Генератор из асинхронного двигателя – устройство, принцип действия, применение, особенности переделки, этапы изготовления

Нестабильность частоты тока, который генерируется, имеет характер случайных изменений и не может быть объяснена научно. Поэтому данный фактор оказывается вне учета и не может быть компенсирован, что становится одной из главных причин нестабильной популярности асинхронных генераторов в быту и на производстве.

9. Асинхронная машина в качестве генератора

Асинхронные машины используются в качестве генераторов весьма редко и лишь в специфических условиях.

Этот режим чаще всего наблюдается, когда двигатели находятся в процессе торможения. Тем не менее, асинхронные машины могут работать в режиме генератора, используя два варианта: либо в тормозном режиме, когда сеть поставляет энергию для формирования магнитного потока, либо в автономном режиме, когда для самовозбуждения используются конденсаторы.

Синхронные генераторы обычно потребляют реактивную мощность из сети для создания необходимого магнитного потока. Для того чтобы асинхронная машина начала функционировать в генераторном режиме, ее необходимо разгрузить и вращать ротор с более высокой скоростью, чем синхронная (n>n₁), что приводит к отрицательному скольжению. В результате этого меняется фаза ЭДС ротора на 180 градусов, что вызывает инверсию активной составляющей тока ротора, в то время как реактивная составляющая сохраняет свое направление, так как независимо от режима работы машина всегда потребляет реактивную мощность для создания магнитного поля.

Докажем это аналитически. Ток в роторе

, согласно рисунку 1, ток , и отвечают условиям , т.е. S < 0.

В этой ситуации активная составляющая тока ротора изменит свой знак.

При этом реактивная составляющая тока ротора I_2r не изменяет своего знака, когда машина переходит в режим генератора.

, ,

Асинхронный мотор и генератор – устройство, особенности и принцип действия, применение

Перед тем как приступить к преобразованию электрического двигателя в электрогенератор, необходимо разобраться в его конструкции и принципе работы. Существует два типа асинхронных двигателей, которые различаются по конструкции ротора – это короткозамкнутые и фазные. Эти два типа имеют свои специфические характеристики:

Электроприводы этой категории состоят из двух главных компонентов:

• Неподвижного статора, который служит основой для создания магнитного поля.
• Вращающегося ротора, который взаимодействует со статором.

Оба этих элемента включают в себя наборные сердечники, изготовленные из специального стального сплава. Обмотка статора выполняется из изолированного проводника, в то время как ротор может иметь стержневую намотку или быть залитым алюминием.

На краях ротора установлены кольца. Эти кольца обеспечивают замыкание обмотки, и оттуда и произошло название данного типа мотора.

В отличие от короткозамкнутого ротора, фазный ротор оснащен общей обмоткой, аналогичной статору. Она соединяется контактными кольцами, расположенными по краям, с контролирующими устройствами с помощью скользящих щеток.

Асинхронный электромотор с короткозамкнутым ротором в разрезе

Электроприводы с фазным ротором встречаются значительно реже, так как они более дорогие, менее надежные и требуют частого профессионального обслуживания. Поэтому далее мы сосредоточимся на возможности переоборудования более доступных короткозамкнутых моделей.

Помимо этого, процесс создания генератора из асинхронного двигателя своими руками довольно прост и быстрый, без необходимости серьезных изменений. В сравнении с синхронными аналогами, у асинхронных генераторов имеется несколько преимуществ:

• Более простая конструкция.
• Возможность более высокой скорости вращения ротора.
• Отличная защищенность от негативных внешних воздействий.
• Небольшая неравномерность вращения, составляющая всего 2%.
• Устойчивость к колебаниям в электрической сети.
• Стабильные намотки, способствующие увеличению срока службы.
• Выход стабильного однофазного или трехфазного тока без необходимости использования инвертора в схеме.

Электрогенератор на базе асинхронного двигателя в тестовом режиме обеспечивает работу электромотора

Принцип работы асинхронного мотора заключается в том, что в его обмотках создаются поля разной направленности, что способствует вращению ротора, находящегося на валу. Генератор, в свою очередь, начинает работать в обратном направлении: при вращении намагниченного ротора формируется электромагнитное поле, которое индицирует ток в неподвижной обмотке статора.

Самодельные электрогенераторы находят широкое применение в различных сферах, включая:

• Создание ветряной частной электростанции.
• Оборудование небольшой гидроэлектростанции.
• Постройка мобильного электрогенератора на бензиновом или дизельном топливе.
• Обеспечение автономного электроснабжения коттеджей или отдельных механизмов.
• Генерация электричества определенных характеристик в сварочных аппаратах.
• Создание безотказного электропитания для объектов при аварийном отключении электроэнергии.

