Асинхронный генератор в качестве генератора

ликбез от дилетанта estimata

Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.

понедельник, 13 июля 2020 г.

Как из асинхронного двигателя сделать генератор (Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме)

Но в интернете распространено другое описание, которое приведу ниже. Эта статья, как пишут, была, опубликованная в журнале «Сделай сам» 2005, № 3, с.78 – 82. Но что-то я не нашёл данной статьи в этом выпуске журнала. Если не прав, прошу меня поправить тех, у кого есть данный выпуск.

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 фазным 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.

Рис.1 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:

где С — ёмкость конденсаторов, мкФ.

Как из асинхронного двигателя сделать генератор
Таблица 1

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.

  • бытовые сварочные трансформаторы;
  • электропилы, электрофуганки, зернодробилки (мощность 0,3…3 кВт);
  • электропечи типа «Россиянка», «Мечта» мощностью до 2 кВт;
  • электроутюги (мощность 850…1000 Вт).

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

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 должна подключаться параллельно рабочей обмотке. Можно использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключив его к рабочей 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».

Как сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками?

Как сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками? alt=»thumbnail» />

Асинхронным генератором называется работающий в генераторном режиме асинхронный электрический двигатель. Приводной двигатель вращает ротор асинхронного электрического генератора по направлению магнитного поля, вызывая тем самым отрицательное скольжение ротора, возникновение тормозящего момента и поступление электрической энергии в сеть.

Чем хороши асинхронные генераторы?

Асинхронные генераторы отличаются следующими преимуществами по сравнению с синхронными :

  • Более простое устройство по сравнению с синхронными, к примеру, автомобильными генераторами.
  • Если синхронные имеют на роторе индукционные катушки, то роторы асинхронных генераторов выглядят как обычные маховики.
  • Такие генераторы лучше защищены от попадания влаги и грязи.
  • Более устойчивы к коротким замыканиям, перегрузкам.
  • Напряжение на выходе у асинхронного электрогенератора имеет меньшую степень нелинейных искажений.

Видео о том, как из асинхронного двигателя сделать электрогенератор

Все перечисленные преимущества дают возможность использования асинхронных генераторов не только в качестве источников питания различных промышленных устройств, но и для питания электронной техники. Именно асинхронные генераторы являются идеальными источниками тока для приборов с активной (омической) нагрузкой — это и электронагреватели, и сварочные преобразователи, и лампы накаливания, и электронные устройства, компьютерная и радиотехника. Отсюда возникает вопрос: можно ли сделать асинхронный двигатель своими руками?

Читайте также  Австрийские фамилии мужские генератор

Генератор из асинхронного электродвигателя

У асинхронного электродвигателя отсутствует магнит на роторе, а на его месте там находятся короткозамкнутые витки. Поэтому с первого взгляда может показаться, что сделать из него генератор — неосуществимая задача. Однако, используя для этой цели конденсаторы, такую идею всё же можно воплотить в жизнь. Причем сделать генератор из асинхронного двигателя довольно просто.

Подключите к любой из трёх обмоток асинхронного электродвигателя вольтметр.

Затем следует раскрутить вал двигателя, в результате чего на вольтметре можно будет увидеть показатели, свидетельствующие о наличии появившегося напряжения. Откуда оно взялось, если ротор без магнита? Дело в том, что напряжение появляется в результате остаточной намагниченности ротора. Конечно, из-за небольшой намагниченности, напряжение также будет соответственно небольшим, значительно меньшим, чем номинальное напряжение питания двигателя.

Генератором это пока назвать нельзя, но что будет, если попытаться с помощью короткозамкнутых витков ротора создать магнитное поле? Поскольку при использовании двигателя по назначению короткозамкнутые витки ротора получают ток и намагничиваются от переменного магнитного поля обмоток статора, то можно получить такой же эффект и при работающем двигателе в режиме генератора.

Далее для того чтобы сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками, нужно зашунтировать одну обмотку статора с помощью конденсатора. При этом конденсатор необходимо выбирать не электролитический.

Затем следует раскрутить вал, в результате чего начнётся выработка сначала небольшого напряжения на обмотке статора, а через некоторое время оно начнёт увеличиваться и сравняется с номинальным напряжением электродвигателя.

