеть. В результате удается создать переменное напряжение , характеристики которого подходят для использования в бытовых целях (220 В 50 Гц).

Для трансформации переменного напряжения в постоянное используется контроллер. Именно с его помощью и выполняется зарядка аккумуляторов. В ряде случаев инверторы способны выполнять функции источника бесперебойного питания. Иными словами, в случае проблем с подачей электроэнергии они могут задействовать в качестве источника питания бытовых устройств аккумуляторы либо генераторы.

Материалы и инструменты

Чтобы сделать ветрогенератор, достаточно иметь асинхронный двигатель , который и придется переделывать. В то же время придется запастись рядом материалов:

Характеристики и установка генератора

Генератор имеет следующие характеристики:

Особенности монтажа

Чаще всего установка генератора своими руками выполняется с применением трехлопастного ветроколеса, достигающего в диаметре порядка 2 м. Решение же нарастить число лопастей либо их длину не приводит к улучшению рабочих характеристик. Вне зависимости от выбранного варианта относительно конфигурации, габаритов и формы лопастей, вначале следует выполнить предварительные расчеты.

Во время самостоятельной установки нужно обращать внимание на такой параметр, как состояние почвы участка, где будет размещена опора и растяжки. Мачта устанавливается путем рытья ямы глубиной не более 0,5 м, которую необходимо заполнить бетонным раствором.

Подключение к сети осуществляется в строго определенном порядке : первыми подсоединяют аккумуляторы, а за ними уже следует сам ветрогенератор.

Вращение ветрогенераторной установки может осуществляться в горизонтальной либо вертикальной плоскости. При этом обычно выбор останавливают на вертикальной плоскости, что связано с конструкционным исполнением. В качестве роторов допустимо применять модели Дарье и Савониуса.

В конструкции установки должны использоваться герметизирующие прокладки либо колпак. Благодаря данному решению генератору не навредит влага.

Для размещения мачты и опоры должно быть выбрано открытое место. Подходящей для мачты является высота 15 м. При этом наибольшее распространение получили мачты , чья высота не превышает 5-7 м.

Оптимально, если изготовленный своими руками ветрогенератор выполняет функции резервного источника питания.

Эти установки имеют ограничения по использованию, так как их эксплуатация возможна только в тех регионах, где скорость ветра достигает порядка 7-8 м/с.

Прежде чем приступить к созданию ветряка своими руками, выполняют точные расчеты. В некоторых случаях возникают трудности с обработкой узлов асинхронного двигателя;

Ветряк нельзя создать без электрических модулей, а также проведения серии экспериментов.

Как сделать своими руками асинхронный генератор?

Хотя, всегда можно приобрести готовый асинхронный генератор , можно пойти иным путем и сэкономить, изготовив его своими руками. Сложностей здесь не возникнет. Единственное, что нужно сделать - подготовить необходимые инструменты.

1. Одна из особенностей работы генератора заключается в том, что он должен вращаться с большей скоростью , нежели двигатель. Добиться этого можно следующим путем. После запуска необходимо выяснить скорость вращения двигателя. В решении этой задачи нам поможет тахогенератор или тахометр
2. Определив вышеуказанный параметр, к значению следует прибавить 10%. Если, например, его крутящий момент составляет 1200 об/мин, то для генератора он будет равен 1320 об/мин.
3. Чтобы сделать электрогенератор на основе асинхронного двигателя, потребуется найти подходящую емкость для конденсаторов. Причем следует помнить о том, что все конденсаторы не должны отличаться своими фазами друг от друга.
4. Рекомендуется использовать емкость средних размеров. Если она окажется слишком большой, то это приведет к нагреву асинхронного двигателя.
5. Для сборки следует использовать конденсаторы , которые смогут гарантировать нужную скорость вращения. К их установке нужно отнестись с большой серьезностью. Рекомендуется защитить их, используя специальные изолирующие материалы.