Особенности переделки, выгода и эффективность

Для того чтобы преобразовать электродвигатель в генератор, сначала необходимо разобраться, как механическая энергия превращается в электрическую. На первый взгляд, это может показаться простым процессом – при вращении ротора должно создаваться переменное электромагнитное поле, которое индицирует ток в неподвижной обмотке статора.

На практике же, если попытаться запустить стандартный электропривод в генераторном режиме, то ток не будет возникать. Однако магнитное поле присутствует, когда агрегат работает как мотор, и даже остается на роторе после его отключения.

Поэтому, если вал ротора начать вращать, ток все же может появиться, но лишь на короткое время, поскольку магнитное поле быстро иссякает. Единственным способом поддержания намагниченности является метод самовозбуждения. Для этого необходимо установить в схему емкостные конденсаторы.

Для работы электрогенератора требуется правильно подобрать емкостные конденсаторы

Эти элементы схемы нужно установить на каждую обмотку генератора. Параметры зависят от частоты вращения ротора и могут быть определены по следующей формуле:

Е – емкость конденсатора,

С_вр – частота вращения ротора,

Ф – частота тока в сети, обычно она составляет 50 Гц,

Н_ст – напряжение в электросети.

Например, если ротор вращается со скоростью 2000 об/мин, требуемая емкость в однофазном варианте составит:

Е = 2000 / 2 × 3,14 × 50 × 220² = 132 мкФ

Кроме того, при выборе конденсаторов и дальнейшей безопасной эксплуатации агрегата рекомендуется учитывать следующие правила:

• Емкость не должна превышать расчетное значение, иначе это приведет к увеличению активного сопротивления и перегреву генератора.
• Такой же эффект произойдет, если оборудование запустится без нагрузки.
• При нагреве можно понизить емкость в цепи. Для этого рекомендуется изначально использовать не один конденсатор, а несколько. Например, вместо одного с емкостью 100 мкФ можно установить пять по 20 мкФ. Убрав один, мы получаем 80 мкФ.

Вместо одного мощного лучше использовать пару конденсаторов, чтобы при необходимости можно было снизить емкость.

В зависимости от нужного выходного напряжения существуют два способа подключения конденсаторов к обмоткам:

• 220 В. Используется схема треугольника – конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй с началом третьей, а конец третьей возвращается к началу первой.
• 380 В. Применяется схема звезды – начало первой, второй и третьей обмоток соединяется вместе, а конце подсоединяются емкости.

Для одновременного подключения устройств к генератору и бытовой сети рекомендуется использовать двухфазный рубильник. В процессе переключения источника он продемонстрирует безопасное отключение как фазы, так и нуля.

Преимущество электрогенератора на базе асинхронной машины заключается прежде всего в том, что он требует минимального обслуживания. Кроме того, генерируемый ток не содержит так называемых высших гармоник.

Создаем предусловия для переделки

Двигатели, работающие от переменного тока, называются асинхронными ввиду того, что вращающееся магнитное поле статора медленно опережает скорость вращения ротора, тем самым подталкивая его за собой.

Используя принцип обратимости, можно предположить, что для генерации электрического тока вращающееся магнитное поле статора должно либо отставать от ротора, либо даже двигаться в противоположном направлении. Достичь такого эффекта можно двумя способами.

Затормозить его реактивной нагрузкой. С этой целью в цепь питания электродвигателя, работящего в стандартном режиме (не в генераторном), необходимо подключить, скажем, мощную конденсаторную батарею. Это устройство может аккумулировать реактивную составляющую электрического тока, то есть магнитную энергию. Это свойство в последнее время активно используется теми, кто стремится сэкономить на потреблении электроэнергии.

attention type=red>Важно заметить, что фактической экономии электроэнергии не происходит; потребитель лишь немного обманывает счетчик на законных основаниях.

Накопленный заряд конденсаторной батареей находится в противофазе с тем, что образуется питающим напряжением, тем самым подтормаживая его. В результате электродвигатель начинает генерировать ток, возвращая его обратно в сеть.

blockquote_gray>Использование мощных двигателей в домашнем обиходе при наличии строго однофазной сети требует особых знаний о том, как подключить трехфазный электродвигатель к сети 220 В.