Лучшего результата можно добиться при равных величинах резонансной частоты колебательного контура и частоты генерируемого напряжения, зависящего от частоты вращения вала. При вращении вала с частотой, приближенной к номинальной для двигателя, показатели частоты генерируемого напряжения также будут близки к номинальным. Затем зашунтируйте конденсатором остальные обмотки на двигателе и соедините их.

Ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками

Ветрогенератор из асинхронного двигателя легко сделать своими руками. К тому же для его изготовления не потребуется значительных затрат. Очень часто самодельные конструкции ветряного генератора электричества сделаны именно по такому принципу, с использованием асинхронного двигателя.

  1. Суть переделки заключается в том, чтобы проточить ротор под магниты. Затем с помощью шаблонов осуществляют приклеивание магнитов к ротору, после чего для надёжности их следует залить эпоксидной смолой. Кроме того, можно взять более толстый провод и перемотать статор для уменьшения слишком большого напряжения и поднятия силы тока. Однако в данном случае используется не перемотанный двигатель, а переделан только ротор на магниты.

  1. Ротор следует проточить с помощью токарного станка на толщину магнитов. Этот ротор не имеет металлической гильзы, вытачиваемой и надеваемой обычно на него под магниты. Наличие гильзы необходимо для того чтобы усилить магнитную индукцию. С её помощью магниты замкнут свои поля питания, что предотвратит рассеивание магнитного поля снизу и всё пойдёт в статор. Эта конструкция состоит из очень сильных магнитов большого размера (7,6 х 6 мм). Количество магнитов — 160 штук. Поэтому даже без гильзы они будут обеспечивать хорошую ЭДС.

  1. Перед тем как приступить к наклейке магнитов, следует разметить ротор на 4 полюса, а магниты расположить наискосок.
  2. Поскольку статор в данном случае не был перемотан, то ротор должен быть так же, как и двигатель, четырехполюсным.
  3. Магнитные полюса следует чередовать (условно полюса обозначены как «север» и «юг»).
  4. Полюса магнитов должны иметь промежутки, поскольку в полюсах они были сгруппированы более плотно.
  5. После того как магниты будут размещены на роторе, нужно зафиксировать их с помощью скотча и эпоксидной смолы.
  6. Когда данная конструкция была собрана, оказалось, что ротор залипает при вращении вала. Чтобы избежать этого, магниты следует сбить вместе эпоксидкой и равномерно разместить по всей поверхности ротора.

  1. Для проверки готового генератора прокрутите его дрелью и подключите для нагрузки лампочку.

  1. Кроме того, для тестирования устройства можно подключить и кипятильник. Если всё было сделано правильно, то через минуту кручения вода, находящаяся в стакане, нагреется до горячего состояния.
  2. Теперь следует изготовить винт для ветряка. Для этого можно взять трубу ПВХ диаметром 160 мм и вырезать из неё лопасти согласно следующим данным (диаметр винта 1,7 м) :

  1. Для того чтобы закрепить генератор и хвост, потребуется металлическая стойка, оснащенная поворотной осью. Чтобы обеспечить увод ветроголовки от ветра, используется складной хвост, а генератор следует сместить от центра оси.
  2. Хвост будет одет на трубу, расположенную позади конструкции.

  1. На следующем фото представлен готовый генератор. Его следует установить на мачту, длина которой составляет около 9 метров.

  1. При достаточно сильном ветре устройство будет выдавать напряжение на холостом ходу приблизительно 80 вольт.
  2. Затем необходимо собрать контролёр и подключить через него аккумулятор для зарядки. Электрогенератор из асинхронного двигателя своими руками готов.

Видео о том, как сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками

Самодельная электростанция из мотоблока

Многие умельцы вырабатывают электроэнергию с помощью мотоблока, которым обычно вспахивают и убирают огороды. Для воплощения в жизнь этой идеи потребуется асинхронный электрический двигатель (к примеру, серии АИР), используемый в качестве генератора. Как сделать генератор из асинхронного двигателя, описано в следующей инструкции:

  1. Возьмите электродвигатель с частотой вращения — 800-1600 об/мин, мощностью — 15 кВт.
  2. Двумя шкивами и приводным ремнём следует связать двигатель мотоблока с электродвигателем.
  3. Шкивы нужно подбирать такого диаметра, чтобы частота вращения электродвигателя в качестве генератора была на 10-15 % выше, чем паспортное значение числа оборотов электродвигателя.
  4. Затем следует включить конденсаторы параллельно каждой из пары обмоток, которые должны быть соединены звездой и образовывать треугольник.
  5. Снятие напряжения происходит между концом обмотки и средней точкой.
  6. Между обмотками получится 300 В, а между концом обмотки и средней точкой — 220В.
  7. Чтобы поддержать правильный режим работы генератора и пуска, нужно подобрать три конденсатора с одинаковой ёмкостью.