Это все операции, которые должны быть выполнены при обустройстве генератора на основе двигателя. Далее можно переходить к его монтажу. Имейте в виду, что при использовании устройства, оснащенного короткозамкнутым ротором, вы получите ток с высоким напряжением. По этой причине, чтобы добиться значения в 220 В, вам потребуется понижающий трансформатор.

Для обеспечения бесперебойного электроснабжения дома используют генераторы переменного тока, приводимые во вращение дизельными или карбюраторными двигателями внутреннего сгорания. Но из курса электротехники известно, что любой электродвигатель обратим: он также способен и вырабатывать электроэнергию. Можно ли сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками, если он и двигатель внутреннего сгорания уже имеются? Ведь тогда не потребуется покупка дорогой электростанции, а можно будет обойтись подручными средствами.

Конструкция асинхронного электродвигателя

Асинхронный электродвигатель включает в себя две основные детали: неподвижный статор и вращающегося внутри него ротор. Ротор вращается на подшипниках, закрепленных в съемных торцевых частях. Ротор и статор содержат электрические обмотки, витки которых уложены в пазы.

Статорная обмотка подключается к сети переменного тока, однофазной или трехфазной. Металлическая часть статора, куда она уложена, называется магнитопроводом. Он выполнен из отдельных тонких пластин с покрытием, изолирующих их друг от друга. Этим исключается появление вихревых токов, делающих работу электродвигателя невозможной из-за возникновения чрезмерных потерь на нагрев магнитопровода.

Выводы от обмоток всех трех фаз располагаются в специальном боксе на корпусе электродвигателя. Его называют барно, в нем выводы обмоток соединяются между собой. В зависимости от питающего напряжения и технических данных мотора выводы объединяются либо в звезду, либо в треугольник.

Обмотка ротора любого асинхронного электродвигателя похожа на «беличью клетку», так ее и называют. Она выполнена в виде ряда токопроводящих алюминиевых стержней, рассредоточенных по наружной поверхности ротора. Концы стержней замкнуты, поэтому такой ротор называют короткозамкнутым.
Обмотка, как и статорная, расположена внутри магнитопровода, также набранного из изолированных металлических пластин.

Принцип действия асинхронного электродвигателя

При подключении питающего напряжения к статору по виткам обмотки протекает ток. Он создает внутри магнитное поле. Поскольку ток переменный, то поле изменяется в соответствии с формой питающего напряжения. Расположение обмоток в пространстве выполнено так, что поле внутри него оказывается вращающимся.
В обмотке ротора вращающееся поле наводит ЭДС. А раз витки обмотки накоротко замкнуты, то в них появляется ток. Он взаимодействует с полем статора, это приводит к появлению вращения вала электродвигателя.

Электродвигатель называют асинхронным, потому что поле статора и ротор вертятся с разными скоростями. Эта разница скоростей называется скольжением (S).


где:
n – частота магнитного поля;
nr – частота вращения ротора.
Чтобы регулировать скорость вала в широких пределах, асинхронные электродвигатели выполняют с фазным ротором. На таком роторе намотаны смещенные в пространстве обмотки, такие же, как и на статоре. Концы от них выведены на кольца, с помощью щеточного аппарата к ним подключаются резисторы. Чем большее сопротивление подключить к фазному ротору, тем меньше будет скорость его вращения.

Асинхронный генератор

А что будет, если ротор асинхронного электродвигателя вращать? Сможет ли он вырабатывать электроэнергию, и как сделать генератор из асинхронного двигателя?
Оказывается, это возможно. Для того, чтобы на обмотке статора появилось напряжение, изначально необходимо создать вращающееся магнитное поле. Оно появляется за счет остаточной намагниченности ротора электрической машины. В дальнейшем, при появлении тока нагрузки, сила магнитного поля ротора достигает требуемой величины и стабилизируется.
Для облегчения процесса появления напряжения на выходе используется батарея конденсаторов, подключаемая к статору асинхронного генератора на момент запуска (конденсаторное возбуждение).