Для одновременного подключения потребителей электроэнергии к трем фазам можно использовать специальное электромеханическое устройство — магнитный пускатель. О специальных особенностях правильной установки такого оборудования можно узнать здесь.

На практике этот эффект наблюдается в электрическом транспорте. Когда электровоз, трамвай или троллейбус движутся под уклон, к цепи питания подключается конденсаторная батарея и производится откачка электрической энергии в сеть (не верьте тем, кто говорит, что электротранспорт дорог: он на 25% обеспечивает собственное энергоснабжение).

attention type=green>Следует понимать, что этот способ получения электрической энергии не является чистой генерацией. Чтобы перевести работу асинхронного двигателя в генераторный режим, необходимо применять метод самовозбуждения.

Самовозбуждение асинхронного двигателя и переход в режим генерации может инициироваться за счет наличия остаточного магнитного поля в якоре (роторе). Несмотря на то что это поле очень слабое, оно может генерировать ЭДС, которая зарядит конденсатор. После того как возникнет эффект самовозбуждения, конденсаторная батарея будет получать дополнительное питание от произведенного электрического тока, что позволит осуществить непрерывную генерацию.

Секреты изготовления генератора из асинхронного двигателя

Чтобы превратить электромотор в генератор, необходимо использовать неполярные конденсаторные батареи. Электролитические конденсаторы для этой цели не подходят. В трехфазных двигателях конденсаторы подключаются по схемам звезды или треугольника. Соединение по схеме звезды позволяет начать генерацию при более низких оборотах ротора, но выходное напряжение будет несколько ниже, чем при соединении по схеме треугольника.

Также существует возможность создания генератора из однофазного асинхронного двигателя, однако в этом случае годятся лишь модели с короткозамкнутым ротором, где для запуска используется конденсатор, создающий фазовый сдвиг. Коллекторные однофазные двигатели недопустимы для подобных переделок.

В домашних условиях произвести расчет необходимой емкости конденсаторной батареи достаточно сложно. Поэтому, руководствуясь практическим опытом, следует учитывать, что общий вес конденсаторной батареи должен соответствовать или немного превышать вес самого электродвигателя.

В реальности это приводит к тому, что создание достаточно мощного асинхронного генератора становится практически невозможным: чем ниже номинальные обороты двигателя, тем больший он весит.

Электрогенератор своими руками

В первую очередь нужно определиться с архитектурой генератора. Рекомендуется выбирать наиболее простую конструкцию, не требующую значительных технических знаний и навыков в работе. Такие схемы позволят запустить агрегат без подключения к сети. После достижения синхронной частоты обмотка статора начнет генерировать электрическую энергию.

К зажимам обмотки присоединяется батарея с несколькими конденсаторами. Это нужно для получения опережающего емкостного тока, который обеспечит намагничивание. В результате происходит автоматический запуск, после чего на обмотке статора устанавливается система, обеспечивающая симметричное трехфазное напряжение. Характеристики производимого тока зависят от емкости конденсаторов и технических параметров устройства.

Для преобразования асинхронного электродвигателя в генератор необходимо использовать неполярные конденсаторные батареи. В связи с этим электролитические конденсаторы использовать не рекомендуется. В трехфазном двигателе подключение конденсаторов осуществляется по следующим схемам:

• Схема звезды. Нормальная генерация возможна при низких оборотах, однако выходное напряжение будет ниже.
• Схема треугольника. Генерация происходит при более высоких оборотах, что обеспечит большее выходное напряжение.

Для работы потребуется следующие материалы и инструменты:

• Асинхронный двигатель,
• Тахометр или тахогенератор для контроля частоты,
• Конденсаторы подходящей емкости,
• Отвертки, ключи и другие необходимые инструменты.

Как уже упоминалось, необходимо настроить, чтобы скорость вращения генератора превышала скорость асинхронного двигателя. Поэтому подключаем его к сети и запускаем. Скорость определяем с помощью тахометра. После этого по табличным данным подбираем необходимую емкость конденсатора. Не забывайте, что чрезмерная емкость может привести к перегреву генератора.

Выбор емкости должен быть таким, чтобы обеспечивалась необходимая скорость вращения. В целях безопасности конденсаторы следует изолировать специальным покрытием. Собранное и проверенное устройство готово к эксплуатации.