Соотношение мощности генератора и ёмкости конденсаторов :

Активная нагрузка иногда возможна и при одном конденсаторе. Для использования всех трех фаз, чтобы запитать однофазный инструмент, применяется трехфазный трансформатор. Если в процессе работы генератор будет сильно нагреваться, то ёмкость конденсаторов уменьшается. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400 В.

Видео о том, как сделать генератор из асинхронного двигателя

Если знать, как из асинхронного двигателя сделать электрогенератор, то с помощью таких энергетических установок можно также отапливать дом. Но для этого нужно будет использовать более мощный бензиновый двигатель.

А Вы уже пробовали сделать генератор из асинхронного двигателя? Получилось ли у Вас? Расскажите об этом в комментариях.

Асинхронный генератор Применение

Применение асинхронных генераторов (АГ) ограничивается тем, что они являются генераторами активной мощности и потребителями (извне) реактивной мощности. Следовательно, АГ способны работать лишь в системах, в которых имеются источники реактивной мощности. Таковыми могут быть либо система, в которой источником реактивной мощности является синхронная машина, выполняющая в том числе и функцию синхронного компенсатора, либо система, в которой источник реактивной мощности – батарея конденсаторов.

Асинхронные генераторы используются в качестве генераторов пиковых нагрузок на малых гидроэлектростанциях, работающих без обслуживающего персонала, так как они могут эксплуатироваться без систем регулирования частоты и напряжения. Известно также использование АГ в качестве генераторов ветроэнергетических станций.

Иногда асинхронную машину удобно использовать и в двигательном и в генераторном режимах.

В так называемых балансирных асинхронных машинах (серия АКБ) двигательный режим используется для холодной обкатки двигателей внутреннего сгорания. При горячей обкатке запускают двигатель внутреннего сгорания, асинхронная машина переходит в генераторный режим, нагружая тормозным моментом двигатель и рекуперируя энергию в сеть.

В авиации двигательный режим используется для запуска авиадвигателей, а в генераторном режиме формируется бортовая сеть трехфазного и постоянного (через выпрямитель) тока.

В системах автоматического управления, следящего электропривода, в вычислительных устройствах применяются асинхронные тахогенераторы с полым или короткозамкнутым ротором для преобразования частоты вращения вала в электрическое напряжение.

Генераторный режим асинхронной машины с фазным ротором используется в каскадных соединениях электрических машин, имеющих механическую связь и позволяющих получить от каскада специальные механические характеристики, а также в системах синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой.

Асинхронные генераторы отличаются высокой надежностью и простотой обслуживания в эксплуатации, они легко включаются на параллельную работу даже при сравнительно больших рассогласованиях угловых скоростей. Форма кривой напряжения АГ ближе к синусоидальной, чем у синхронных генераторов при работе на одну и ту же нагрузку.

Теоретические сведения

При повышении частоты вращения сверх частоты вращения холостого хода (за счет приводного двигателя) асинхронная машина переходит в генераторный режим, последовательно покрывая механические и добавочные потери холостого хода, электрические (холостого хода) и основные магнитные потери в статоре за счет механической мощности приводного двигателя. При этом ротор вращается быстрее (р) вращающегося магнитного поля (1), и скольжение

,

эдс и ток ротора меняют знаки. Электромагнитный момент становится тормозным. Меняет свою фазу на 180 и активный ток статора, определяемый величиной активной нагрузки генератора.

Следует отметить, что реактивная составляющая тока статора, определяемая величинами намагничивающего тока и тока, компенсирующего мощности полей рассеивания обмоток статора и ротора в генераторном режиме, как и в двигательном, будет иметь одну и ту же фазу (индуктивный характер по отношению к напряжению сети).