Но остается неизменным параметр, свойственный асинхронному электродвигателю: величина скольжения. Из-за него частота выходного напряжения асинхронного генератора будет меньшей, чем частота вращения вала.
Кстати, вал асинхронного генератора необходимо вращать с такой скоростью, чтобы была достигнута номинальная частота вращения поля статора электродвигателя. Для этого нужно узнать скорость вращения вала из таблички, расположенной на корпусе. Округлив ее значение до ближайшего целого числа, получают скорость вращения для ротора переделываемого в генератор электродвигателя.

Например, для электродвигателя, табличка которого изображена на фото, скорость вращения вала равна 950 оборотов в минуту. Значит, скорость вращения вала должна быть 1000 оборотов в минуту.

Чем асинхронный генератор хуже синхронного?

Насколько хорош будет самодельный генератор из асинхронного двигателя? Чем он будет отличаться от синхронного генератора?
Для ответа на эти вопросы кратко напомним принцип работы синхронного генератора. Через контактные кольца к обмотке ротора подводится постоянный ток, величина которого регулируется. Вращающееся поле ротора создает в обмотке статора ЭДС. Для получения требуемой величины напряжения генерации автоматическая система регулировки возбуждения изменит ток в роторе. Поскольку за напряжением на выходе генератора следит автоматика, то в результате непрерывного процесса регулирования напряжение всегда остается неизменным и не зависит от величины тока нагрузки.
Для запуска и работы синхронных генераторов используются независимые источники питания (аккумуляторные батареи). Поэтому начало его работы не зависит ни от появления тока нагрузки на выходе, ни от достижения требуемой скорости вращения. От скорости вращения зависит только частота выходного напряжения.
Но даже при получении тока возбуждения от генераторного напряжения все сказанное выше остается справедливым.
Синхронный генератор имеет еще одну особенность: он способен генерировать не только активную, но и реактивную мощность. Это очень важно при питании потребляющих ее электродвигателей, трансформаторов и прочих агрегатов. Недостаток реактивной мощности в сети приводит к росту потерь на нагрев проводников, обмоток электрических машин, снижении величины напряжения у потребителей относительно генерируемой величины.
Для возбуждения же асинхронного генератора используется остаточная намагниченность его ротора, что само по себе является величиной случайной. Регулирование параметров, влияющих на величину его выходного напряжения, в процессе работы не представляется возможным.

К тому же асинхронный генератор не вырабатывает, а потребляет реактивную мощность. Она необходима ему для создания тока возбуждения в роторе. Вспомним про конденсаторное возбуждение: за счет подключения батареи конденсаторов при запуске создается реактивная мощность, требуемая генератору для начала работы.
В результате напряжение на выходе асинхронного генератора не стабильно и изменяется в зависимости от характера нагрузки. При подключении к нему большого числа потребителей реактивной мощности обмотка статора может перегреваться, что скажется на сроке службы ее изоляции.
Поэтому применение асинхронного генератора ограничено. Он может работать в условиях, близким к «парниковым»: никаких перегрузок, пусковых токов нагрузки, мощных потребителей реактива. И при этом электроприемники, подключенные к нему, не должны быть критичными к изменению величины и частоты напряжения питания.
Идеальным местом для применения асинхронного генератора являются системы альтернативной энергетики, работающие от энергии воды или ветра. В этих устройствах генератор не снабжает потребителя напрямую, а заряжает аккумуляторную батарею. От нее уже, через преобразователь постоянного тока в переменный, питается нагрузка.
Поэтому, если нужно собрать ветряк или небольшую гидроэлектростанцию, лучшим выходом из положения является именно асинхронный генератор. Здесь работает его главное и единственное достоинство – простота конструкции. Отсутствие колец на роторе и щеточного аппарата приводит к тому, что в процессе эксплуатации его не нужно постоянно обслуживать: чистить кольца, менять щетки, удалять графитовую пыль от них. Ведь, чтобы сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками, вал генератора напрямую нужно соединить с лопастями ветряка. Значит – конструкция будет находиться на большой высоте. Снимать ее оттуда хлопотно.