Самоделки из двигателя от стиральной машины

Принцип работы и схема генератора переменного тока

Схема и способы подключения асинхронного электродвигателя

Проверка электродвигателя с мультиметром: как проверить ротор и статор на межвитковое замыкание, прозвонка асинхронного и трехфазного двигателей

Система запуска асинхронного двигателя: устройство и принцип работы, схемы,

Как проверить электродвигатель: этапы диагностики и выявления неисправностей

Как подключается трехфазный двигатель к сети 380 В

Чем хороши асинхронные генераторы?

Асинхронные генераторы обладают рядом преимуществ по сравнению с синхронными генераторами:

• Более простая конструкция по сравнению, например, с синхронными автомобильными генераторами.
• Роторы асинхронных генераторов выглядят как обычные маховики, в отличие от синхронных, которые имеют индукционные катушки.
• Такие генераторы имеют лучшую защиту от попадания влаги и загрязнений.
• Они лучше справляются с короткими замыканиями и перегрузками.
• Напряжение на выходе у асинхронного электрогенератора имеет меньшую степень нелинейных искажений, что делает их более подходящими для многих приложений.

Видео о том, как из асинхронного двигателя сделать электрогенератор.

Все перечисленные преимущества делают асинхронные генераторы подходящими не только для питания различных промышленных устройств, но и для обеспечения работы электронной техники. Асинхронные генераторы являются идеальными источниками тока для приборов с активной (омической) нагрузкой, таких как электронагреватели, сварочные преобразователи, лампы накаливания и электронные устройства, включая компьютерную и радиотехнику. Поэтому возникает вопрос: возможно ли самостоятельно изготовить асинхронный двигатель?

Генератор из асинхронного электродвигателя

Асинхронные электродвигатели не содержат магниты на роторе, вместо этого у них короткозамкнутые витки. Это может создать впечатление, что сделать из них генератор невозможно. Однако, используя конденсаторы, данная задача становится реализуемой. Делаем генератор из асинхронного двигателя довольно легко.

Подключите к одной из трех обмоток асинхронного электродвигателя вольтметр.

Затем раскрутите вал двигателя, и на вольтметре можно зафиксировать показатели, свидетельствующие о наличии напряжения. Как тут возможно возникновение напряжения, если ротор не имеет магнита? Дело в том, что напряжение возникает благодаря остаточной намагниченности ротора. Несмотря на малую величину, она все же генерирует напряжение, но оно будет значительно ниже номинального рабочего напряжения двигателя.

Хотя такое устройство нельзя еще назвать генератором, вопрос в том, возможно ли создать магнитное поле, используя короткозамкнутые витки ротора? Когда электродвигатель работает в своем назначении, короткозамкнутые витки получают ток и намагничиваются от переменного магнитного поля обмоток статора, соответственно, тот же эффект можно достичь и при работе двигателя в режиме генератора.

Для того чтобы самодельный генератор функционировал, нужно зашунтировать одну из обмоток статора с помощью конденсатора. При этом обязательно использовать неполярные конденсаторы.

После этого необходимо раскрутить вал, что приведет к первичной генерации напряжения на обмотке статора, которая затем начнет возрастать, достигая номинального уровня для данного электродвигателя.

Оптимальный результат будет достигнут при равенстве резонансной частоты колебательного контура и частоты генерируемого напряжения, которая также зависит от оборотов вала. Если речь идет о вращении вала с частотой, близкой к номинальной для двигателя, тогда частота генерируемого напряжения также будет приближаться к номинальным значениям. Затем нужно также зашунтировать остальные обмотки двигателя с помощью конденсаторов и соединить их.

Ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками

Создать ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками вполне реально и не потребует значительных затрат. Самодельные конструкции на базе асинхронного двигателя используются для создания ветряных генераторов электричества.

1. Прежде всего, необходимо обработать ротор под магниты. После этого, с использованием шаблонов, приклеить магниты к ротору, а для надежности зафиксировать их с помощью эпоксидной смолы. В качестве альтернативы можно взять более толстый провод и перемотать статор для уменьшения слишком высокого напряжения и увеличения силы тока. Но именно в этом случае используется не перемотанный двигатель, а преобразованный ротор на магниты.

1. Сначала ротор необходимо проточить на толщину магнитов. Причем этот ротор не имеет металлической гильзы, обычно изготавливаемой и установленной вместо магнитов. Наличие гильзы крайне важно для увеличения магнитной индукции. Она позволит магнитам замкнуть свои поля, что предотвращает рассеивание магнитного поля вниз и заставляет его попасть в статор. В данной конструкции используются очень мощные магниты большого размера (7,6 х 6 мм). Их количество составляет 160 штук. Даже без гильзы они обеспечивают хорошую ЭДС.