Диаграмма преобразования мощности асинхронного генератора приведена на рис. 5.1.

Читайте также  Автомат ввода резерва для генераторов что это

Работа асинхронной машины в генераторном режиме на сеть большой мощности (Uc = const, f1 = const) описывается такими же уравнениями, схемой замещения и круговой диаграммой (нижняя часть окружности), как и в двигательном режиме, за исключением знака скольжения (s < 0, см. рис. 5.2 и 5.6). Напряжение и частота генератора совпадают с таковыми в сети. Полезная мощность генератора зависит только от частоты вращения ротора, устанавливающейся автоматически, соответственно, мощности привода (в зоне докритических скольжений генератора).

Рис. 5.1. Энергетическая диаграмма асинхронного генератора:

Р1 – механическая мощность на валу; Рмех – механические потери; Рэ2 – потери в обмотке ротора; Рэм – электромагнитная мощность; Рдоб – добавочные потери; Рэ1 – потери в обмотке статора; Рст – потери в стали; Р2 – полезная мощность генератора

При работе АГ на сеть соизмеримой мощности постоянство Uc и fc обеспечивается соответствующим перевозбуждением синхронных машин, работающих на сеть и компенсирующих реактивную составляющую тока АГ и нагрузки сети.

При автономной работе АГ реактивная составляющая тока АГ и нагрузки компенсируется за счет емкостного тока в батарее конденсаторов. Схема замещения фазы АГ, формирующего автономную сеть с нагрузкой zн, приведена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Схема замещения самовозбуждающегося АГ

Процесс самовозбуждения АГ поясняет рис. 5.3. Остаточную эдс АГ, обусловленную намагниченностью ротора Еос, при ее пропадании восстанавливают кратковременным включением обмотки статора на сеть. В режиме холостого хода Ic = I, и для самовозбуждения АГ до эдс Е10 требуется емкость конденсатора в фазе

.

При нагрузке АГ (рост абсолютного значения s) напряжение снижается вследствие внутреннего падения напряжения и снижения эдс Е1 в результате уменьшения частоты сети при р = const.

,

где учтено, что s < 0.

Наиболее эффективна стабилизация напряжения дополнительными регулирующими конденсаторами (варикондами). При этом конденсаторы не только компенсируют реактивный ток АГ, но и меняют рабочую точку на магнитной характеристике генератора, компенсируя внутреннее падение напряжения.

Рис. 5.3. Процесс самовозбуждения АГ:

1 – характеристика холостого хода АГ; 2 – зависимость напряжения на конденсаторе от тока конденсатора

Стабилизация напряжения с ростом s возможна за счет увеличения р и, следовательно, f1. Остальные способы регулирования напряжения связаны с усложнением конструкции АГ (подмагничивание спинки статора) либо с применением стабилизаторов различных типов.

Как сделать генератор из электродвигателя постоянного тока — YouTube

Асинхронный генератор — это работающая в генераторном режиме асинхронная электрическая машина (ел.двигатель). В отличие от синхронных асинхронные генераторы не подвержены опасностям выпадения из синхронизма. Поэтому вращающий момент пропорционален току якоря (рис. 8). На рис. 9 представлена схема включения двигателя с последовательным возбуждением, в которую входит пусковое устройство.

Асинхронные двигатели. В зависимости от типа обмотки асинхронные электродвигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным ротором. Двигатели постоянного тока применяют в тех случаях, когда требуется плавное и глубокое регулирование скорости вращения. В двигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от постороннего источника.

Все электрические машины характеризуются обратимостью, т. е. возможностью работать как в качестве электродвигателя, так и в качестве генератора. В отличие от него в генераторе принудительно вращается ротор (якорь). С помощью генератора механическая энергия вращающегося якоря превращается в электрическую. Это позволяет использовать асинхронные генераторы не только для питания промышленных устройств, которые не критичны к форме входного напряжения, но подключать электронную технику.

Для возбуждения электродвижущей силы в его выходной цепи используют остаточную намагниченность ротора. К таким преимуществам относят низкий клирфактор (коэффициент гармоник), характеризующий количественное наличие в выходном напряжении генератора высших гармоник.