Генератор на магнитах

А почему магнитное поле нужно обязательно создавать с помощью электрического тока? Ведь есть же мощные его источники – неодимовые магниты.
Для переделки асинхронного двигателя в генератор потребуются цилиндрические неодимовые магниты, которые будут установлены на место штатных проводников обмотки ротора. Сначала нужно подсчитать необходимое количество магнитов. Для этого извлекают ротор из переделываемого в генератор двигателя. На нем четко видны места, в которых уложена обмотка «беличьего колеса». Размеры (диаметр) магнитов выбирается таким, чтобы при установке строго по центру проводников короткозамкнутой обмотки они не соприкасались с магнитами следующего ряда. Между рядами должен остаться зазор не менее, чем диаметр применяемого магнита.
Определившись с диаметром, вычисляют, сколько магнитов поместится по длине проводника обмотки от одного края ротора до другого. Между ними при этом оставляют зазор не менее одного – двух миллиметров. Умножая количество магнитов в ряду, на число рядов (проводников обмотки ротора), получают требуемое их количество. Высоту магнитов не стоит выбирать очень большой.
Для установки магнитов на ротор асинхронного электродвигателя его потребуется доработать: снять на токарном станке слой металла на глубину, соответствующую высоте магнита. При этом ротор обязательно нужно тщательно отцентровать в станке, чтобы не сбить его балансировку. Иначе у него появится смещение центра масс, которое приведет к биению в работе.

Затем приступают к установке магнитов на поверхность ротора. Для фиксации используют клей. У любого магнита есть два полюса, условно называемые северным и южным. В пределах одного ряда полюса, расположенные в сторону от ротора, должны быть одинаковыми. Чтобы не ошибиться в установке, магниты сначала сцепляют между собой в гирлянду. Они сцепятся строго определенным образом, так как притягиваются они друг к другу только разноименными полюсами. Теперь остается только отметить одноименные полюса маркером.
В каждом последующем ряду полюс, находящийся снаружи, изменяется. То есть, если вы выложили ряд магнитов с отмеченным маркером полюсом, расположенным наружу от ротора, то следующий выкладывается магнитами, развернутыми наоборот. И так далее.
После приклеивания магнитов их нужно зафиксировать эпоксидной смолой, Для этого вокруг получившийся конструкции из картона или плотной бумаги делают шаблон, в который зальется смола. Бумагу оборачивают вокруг ротора, обматывают скотчем или изолентой. Одну из торцевых частей замазывают пластилином или также заклеивают. Затем устанавливают ротор вертикально и заливают в полость между бумагой и металлом эпоксидную смолу. После ее отвердевания приспособления удаляют.
Теперь снова зажимаем ротор в токарный станок, центруем, и шлифуем поверхность, залитую эпоксидкой. Это необходимо не из эстетических соображений, а для минимизации влияния возможной разбалансировки, образовавшейся из-за дополнительных деталей, установленных на ротор.
Шлифовку производят сначала крупнозернистой наждачной бумагой. Ее крепят на деревянном бруске, который затем равномерно перемещают по вращающейся поверхности. Затем можно применить наждачную бумагу с более мелким зерном.

Теперь готовый ротор можно вставить обратно в статор и испытать получившуюся конструкцию. Она может быть с успехом использована теми, кто хочет сделать, например, ветрогенератор из асинхронного двигателя. Есть только один недостаток: стоимость неодимовых магнитов очень велика. Поэтому, прежде чем начать переделывать ротор и тратить деньги на запчасти, следует подсчитать, какой вариант экономически более выгоден: сделать генератор из асинхронного двигателя или приобрести готовый.

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.

Не все существующие электросети (в особенности действующие в удалённых от городов регионах) могут обеспечить потребителя полноценным питанием, подходящим для работы современного бытового оборудования. В связи с низким качеством поступающего с подстанций напряжения и его частыми отключениями многие пользователи вынуждены задумываться о том, чтобы изготовить самодельный генератор электроэнергии. С тем, как выглядит такой асинхронный генератор внешне, можно ознакомиться на рис. ниже.

Указанный подход к решению проблемы электропитания за городом позволяет существенно сэкономить в сравнении с ситуацией, когда генераторное оборудование приобретается через торговую сеть в готовом виде.