При этом скольжение станет отрицательным, а направление э.д.с. Е1, наведенной в обмотке статора, а следовательно, и направление тока I1 изменятся на противоположное.

Как превратить любой Асинхронный Двигатель в генератор

Однако асинхронные генераторы не получили широкого распространения, что объясняется рядом их недостатков по сравнению с синхронными генераторами. Непременным условием такой работы асинхронных генераторов является наличие остаточного намагничивания стали ротора, что необходимо для процесса самовозбуждения генератора. В моей электростанции источником тока является асинхронный генератор, приводимый в движение бензиновым двухцилиндровым двигателем с воздушным охлаждением УД-25 (8 л.с., 3000 об/мин.).

В этом случае ременная передача рассчитывается на обеспечение частоты вращения генератора, равной 1353 об/мин. В. П. Бельтюков из г. Нолинска сделал ветроустановку и в качестве генератора также использовал асинхронный двигатель. Такой генератор можно приводить в движение, используя мотоблок, минитрактор, двигатель мотороллера, автомобиля и т.д. Все электрические машины подразделяются по значению на два вида: Генераторы, Двигатели.

Генератор своими руками

Рис. 1. ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО (а) И ПОСТОЯННОГО (в) ТОКА и их ЭДС (б и г соответственно). Конструкция. Генератор постоянного тока должен давать ток, который всегда течет в одном направлении. Генератор с параллельным возбуждением. Многие генераторы сами создают магнитное поле возбуждения (работают в режиме самовозбуждения). Генератор со смешанным возбуждением. При подключении нагрузки к генератору с параллельным возбуждением напряжение на его зажимах падает, в частности, из-за того, что нагрузка отбирает часть тока возбуждения.

Почему мы используем Асинхронный Электрогенератор

Генераторы с последовательным возбуждением редко применяются, но двигатель с последовательным возбуждением очень полезен, особенно как тяговый в городском электрическом транспорте.Теория. Частоту вращения можно задавать и регулировать, изменяя ток возбуждения посредством реостата в цепи возбуждения.Двигатель с последовательным возбуждением.

Строительные машины и оборудование, справочник

Он применяется также на подъемниках, кранах и в автомобильных стартерах.Двигатель со смешанным возбуждением. Пуск двигателей постоянного тока. Ток в электродвигателе ограничивается противо-ЭДС. В момент пуска противо-ЭДС равна нулю, и если обмотка якоря включена непосредственно в сеть, ток может в 15-40 раз превысить номинальное значение. Рис. 11. ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ двигателя с параллельным возбуждением.

Если синхронный двигатель служит приводным двигателем генератора постоянного тока, то последний можно использовать в качестве двигателя для разгона синхронного двигателя до синхронной частоты

В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами. Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с выфрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин.

Возбуждение обеспечивается исключительно линией переменного тока, причем ток возбуждения отстает по фазе от тока в режиме двигателя и опережает ток в режиме генератора. Частота напряжения не зависит от частоты вращения ротора и полностью определяется частотой в линии, обеспечивающей возбуждение, так что генератор оправдывает свое название асинхронного.

В качестве энергоблока асинхронный генератор имеет много недостатков и редко применяется. Воздушный зазор асинхронного генератора мал, и при его проектировании приходится уделять много внимания снижению потерь в зубцах статора и ротора.

Бытовая генераторная установка, как правило, состоит из электродвигателя, а также узла, который преобразует крутящий момент в электроэнергию – генератора. Для работы в бытовых условиях применяются дизель генераторы и бензогенераторы. Дизельный генератор – это генераторная установка, в которой используется дизельный электродвигатель. Данный вид генераторов используется как в качестве аварийного источника электроснабжения, так и основного.

Если в магнитное поле поместить проводник с током в виде замкнутой рамки (рис. 10.2), то под действием сил, приложенных к сторонам рамки, она придет во вращение. Таким образом, проводник с током в магнитном поле можно рассматривать как элементарный электрический двигатель. Электрическая схема электрических машин состоит из неподвижных и подвижных обмоток.

Статор и ротор имеют стальные сердечники. Ротор закрепляется на валу, который вращается в подшипниках. Подшипники встроены в торцовые крышки, которые болтами крепятся к станине. На валу ротора устанавливается также вентилятор, служащий для охлаждения обмоток и сердечников.

Изменением емкости конденсаторов можно изменять величину намагничивающего тока, а следовательно, и величину напряжения генераторов. Асинхронные генераторы не восприимчивы к коротким замыканиям. Поскольку якорь двигателя вращается в магнитном поле, в проводниках якоря, как и в генераторе, наводится ЭДС Е. Но эта ЭДС противоположна току якоря и напряжению V во внешней цепи на входных зажимах.

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР – ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Генератор тока в общепринятом понимании – сложный электротехнический агрегат, посредством которого получают электрический ток синусоидальной формы.

В данном случае учитывается известный принцип физики, согласно которому один вид энергии преобразуется в другой. В генераторных машинах различного класса в качестве исходного энергоносителя традиционно используется механическое вращение.

  • падающая с высоты вода (на гидроэлектростанциях);
  • дизельные приводные агрегаты;
  • давление пара, вырабатываемого на тепловых подстанциях;
  • сила ветра.

Для понимания конструктивных особенностей и принципа работы генераторов сначала придется ознакомиться с устройством машин этого класса. И только потом – перейти к изучению известных разновидностей (синхронные и асинхронные устройства).

УСТРОЙСТВО И ОБЩИЙ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

  • основание (станина).
  • статор (неподвижный якорь) с набором фазных катушек.
  • вращающийся ротор (индуктор).
  • токосъемный узел с контактными кольцами и щетками.

При представленном устройстве принцип работы электрогенератора состоит во взаимодействии двух электромагнитных полей, одно из которых создается в индукторе, а второе – в обмотках статора.

Согласно закону э/м индукции Максвелла при вращении поля ротора внутри замкнутой системы статорных отмоток, в последних наводится ЭДС переменной величины и направления. Последняя и является источником переменного электрического тока синусоидальной формы, протекающего в подключенным к генератору нагрузкам.

СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Особенность устройств этого класса – жесткая связь 2-х рабочих величин, определяющих их функциональность. Это – частота переменной движущей силы F (Гц), которая за счет вращения индуктора наводится в статорных обмотках и тот же показатель для самого ротора (он обозначается как «N»).

Читайте также  Бак с топливом для дизель генераторов

Последний параметр определяется из формулы:

N= F/P (Гц), где P – количество пар полюсов якоря (статора).

Синхронный генератор

На якоре 1 намотана 3-х фазная обмотка генератора, а на его индукторе 2 установлен электромагнит с обмоткой возбуждения. Последняя запитана через скользящие контакты двух рабочих колец 3 и неподвижных графитовых щеток 4.

В этом случае необходимость в кольцах и щетках отпадает. При этом одновременно снижаются возможности по поддержанию выходных параметров (напряжения и тока) на стабильном уровне.

Принцип работы синхронного генератора.

Под воздействием приводной силы (воды, дизеля, давления пара или ветра) индуктор генератора начинает вращаться, образуя в каждой точке окружающего пространства переменное э/м поле.

В расположенной рядом 3-х фазной системе, состоящей из катушек статора, с синхронной частотой наводится вторичное поле. Под его действием через подключенную к статорным обмоткам нагрузку начинает течь переменный ток синусоидальной формы.

В результате такого взаимодействия реализуется синхронная схема работы генератора. Для получения ЭДС промышленной частоты (50 Гц) индуктор в генераторном устройстве должен вращаться с частотой 50 об/секунду (3000 об/мин).

АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Особенности конструкции и виды.

Принципиальное отличие асинхронных генераторов (АГ) от их синхронных аналогов заключается в отсутствии жесткой связи частоты вращения ротора с тем же параметром для ЭДС, наводимой в статоре.

Разность между этими показателями называют «скольжением». Указанный эффект возникает из-за того, что индуктор изготавливается в виде короткозамкнутой решетки.

Асинхронный генератор

Ротор «беличья клетка»

  • способ возбуждения;
  • методы стабилизации и управления;
  • диапазон скольжений.

Кроме того, такие агрегаты могут отличаться количеством генерируемых фаз.

Управление режимами.

Для возбуждения рабочих обмоток асинхронных генераторов потребуются внешние воздействия, реализуемые различными по своей эффективности способами. При этом возможны два режима управления запуском: мягкий и жесткий.