Эффект обратимости

Известно, что принцип работы любого генерирующего электрический ток устройства основан на преобразовании одной формы энергии (тепла, например) в необходимый для электропитания оборудования вид. Можно воспользоваться так называемыми альтернативными (их ещё называют возобновляемыми) источниками энергоснабжения, однако указанный способ связан с ещё большими материальными и производственными издержками.

Гораздо проще и экономнее сделать самодельный генератор тока, воспользовавшись потенциальными возможностями имеющегося в распоряжении пользователя старого асинхронного электродвигателя.

Основанием для такого изготовления является известный в электротехнике принцип обратимости процессов взаимодействия электромагнитных полей, что объясняется спецификой происходящих при этом электрических процессов. Если в двигателе трёхфазную энергию тока используют для превращения её в механическое вращение вала, то в генераторе всё происходит строго наоборот. В этих агрегатах принудительное вращение якоря трансформируется в текущий по фазным обмоткам электрический ток, мощность которого расходуется на обслуживание потребителя (смотрите рисунок ниже).

Таким образом, перед тем, как сделать образец самодельного электрогенератора из бывшего в употреблении асинхронного двигателя в самом общем случае необходимо проделать следующие манипуляции:

• Клеммы, на которые подаётся трёхфазное (или однофазное – для коллекторных образцов изделий) напряжение нужно превратить в выходные контакты генератора;
• К подвижной части генератора, от которой работал тот или иной механизм (станок, например) следует приспособить привод от внешнего источника механического вращательного импульса;

Дополнительная информация. В качестве такого источника может применяться любой подходящий для конкретных условий движитель, вращающийся под воздействием энергии сгорающего топлива (бензина, газа или солярки). При наличии в частном хозяйстве ветряка или самодельной водяной мельницы решение вопроса с приводом существенно упрощается.

• Из-за дороговизны бензина в условиях загородного хозяйства единственно приемлемым вариантом является изготовление небольшой электростанции, работающей от дизельного движка или на газу.

В этом случае работающий на сравнительно дешёвом топливе двигатель через специальную приводную муфту подсоединяется к валу сооружаемой конструкции, которая после небольшой доработки превращается в генератор переменного тока.

Выбор конструкции

Изготовить генератор из асинхронного двигателя можно вполне успешно, если внимательно изучить конструкцию и устройство каждого из указанных механизмов. Рассмотрим сначала типовой асинхронный двигатель, работающий по принципу скольжения ротора в отстающем по фазе электромагнитном поле статора. Неподвижная часть этого агрегата (статор) оборудуется, как известно, тремя катушками, смещёнными относительно друг друга в пространстве на 120 геометрических градусов.

За счёт взаимодействия подвижного и неподвижного поля в статорных катушках наводится переменное напряжение, представленное последовательностью трёх рабочих фаз (А, В и С).

Более простой вариант изготовления синхронной машины (генератора) предполагает применение б/у коллекторного однофазного двигателя, имеющего в своём составе устройство смещения фазы на конденсаторе фиксированной ёмкости.

Изготовление однофазной системы существенно упрощает конструкцию будущего генератора, но мощность такого изделия сравнительно невелика. Это обстоятельство не позволяет использовать его для питания некоторых образцов однофазных силовых агрегатов (скважинного насоса, например).

Обратите внимание! Однофазного устройства, собранного на базе коллекторного движка, по мощности может хватить разве что на энергоснабжение домашней осветительной сети.

В случаях, когда возникает необходимость в подключении к питающей линии более мощного силового оборудования, единственно правильное решение – изготовить генератор из асинхронного механизма (рисунок ниже).

Рассмотрим, как можно переделать этот механизм в трехфазный генератор, более подробно.

Порядок доработки обмоток

Прежде чем сделать генератор из асинхронного двигателя, следует разобраться с его статорными катушками, соединёнными между собой и включаемыми в питающую линию по определённой схеме.

Дополнительная информация. Для классического подключения асинхронных механизмов используются два типа включения статорных обмоток: по так называемой схеме «звезда» или «в треугольник».