  • мягкий режим характеризуется быстрым и безопасным выходом на стационарный рабочий ход спустя какое-то время после запуска асинхронной машины;
  • жесткий режим связан с повышенным расходом энергии и дополнительными рисками для системы;
  • для реализации последнего чаще всего применяются способы внешнего воздействия (подкачки).

Мягкий запуск с возбуждением обмоток требует больших дополнительных затрат, связанных с использованием дорогостоящих электронных систем.

В простейшем случае обходятся жестким режимом, реализуемым с помощью комплекта конденсаторов или специального компенсатора. В обоих случаях дополнительные элементы подкачки энергии подключаются к статорной обмотке (якорю).

Преимущества и особенности применения.

  • устойчивость к перегрузкам и кз;
  • простота конструкции и легкость обслуживания;
  • малые линейные искажения формируемого сигнала;
  • низкий уровень тепловыделения.

Показатель нелинейных искажений синусоиды у устройств этого класса не превышает 2% (против 15 процентов у синхронных машин); Благодаря этому использование таких электрогенераторов гарантирует устойчивость функционирования подключенного оборудования.

Кроме того, их применение обусловлено способностью вырабатывать активную мощность лишь при условии наличия в нагрузочной цепи реактивной составляющей.

Соблюдение этого требования возможно только в системах, включающих в свой состав индуктивные или емкостные нагрузки. В случае необходимости эти агрегаты могут использоваться в качестве асинхронных двигателей.

  • в функции генератора пиковых нагрузок – в тепло- и гидроэлектростанциях, а также в ветряных установках небольшой мощности;
  • в двигательном режиме они нередко применяются для холодной обкатки двигателей внутреннего сгорания;
  • при горячей обкатке асинхронная машина переводится в режим генератора, нагружая двигатель и отдавая энергию в бортовую сеть.

В авиации двигательный режим востребован при запуске турбин, а в качестве генератора он обеспечивает бортовые сети переменным и постоянным током.

В системах следящего привода, в автоматических системах управления, а также в ряде цифровых устройств применяются асинхронные тахогенераторы, работающие с полым или короткозамкнутым ротором.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Области применения асинхронных генераторов

Асинхронные генераторы находят широкое применение в качестве основных элементов автономных электроэнергетических установок. Ниже при водится далеко не полный перечень областей, в которых они используются или могут быть использованы.

1. В районах, удаленных от линий электропередачи и электростанций местного значения, асинхронные самовозбуждающиеся генераторы могут стать источниками питания асинхронных двигателей, электробытовых приборов, использоваться для освещения, обогрева и Т.П. Конструктивно они представляют собой нормальную асинхронную машину трехфазного тока с короткозамкнутым ротором или машину специального исполнения. На рис.8 показан общий вид переносной малогабаритной электростанции «Дружба» с асинхронным самовозбуждающимся генератором, предназначенной для питания осветительных установок на лесосеках, лесосплаве и при изыскательских работах, а также для освещения помещений.

Общий вид переносной электростанции "Дружба"

Рис 8. Общий вид переносной электростанции «Дружба»

1 — первичный двигатель; 2 — асинхронный генератор; 3 — редуктор; 4 — pacпределительное устройство; 5 — топливный бак; 6 — каркасная рама

2. Проведенные исследования доказали возможность использования асинхронногo генератора с самовозбуждением для питания paдиостанций небольшой мощности. При этом электроснабжение потребителей постоянного тока осуществляется посредством выпрямительных блоков со сглаживающими фильтрами.

3. Асинхронные генераторы повышенной частоты с возбуждением от конденсаторов находят применение в электротермии. Так, шведской фирмой ASEA для индукционного нагрева выпускаются генераторы мощностью до 200 кВт. А частотой 250 Гц.

4. Для питания ряда современных устройств необходимо иметь переменное напряжение cтpoгo постоянной, прецизионной частоты. При сочетании асинхронного короткозамкнутого генератора с задающим генератором может быть получен режим электромашинного усилителя переменного тока с высокой точностью стабилизации частоты.