В первом случае все три линейных катушки (А, В и С) с одной стороны объединяются в общий нулевой провод, в то время как вторые их концы подключаются к трём фазным линиям. При включении «треугольником» конец одной катушки соединяется с началом второй, а её конец, в свою очередь, – с началом третьей обмотки и так далее вплоть до замыкания цепочки.

В результате такого подключения образуется правильная геометрическая фигура, вершины которой соответствуют трём фазным проводам, а нулевой провод вообще отсутствует.

Из соображений простоты монтажа и безопасности эксплуатации в бытовых схемах обычно выбирается подключение типа «звезда», обеспечивающее возможность организации местного (повторного) защитного заземления.

При доработке двигателя следует снять крышку распределительной коробки и получить доступ к клеммам, на которые в нормальных условиях поступает трёхфазное питающее напряжение. В генераторном режиме к этим контактам следует подсоединить питающую линию с подключёнными к ней бытовыми трёхфазными потребителями.

Для организации однофазного питания (розеточных линий и цепей освещения, в частности) их нужно будет подключить одним концом к выбранному фазному контакту А, В или С, а другим – к общему нулевому проводу. Порядок подсоединения проводов к асинхронному двигателю приводится на следующем рисунке.

Важно! В случае нескольких линейных (однофазных) нагрузок необходимо распределить их по фазам таким образом, чтобы те были загружены более-менее равномерно.

Таким образом, генератор своими руками, собранный из трёхфазного двигателя, будет нагружен на все питающие цепи, а конечные потребители получат полагающиеся им нормативные мощности.

Организация приводной части

В бытовых условиях в качестве механического привода, как правило, используются типовые бензогенераторы, с которых момент вращения передаётся непосредственно на рабочий вал. Основная проблема при таком подключении – организация надёжного муфтового сцепления, полностью передающего крутящий момент на ось якоря генератора (в данной ситуации его функцию выполняет ротор двигателя).

При её обустройстве самый оптимальный вариант – это обратиться за помощью к профессиональным механикам, которые помогут организовать муфтовое соединение требуемого качества и надёжности.

Обратите внимание! Ротор переделываемого механизма напоминает по своей конструкции обмотку статора с тремя сдвинутыми на 120 градусов обмотками (он называется в этом случае фазным).

Линейные выводы каждой из обмоток соединяются со съёмными контактными кольцами, посредством которых на механизм двигателя через графитовые щётки подавалось запускающее напряжение. Если оставить всё как было, получается очень непростая в изготовлении и обслуживании конструкция, использовать которую в составе будущего генератора не имеет смысла.

Для удобства переделки лучше всего воспользоваться схемой короткозамкнутой подвижной части, которая может быть получена путём закорачивания рабочих выводов каждой из катушек фазного ротора.

Генератор на постоянных магнитах

Известен ещё один способ обустройства бытовых генераторов, состоящий в использовании при изготовлении мощных постоянных магнитов и ряда дополнительных приспособлений (в некоторых средствах массовой информации их ещё называют «вечными»).

Принцип работы такого источника энергии на магнитах состоит во взаимодействии э\м полей, создаваемых постоянными магнитными заготовками, жёстко закреплёнными на статорной и роторной части устройства (смотрите рисунок ниже).

Основное преимущество таких двигателей, выполняющих функцию генератора, – отсутствие потребности в источнике внешней энергии или в топливе. Однако и в данном случае не обходится без недостатков, проявляющихся, в первую очередь, в том, что сильные магнитные поля могут негативно сказываться на здоровье обслуживающего персонала.

С учётом этого недостатка во всех остальных ситуациях такой электромотор широко применяется в различных приводных узлах, нередко устанавливаемых на промышленном оборудовании. В качестве примера может быть приведён известный среди специалистов генератор, под обозначением «г 303».

В заключение обзора самодельных генераторов следует заметить, что для переделки их из асинхронных двигателей может потребоваться целый комплект специального съёмного инструмента, по своему составу напоминающий автомобильное оборудование.

Видео