5. В судовых электроэнергетических установках при меняются асинхронные генераторы с приводом от гребных валов. К статорной обмотке генератора с фазным ротором подается напряжение возбуждения со стороны сети (от синхронного гeнepaтopa). Обмотка ротора через выпрямительный мост соединяется с цепью якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, на валу которого установлен синхронный генератор. Таким образом, энергия скольжения за вычетом потерь в каскаде асинхронный генератор двигатель постоянного тока передается на вал синхронного генератора. Возможно также каскадное соединение двух асинхронных генераторов или соединение асинхронного генератор и двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Принципиальная схема системы, в которой используется асинхронный генератор с приводом от гребных валов, приведена на рис.9.

Принципиальная схема каскадного соединения асинхронного генератора с двигателем постоянного тока

Рис 9. Принципиальная схема каскадного соединения асинхронного генератора с двигателем постоянного тока:

1 — асинхронный гeнepaтop, 2 — двигатель постоянного тока; 3 — синхронный генератор; 4 — выпрямитель

6. Определенный интерес вызывает также идея использования на самолетах с небольшим и значительным диапазоном изменения частоты вращения авиадвигателей асинхронных генераторов независимого возбуждения с фазным ротором. Генератор, возбуждаемый со стороны ротора, обеспечивает получение постоянной (ста6илизированной) частоты. При этом отпадает необходимость в установке между авиадвигателем и генератором передаточных устройств с переменным передаточным отношением. Такой генератор можно рассматривать как обращенный преобразователь частоты, у которого обмотка ротора является входной, а обмотка статора выходной. На вход генератора подается напряжение, частота которого пропорциональна скольжению. Возбуждаемая тaким образом асинхронная машина работает с синхронным потоком.

Бесконтактный вариант асинхронного генератора с фазным ротором

Рис 10. Бесконтактный вариант асинхронного генератора с фазным ротором

Бесконтактный вариант асинхронного генератора с синхронным потоком, разработанный в США, приведен на рис. 10.

7. Получение постоянного напряжения в автономных энергетических установках наиболее просто достигается, как было показано выше, с помощью ABГ асинхронных самовозбуждающихся вентильных генераторов.

8. Перспективно применение асинхронных генераторов с короткозамкнутым ротором для электросварки. Как показали исследования, срыв режима самовозбуждения при значительных токах нагрузки можно предотвратить путем соответствующих конструктивных и схемных решений. В наиболее совершенной конструкции источника питания сварочной дyги трехфазный асинхронный генератор (ACГ, рис. 11) имеет две обмотки возбуждения 2 и 5, генераторную обмотку 6 и короткозамкнутый ротор 4 обычной конструкции. Обмотки статора 2, 5 и 6 охватывают пакеты зубцов статора З, которые расположены аксиально. По торцам зу6цов закреплены два кольцевых ярма 1 и 7.

Принципиальная электрическая схема генератора приведена на рис. 11, б. Обмотки возбуждения, с включенными в их цепь конденсаторами, соединены последовательно. Сварочная цепь постоянного (выпрямленногo) тока получает питание от генераторной обмотки через полупроводниковый выпрямитель 8.

Экспериментальные исследования опытного образца ACГ показали, что генератор обеспечивает надежное возбуждение и высокую стабильность горения сварочной дуги. Это объясняется двумя причинами:

— магнитодвижущие силы обмоток возбуждения 2 и 5 одна относительно другой направлены встречно, а по отношению к ротору согласно;

— генераторная обмотка по отношению к обмотке возбуждения 5 является вторичной обмоткой трансформатора. Ток ее в режиме короткого замыкания оказывает сильное размагничивающее действие, и магнитный поток возбуждения существенно уменьшается. Однако поток, создаваемый теперь в основном магнитодвижущей силой обмотки возбуждения 2, оказывается достаточным для поддержания определенного, зависящего от емкости конденсаторов, напряжения на выходе ACГ.

Внешние характеристики генератора для трех значений возбуждающей емкости приведены на рис. 11, 6. Как видно, на рабочих участках (20 30 В) они являются крутопадающими, благодаря чему oгpaничиваются токи короткого замыкания. С применением ACГ производилась сварка стальных труб. Cвapной стык подвергался испытаниям на механическую прочность и проверке радиографическим методом. Установлено, что по качеству шва ACГ не уступает серийным сварочным генераторам.

Массогабаритные показатели ACГ с пленочными конденсаторами типа K78-17 выше, чем у коллекторного генератора постоянного тока, и практически находятся на уровне показателей индукторного генератора.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: