1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Генератор из асинхронного двигателя самозапитка схема

Самодельный генератор из асинхронного электродвигателя

  • 1 Принцип работы генератора
  • 2 Преобразование
  • 3 Монтаж системы мотор-генератор
  • 4 Генератор на ниодимовых магнитах
  • 5 Видео. Генератор из асинхронного двигателя.

В стремлении получить автономные источники электроэнергии специалисты нашли способ как своими руками переделать, трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока в генератор. Такой метод имеет ряд преимуществ и отдельные недостатки.

Внешний вид асинхронного электродвигателя

В разрезе показаны основные элементы:

  • чугунный корпус с радиаторными рёбрами для эффективного охлаждения;
  • корпус короткозамкнутого ротора с линиями сдвига магнитного поля относительно его оси;
  • коммутационно контактная группа в коробке (борно), для коммутации обмоток статора в схемы звезда или треугольник и подключения проводов электропитания;
  • плотные жгуты медных проводов обмотки статора;
  • стальной вал ротора с канавкой для фиксации шкива клиновидной шпонкой.

    Детальная разборка асинхронного электродвигателя с указанием всех деталей показана на рисунке ниже.

    Детальная разборка асинхронного двигателя

    Достоинства генераторов, переделанных из асинхронных двигателей:

  • простота сборки схемы, возможность не разбирать электродвигатель, не перематывать обмотки;
  • возможность вращения генератора электротока ветряной или гидротурбиной;
  • генератор из асинхронного двигателя широко используется в системах мотор-генератор для преобразования однофазной сети 220В переменного тока в трёхфазную сеть с напряжением 380В.
  • возможность использования генератора, в полевых условиях раскручивая его от двигателей внутреннего сгорания.

    Как недостаток можно отметить сложность расчёта ёмкости конденсаторов, подключаемых к обмоткам, фактически это делается экспериментальным путём.

    Поэтому трудно добиться максимальной мощности такого генератора, бывают сложности с электропитанием электроустановок, которые имеют большое значение пускового тока, на циркулярных электропилах с трёхфазными двигателями переменного тока, бетономешалках и других электроустановках.

    Принцип работы генератора

    В основу работы такого генератора заложен принцип обратимости: «любая электроустановка преобразующая электрическую энергию в механическую, может сделать обратный процесс». Используется принцип работы генераторов, вращение ротора вызывает ЭДС и появление электрического тока в обмотках статора.

    Исходя из этой теории, очевидно, что асинхронный электродвигатель можно переделать в электрогенератор. Чтобы осознано провести реконструкцию необходимо понять, как происходит процесс генерации и что для этого требуется. Все двигатели, которые приводит в движение сила переменного тока, считаются асинхронными. Поле статора движется с небольшим опережением относительно магнитного поля ротора, подтягивая его за собой в сторону вращения.

    Чтобы получить обратный процесс, генерацию, поле ротора должно опережать движение магнитного поля статора, в идеальном случае вращаться в противоположном направлении. Добиваются этого включением в сеть питания, конденсатора большой ёмкости, для увеличения ёмкости используют группы конденсаторов. Конденсаторная установка заряжается, накапливая магнитную энергию (элемент реактивной составляющей переменного тока). Заряд конденсатора по фазе противоположный источнику тока электродвигателя, поэтому вращение ротора начинает замедляться, обмотка статора генерирует ток.

    Этот принцип работы используется практически в электровозах, трамваях при необходимости плавного торможения. По такому же принципу некоторые «Кулибины», замедляют вращение диска электросчётчиков, пытаясь сократить расходы на электроэнергию.

    Преобразование

    Как практически своими руками преобразовать асинхронный электродвигатель в генератор?

    Для подключения конденсаторов надо открутить верхнюю крышку борно (коробка), где расположена контактная группа, коммутирующая контакты обмоток статора и подключены провода питания асинхронного двигателя.

    Открытое борно с контактной группой

    Обмотки статора могут быть соединены в схему «Звезда» или «Треугольник».

    Схемы включения «Звезда» и «Треугольник»

    На шильдике или в паспорте на изделие показаны возможные схемы подключения и параметры двигателя при различных подключениях. Указывается:

    • максимальные токи;
    • напряжение питания;
    • потребляемая мощность;
    • количество оборотов в минуту;
    • КПД и другие параметры.

    Параметры двигателя, которые указаны на шильдике

    В трёхфазный генератор из асинхронного электродвигателя, который делают своими руками, конденсаторы подключаются по аналогичной схеме «Треугольником» или «Звездой».

    Вариант включения со «Звездой» обеспечивает пусковой процесс генерации тока на более низких оборотах, чем при соединении схемы в «Треугольник». При этом напряжение на выходе генератора будет немного ниже. Подключение по схеме «Треугольника» предоставляет незначительное увеличение выходного напряжения, но требует более высоких оборотов при запуске генератора. В однофазном асинхронном электродвигателе подключается один фазосдвигающий конденсатор.

    Схема подключения конденсаторов на генераторе в «Треугольник»

    Используются конденсаторы модели КБГ-МН, или другие марки не менее 400 В бесполярные, двухполюсные электролитические модели в этом случае не подходят.

    Как выглядит бесполюсный конденсатор марки КБГ-МН

    Так как в бытовых условиях рассчитать необходимую ёмкость конденсаторов для используемого двигателя практически невозможно, экспериментальным путём была составлена таблица.

    Расчёт ёмкости конденсаторов для используемого двигателя

    Номинальная выходная мощность генератора, в кВт Предположительная ёмкость в, мкФ 2 60 3,5 100 5 138 7 182 10 245 15 342

    В синхронных генераторах возбуждение процесса генерации происходит на обмотках якоря от источника тока. 90% асинхронных двигателей имеют короткозамкнутые роторы, без обмотки, возбуждение создаётся остаточным в роторе статическим зарядом. Его достаточно чтобы на первоначальном этапе вращения создать ЭДС, которое наводит ток, и подзаряжает конденсаторы, через обмотки статора. Дальнейшая подзарядка уже поступает от генерируемого тока, процесс генерации будет непрерывным, пока вращается ротор.

    Автомат подключения нагрузки к генератору, розетки и конденсаторы рекомендуется установить в отдельный закрытый щит. Соединительные провода от борно генератора до щита проложить в отдельном изолированном кабеле.

    Даже при неработающем генераторе необходимо избегать прикосновения к клемам конденсаторов контактов розеток. Накопленный конденсатором заряд остаётся длительное время и может ударить током. Заземляйте корпуса всех агрегатов, мотора, генератора, щита управления.

    Монтаж системы мотор-генератор

    При монтаже генератора с мотором своими руками надо учитывать, что указанное количество номинальных оборотов используемого асинхронного электродвигателя на холостом ходу больше.

    Схема мотор-генератора на ременной передаче

    На двигателе в 900 об/м при холостом ходе будет 1230 об/м, чтобы получить на выходе генератора, переделанного из этого двигателя достаточную мощность, надо иметь количество оборотов на 10% больше холостого хода:

    1230 + 10% =1353 об/м.

    Ременная передача рассчитывается по формуле:

    Vг – необходимая скорость вращения генератора 1353 об/м;

    Vм – скорость вращения мотора 1200 об/м;

    Dм – диаметр шкива на моторе 15 см;

    Dг – диаметр шкива на генераторе.

    Имея мотор на 1200 об/м где шкив O 15 см, остаётся рассчитать только Dг – диаметр шкива на генераторе.

    Dг = Vм x Dм/ Vг = 1200об/м х 15см/1353об/м = 13,3 см.

    Генератор на ниодимовых магнитах

    Как сделать генератор из асинхронного электродвигателя?

    Этот самодельный генератор исключает применение конденсаторных установок. Источник магнитного поля, которое наводит ЭДС и создаёт ток в обмотке статора, построен на постоянных ниодимовых магнитах. Для того чтобы это сделать своими руками необходимо последовательно выполнить следующие действия:

    • Снять переднюю и заднюю крышки асинхронного электродвигателя.
    • Извлечь ротор из статора.

    Как выглядит ротор асинхронного двигателя

    • Ротор протачивается, снимается верхний слой на 2 мм больше толщины магнитов. В бытовых условиях сделать расточку ротора своими руками не всегда представляется возможным, при отсутствии токарного оборудования и навыков. Нужно обратиться к специалистам в токарные мастерские.
    • На листе обычной бумаги готовится шаблон для размещения круглых магнитов, O 10-20мм, толщиной до 10 мм, с силой притяжения 5-9 кг, на кв/см, размер зависит от величины ротора. Шаблон наклеивается на поверхность ротора, магниты размещаются полосами под углом 15 – 20 градусов относительно оси ротора, по 8 штук в полосе. На рисунке ниже видно, что на некоторых роторах отмечены тёмно-светлые полосы смещения линий магнитного поля относительно его оси.

    Установка магнитов на ротор

    • Ротор на магнитах рассчитывается так, чтобы получилось четыре группы полос, в группе по 5 полосок, расстояние между группами 2O магнита. Промежутки в группе 0.5-1O магнита, такое расположение снижает силу залипания ротора к статору, он должен проворачиваться усилиями двух пальцев;
    • Ротор на магнитах, сделанный по рассчитанному шаблону, заливается эпоксидной смолой. После того как она немного подсохнет цилиндрическая часть ротора покрывается слоем стекловолокна и опять пропитывается эпоксидной смолой. Это исключит вылет магнитов при вращении ротора. Верхний слой на магнитах не должен превышать первоначального диаметра ротора, который был до проточки. В противном случае ротор не встанет на своё место или при вращении будет тереться об обмотку статора.
    • После просушки, ротор можно поставить на место и закрыть крышки;
    • Испытывать, электрогенератор необходимо – проворачивать ротор электродрелью, измеряя напряжение на выходе. Количество оборотов при достижении нужного напряжения измеряется тахометром.
    • Зная необходимое количество оборотов генератора, ременная передача рассчитывается по методике описанной выше.

    Интересный вариант применения, когда электрогенератор на основе асинхронного электродвигателя, используется в схеме электрический мотор-генератор с самоподпиткой. Когда часть мощности вырабатываемой генератором поступает на электродвигатель, который его раскручивает. Остальная энергия расходуется на полезную нагрузку. Осуществив принцип самоподпитки практически можно на долгое время обеспечить дом автономным электропитанием.

    Видео. Генератор из асинхронного двигателя.

    Для широкого круга потребителей электроэнергии покупать мощные дизельные электростанции как TEKSAN TJ 303 DW5C с мощностью на выходе 303 кВА или 242 кВт не имеет смысла. Маломощные бензиновые генераторы дорогие, оптимальный вариант сделать своими руками ветровые генераторы или устройство мотор-генератор с самопдпиткой.

    Используя эту информацию можно собрать генератор своими руками, на постоянных магнитах или конденсаторах. Такое оборудование очень полезно на загородных домах, в полевых условиях, как аварийный источник питания, когда отсутствует напряжение в промышленных сетях. Полноценный дом с кондиционерами, электрическими плитами и нагревательными бойлерами, мощный мотор циркулярной пилы они не потянут. Временно обеспечить электроэнергией бытовые приборы первой необходимости могут, освещение, холодильник, телевизор и другие, которые не требуют больших мощностей.

    Ветрогенератор из асинхронного двигателя

    Переделка заключается в проточке ротора под магниты, далее магниты обычно по шаблону приклеивают к ротору и заливают эпоксидной смолой чтобы не отлетели. Так-же обычно перематывают статор более толстым проводом чтобы уменьшить слишком большое напряжение и поднять силу тока. Но этот двигатель не хотелось перематывать и было решено оставить все как есть, только переделать ротор на магниты. В качестве донора был найден трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1,32Кв. Ниже фото данного электродвигателя.

    Читать еще:  В квадроцикл какое лить масло в двигатель

    Ротор электродвигателя был проточен на токарном станке на толщину магнитов. В этом роторе не применяется металлическая гильза, которую обычно вытачивают и надевают на ротор под магниты. Гильза нужна для усиления магнитной индукции, через нее магниты замыкают свои поля питая из под низа друг друга и магнитное поле не рассеивается, а идет все в статор. В этой конструкции применены достаточно сильные магниты размером 7,6*6мм в количестве 160 шт., которые и без гильзы обеспечат хорошую ЭДС.

    Сначала, перед наклейкой магнитов ротор был размечен на четыре полюса, и со скосом были расположены магниты. Двигатель был четырех-полюсной и так как статор не перематывался на роторе тоже должно быть четыре магнитных полюса. Каждый магнитный полюс чередуется, один полюс условно «север», второй полюс «юг». Магнитные полюса сделаны с промежутками, так в полюсах магниты сгруппированы плотнее. Магниты после размещения на роторе были замотаны скотчем для фиксации и залиты эпоксидной смолой.

    После сборки ощущалось залипание ротора, при вращение вала чувствовались залипания. Было решено переделать ротор. Магниты были сбиты вместе с эпоксидной смолой и снова размещены, но теперь они более менее равномерно установлены по всему ротору, ниже фото ротора с магнитами перед заливкой эпоксидной смолой. После заливки залипание несколько снизилось и было замечено что немного упало напряжение при вращении генератора на одних и тех же оборотах и немного подрос ток.

    После сборки готовый генератор было решено покрутить дрелью и что нибудь к ниму подключить в качестве нагрузки. Подключалась лампочка на 220 вольт 60 ватт, при 800-1000 об/м она горела в полный накал. Так-же для проверки на что способен генератор была подключена лампа мощностью 1 Кв, она горела в полнакала и сильнее дрель не осилила крутить генератор.

    В холостую на максимальных оборотах дрели 2800 об/м напряжение генератора было более 400 вольт. При оборотах примерно 800 об/м напряжение 160 вольт. Так-же попробовали подключить кипятильник на 500 ватт, после минуты кручения вода в стакане стала горячей. Вот такие испытания прошел генератор, который был сделан из асинхронного двигателя.

    Далее дошла очередь до винта. Лопасти для ветрогенератора были вырезаны из ПВХ трубы диаметром160мм. Ниже на фото сам винт диаметром 1,7 м., и расчетные данные, по которым делались лопасти.

    После для генератора была сварена стойка с поворотной осью для крепления генератора и хвоста. Конструкция сделана по схеме с уводом ветроголовки от ветра методом складывания хвоста, поэтому генератор смещен от центра оси, а штырек позади, это шкворень, на который одевается хвост.

    Здесь фото готового ветрогенератора. Ветрогенератор был установлен на девятиметровую мачту. Генератор при силе ветра выдавал напряжение холостого хода до 80 вольт. К нему пробовали подсоединять тенн на два киловатта, через некоторое время тенн стал теплым, значит ветрогенератор все-таки имеет какую-то мощность.

    Потом был собран контроллер для ветрогенератора и через него подключен аккумулятор на зарядку . Зарядка была достаточно хорошим током, аккумулятор быстро зашумел, как будто его заряжают от зарядного устройства.

    Пока к сожалению никаких подробных данных по мощности ветрогенератора нет, так-как пользователь разместивший свой ветрогенератор вот здесь Фотоальбом ветряки ВК. не оставил эти данных. Но руководствуясь расчетами попробую немного просчитать что все-таки дает генератор на ветру 8-9 м/с, так-как напряжение холостого хода 80 вольт на этом ветре.

    Данные на шиндике электродвигателя говорили 220/380 вольт 6,2/3,6 А.значит сопротивление генератора 35,4Ом треугольник/105,5 Ом звезда. Если он заряжал 12-ти вольтовый аккумулятор по схеме включения фаз генератора в треугольник, что скорее всего, то 80-12/35,4=1,9А. Получается при ветре 8-9 м/с ток зарядки был примерно 1,9 А, а это всего 23 ватт/ч, да немного, но может я где-то ошибся, если что поправьте в комментариях и я исправлю.

    Такие большие потери из-за высокого сопротивления генератора, поэтому статор обычно перематывают более толстым проводом чтобы уменьшить сопротивление генератора, которое влияет на силу тока, и чем выше сопротивление обмотки генератора, тем меньше сила тока и выше напряжение.

    Некоторые данные по ветрогенератору. Автор данного ветрогенератора Сергей написал что ток короткого замыкания 3,5А..При ветре 5-7м,с ,75в холостого хода,с нагрузкой надва АКБ,это 24в,2,5А и при этом на контролере срабатывал постоянно баласт..Это показания на 14.09.13г..А так получилось всё отлично..

    Самодельный генератор.

    Периодически сталкиваюсь с такой ситуацией, заказчик просит перемотать статор электродвигателя из которого он собирается сделать генератор на постоянных магнитах. Чаще всего с такой просьбой обращаются самодельщики ветряных электростанций. На вопрос о характеристиках самодельного генератора ответа у заказчика нет, а двигатель доставленный в перемотку невозможно перемотать на требуемые обороты.

    • На этой странице справочника расскажу как правильно выбрать асинхронный электродвигатель для переделки его в генератор на постоянных магнитах.

    1. Определение основных параметров самодельного генератора.

      Выбор количества оборотов обмотки самодельного генератора.

    Для электростанции на дизельном или бензиновым двигателе обороты обмотки самодельного генератора должны совпадать с оборотами дизельного или бензинового двигателя при максимальном крутящем моменте, обычно 1500 или 3000 об/мин. Если обороты обмотки генератора не совпадают с оборотами дизельного или бензинового двигателя, частота тока будет отличаться от 50 Гц. и многие бытовые приборы подключенные к Вашей электростанции работать не смогут или вообще выйдут из строя.

    Для ветряной электростанции, чем меньше обороты обмотки самодельного генератора, тем лучше. Напряжение и частота тока в ветряных электростанциях благодаря непостоянству скорости ветра изменяется в больших пределах.

    Выбор напряжения самодельного генератора.

    Если электростанция будет использоваться как аварийный источник питания в частном доме, то обмотку самодельного генератора лучше выполнить однофазной 230 вольт.

    В ветряной электростанции для зарядки аккумуляторов 12 вольт напряжение обмотки 16 вольт при минимальных оборотах, а для зарядки аккумуляторов 24 вольта напряжение обмотки генератора 28 вольт при минимальных оборотах.

    Определение требуемой мощности самодельного генератора.

    Для электростанции на дизельном или бензиновым двигателе. Посчитайте общую мощность всех электроприборов которые могут быть одновременно подключены к сети, но помните что мощность генератора должна быть на 30% меньше мощности дизельного или бензинового двигателя. При расчете общей нагрузки асинхронного генератора, мощность индуктивных приборов (электродвигателей, стиральных машин, холодильников) увеличивайте в 4 раза.

    Выбор типа генератора, асинхронный или синхронный на постоянных магнитах.

    Для аварийного источника питания в частном доме лучше отдать предпочтение асинхронному генератору, так как качество напряжения будет близким к стандартному. Самый простой асинхронный генератор получится из конденсаторного однофазного асинхронного электродвигателя. В самодельном генераторе на постоянных магнитах качество напряжения будет зависеть от формы магнитов.

    В генераторах для ветряных электростанций работающих на зарядку аккумуляторов требований к качеству сети вообще никаких. Поэтому делайте трёхфазный генератор на постоянных магнитах.

    2. Выбор асинхронного электродвигателя для электростанции на дизельном или бензиновым двигателе.

    • Для электростанций на дизельном или бензиновым двигателе очень просто найти подходящий асинхронный электродвигатель для изготовления генератора, причем не важно собираетесь использовать электродвигатель как асинхронный генератор или как синхронный с постоянными магнитами. Основными параметрами при покупки или перемотке электродвигателя являются: обороты, мощность и в зависимости от Вашего решения трёхфазный или однофазный род тока.

    3. Выбор асинхронного электродвигателя для ветряной электростанции.

    • Для ветряной электростанции найти подходящий асинхронный электродвигатель сложно. Низкооборотные электродвигатели выпускаются только для специального оборудования, а в единых сериях минимальные обороты электродвигателей 750 или 600. Поэтому Вам придется обращаться в ближайшую мастерскую по ремонту асинхронных электродвигателей и заказывать пересчет и перемотку имеющегося у Вас электродвигателя. Прежде чем обращаться к обмотчику, нужно проверить электродвигатель на возможность перемотки на низшую скорость вращения. Посчитайте количество пазов статора электродвигателя и по таблице №1 определите на какую наименьшую скорость вращения можно пересчитать обмотку Вашего электродвигателя.

    Таблица №1
    соотношения пазов статора к минимально возможным оборотам асинхронного электродвигателя.

    Количество пазов статора.243648546072
    Минимально возможные обороты трёхфазного двигателя375250187,5166,6150125
    Минимально возможные обороты однофазного двигателя500333250333200166,6

    Минимально возможные обороты асинхронного электродвигателя с другим количеством пазов Вы сможете определить на главной странице этого справочника.

    • По таблице № 1 видно, что чем больше пазов статора тем на меньшую скорость вращения можно пересчитать его обмотку. При пересчете асинхронного электродвигателя на меньшее число оборотов, мощность электродвигателя уменьшается.
    • Если нет возможности обратиться к обмотчикам, возьмите трёхфазный электродвигатель 750 или 600 об/мин с напряжением 380 вольт и так как реальные обороты ветряка будут намного меньше, то и напряжение на выводах обмотки тоже уменьшится. Максимальный ток в обмотке на всех режимах работы не должен превышать указанного на табличке электродвигателя.

    4. Количество магнитов ротора для самодельного синхронного генератора.

    • Количество магнитов, которые Вам потребуется установить на роторе равно количеству полюсов обмотки 2p и нет разницы однофазный или трёхфазный генератор Вы собираете.
    2p (количество магнитов ротора)24681012
    об. мин. f=50Гц300015001000750600500

    2p (количество магнитов ротора)141618202224
    об. мин. f=50Гц428375333300272250

    2p (количество магнитов ротора)262830323436
    об. мин. f=50Гц230214200187,5176,4166,6
    Читать еще:  Генератор импульсов для шагового двигателя схема

    2p (количество магнитов ротора)384042444648
    об. мин. f=50Гц157,8150142,8136,3130,4125

    5. Форма магнитов ротора для самодельного синхронного генератора.

    • В электростанциях на дизельном или бензиновым двигателе магнит (полюсной наконечник) ротора однофазных и трехфазных генераторов выполняют полукруглыми. Обратите внимание, что края магнита имеют больший воздушный зазор чем центр. Воздушный зазор у краев магнита в 1,5 раза больше чем в центре.
    • В генераторах для ветряных электростанций работающих на зарядку аккумуляторов требований к качеству сети нет. Поэтому магнит (полюсной наконечник) выполняют прямоугольной формы.

    6. Размеры магнитов ротора для самодельного синхронного генератора.

    • Длина магнита равна длине сердечника статора.
    • Расчет ширины одного полюса, где Di — внутренний диаметр статора, 2p — число полюсов обмотки (по таблице № 2), τ — полюсное деление.
    • Чтобы узнать сколько пазов перекрывает один полюс воспользуйтесь следующей формулой, где τ — количество пазов на полюсное деление, Z1 — количество пазов статора, 2p — число полюсов.
    • Ширина магнита зависит от коэффициента полюсного перекрытия α :

      1 — Для двухполюсных генераторов предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия: α=0,5 — 0,6.
      2 — Для четырех и более полюсов генератора предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия: α=0,65 — 0,85.

    7. Марка магнитов для самодельного синхронного генератора.

    • В первую очередь на что нужно обратить внимание при покупке магнитов это максимальная рабочая температура, превышение которой грозит размагничиванием. Для правильного выбора максимальной температуры магнитов учитываются: температура воздуха, нагрев генератора от прямых солнечных лучей и нагрев обмотки.

    Таблица параметров магнита для ветряного генератора.
    Информация предоставлена руководителем организации производящей постоянные магниты.

    Рекомендуемые характеристики магнитаНаименование характеристик магнита
    NdFeBМатериал магнита (Неодим-железо-бор)
    N38HКод материала
    Эпоксидный лакАнтикоррозийное покрытие
    Br ≥ 1,21 TлОстаточная магнитная индукция
    Hcb ≥ 899 kA/мКоэрцитивная сила по намагниченности
    Hcj ≥ 1353 kA/мКоэрцитивная сила по индукции
    (BH)max ≥ 287 kДж/м3Максимальная магнитная энергия
    Tw ≤ 120 CРабочая температура
    • Намагничивание в зависимости от формы магнита.

    8. Подключение однофазного самодельного генератора к нагрузке.

    • Схема подключения к потребителю асинхронного однофазного генератора такая же как у подключения однофазного электродвигателя к сети, но в генераторном режиме используется только рабочий конденсатор.
    • Подключение к потребителю синхронного однофазного генератора.

    Ветряная электростанция на базе асинхронного двигателя

    Вопрос о ветровых электрогенераторах в наше время, очень актуален. Многие европейские производители предлагают ветровые генераторы разной мощности, но стоят они не дешево. А вся система, включая ветровой электрогенератор, инвертор преобразования постоянного тока в переменный и аккумуляторные батареи, это очень дорогое удовольствие, которое вряд ли окупит себя, в ближайшее время использования. Такие ветровые установки не может себе позволить обычный потребитель электрической энергии.

    Из всего сказанного, можно сделать вывод, что наиболее остро стоит вопрос об удешевлении получении электроэнергии из ветра.

    При применении генераторов на постоянных магнитах, можно получить не очень большое напряжение, как правило, оно не превышает 10 В. Да и к тому же скорость ветра, это не постоянная величина. Установки на таких генераторах должны всегда снабжаться аккумуляторными батареями, и инвертором. Но исходя из того, наиболее оптимальные аккумуляторные батареи, это батареи 150 А/ч, то вряд ли кто захочет связываться с таким дорогим проектом (для примера аккумуляторная батарея танка ПТ-76 весит 65кг, и рассчитана на 140А/ч).

    В роли генератора использовались и автомобильные генераторы и синхронные двигатели. Но в обеих вариантах один и тот же недостаток нужны слишком большие обороты ротора двигателя, а это в свою очередь приводит к увеличению передаточного числа редуктора, а значит и габаритов ветряного крыла. Так же можно добавить и нестабильность частоты работы и сложность стабилизации выходного напряжения, а в случае синхронного двигателя еще и больше габариты и масса. Для стабилизации выходного напряжение, можно использовать аккумуляторные батареи и инвертор, но это приведет к той схеме, которая сейчас используется европейскими производителями, о которой здесь не будет идти речи, потому что она очень дорогая.

    В ходе долгих поисков и экспериментов, предпочтение было отдано генератору на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. При использовании данной схемы было выявлено много достоинств и всего один недостаток.

    Достоинства: небольшие габариты и масса при достаточно большой мощности; нет необходимости в напряжении возбуждения; если использовать тихооборотный двигатель, то и мощность ротора можно уменьшить; выходная частота практически не зависит от скорости вращения ротора.

    Недостаток: данный генератор нельзя перегружать.

    Принципиальная схема

    Схема включения асинхронного двигателя с кроткозамкнутым ротором показана на рисунке №1. При вращении ротора двигателя остаточное магнитное поле действует на одну из обмоток статора. При этом возникает небольшое электрический ток, который заряжает один из конденсаторов С1-С3. Благодаря тому, что фаза напряжения на конденсаторе отстает на, на роторе возникает магнитное поле уже большей величины, которое действует на следующую обмотку. Соответственно следующий конденсатор зарядится на большее напряжение. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ротор генератора не войдет в насыщение (1…1,15с) После этого можно включать автомат В2 и использовать вырабатываемую генератором энергию.

    Рис. 1. Схема подключения асинхронного двигателя для работы в качестве генератора электроэнергии.

    Причем для нормальной работы двигателя в режиме генератора мощность нагрузки должна составлять не более 80 % примененного в качестве генератора двигателя. Остальные 20 % используются для поддержания напряжения на конденсаторах, т.е. поддержание генератора в рабочем состоянии.

    При превышении данного условия напряжение на конденсаторах исчезнет, а значит и исчезнет магнитное поле на якоре, что приведет к исчезновению напряжения на клеммах автомата В2. Причем это происходит практически мгновенно.

    В этом есть свой недостаток и свои достоинства. Недостаток является в том, что повторная подача напряжения возможна только тогда, когда будет устранена причина перегрузки и отключен автомат В2. Генератор сонно войдет в рабочий режим (через 1…1,5с).

    После этого можно включать В2 и использовать энергию. К достоинству относят тот фактор, что генератор практически невозможно сжечь, так как напряжение на его клеммах исчезает мгновенно в течение 0,1…0,5с.

    Выходное напряжение имеет синусоидальную форму и полностью пригодно для дальнейшего использования. Выходная частота генератора 46…60 Гц, что в большинстве случаев достаточно для домашнего использования. Из-за нестабильности напряжения на выходе напряжения необходимо установить стабилизатор (описание схемы и работы описано в дополнительной статье).

    Рис. 3. Движущая сила.

    Емкость добавочных конденсаторов указанна в таблице №1, на один киловатт указанной мощности мотора, а для работы с нагрузкой – добавочная емкость на каждый киловатт нагрузки.

    Таблица №1 Емкость конденсаторов, включаемых в фазы, в микрофарадах на 1 кВт мощности.

    Напряжение между фазамиОсновная емкость (мкФ)
    При холостом ходеПри активной нагрузкеПри реактивной нагрузке
    127 В40. 5010…2050..60
    220 В12..153..61…2
    380 В4..51..25..6

    К примеру, есть двигатель мощность 3 кВт. К нему предполагается подключить реактивную нагрузку (электродвигатель, сварочный аппарат), суммарной мощностью примерно 2 кВт.

    При этом мы хотим, что бы напряжение между фазами было 380. Значит, емкость конденсатора С1 составит (3*5)+ (2*6) микрофарад. Так как С1=С2=С3, то нам понадобится три конденсатора емкостью 30 мкФ.

    Если конденсаторов необходимой емкости нет, то можно соединить конденсаторы параллельно, меньшей емкости. Конденсаторы должны быть бумажные или метолобумажные на напряжение не ниже 450 В, а лучше на 650 В. Лучше включать генератор на напряжение между фазами 220 В, а между нулем и фазой 127 В. Это вызвано тем, что для нормальной работы генератора перекос фаз не должен превышать. При такой схеме, удастся максимально разгрузит генератор. Кроме того, питание осветительных ламп накаливания и некоторые нагревательные приборы лучше питать постоянным током.

    Для генератора необходимо использовать тихооборотный двигатель двигатель с короткозамкнутым ротором. Лучше всего применить двигатель на 360…720 об/мин, но подойдет и двигатель на 910 об/мин. Это вызвано необходимостью вращать ротор с большей примерно в два раза скоростью, чем указанно в паспорте на двигатель, и уменьшением числа передачи редуктора.

    Конструкция

    Сама ветрогенераторная установка может быть выполнена в любой удобной для вас схеме. Здесь же предлагается следующая конструкция. Принцип работы показан на рисунке №3 и в объяснении не нуждается. Ветродвигатель (рисунок №4)состоит из ветряного крыла 1,опоры 2 и собственно генератора 3. Опора жестко забетонирована и укреплена тремя натяжными тросами 4.

    Рис. 4. Конструкция ветроэлектрогенератора.

    Опору можно изготовить из дерева, бетона, метала. Можно применить опору которую используют для передачи электричества на расстояние, или свою. В качестве растяжек лучше использовать стальной трос диаметром 10..12 мм. Костыли, за которые крепятся растяжки, необходимо хорошо забетонировать. Каркас крыльев ветродвигатель можно изготовить из труб диаметром 1 дюйм, его чертеж показан на рисунке №5.

    Элероны можно изготовить из стального прутка диаметром 6мм. В качестве ведущего вола использовано толстостенная труба диаметром 2..2,5 дюйма, в нижний конец которой впрессован вал длинной 300…400мм. В нижнем конце вала сделана канавка под шкив. Подшипники взяты сферические с конусными зажимами марки 2000810 с соответствующим корпусом.

    После сборки крыло необходимо сбалансировать. К опоре сбалансированное крыло крепиться любым удобным способом, но, главное, что бы крепление было достаточно жестким и надежным. Экспериментально было установлено, что лучшим материалом для обтягивания крыла служит полиэтиленовая пленка толщиной 80…120мкм.

    Она достаточно прочная, легка я дешевая позволяет отказаться от тормозного механизма, который, кстати, в данном случае неприемлем, так как при сильном ветре крыло будет уничтожено. Обтягивать полиэтиленовой пленкой нужно в несколько слоев спаивая по швам, паяльником через кусок полиэтиленовой пленки. Спаянный шов должен быть равным и прочным.

    Читать еще:  Явнополюсные синхронные двигатели что это такое

    Для привода вала генератора применен редуктор. Можно использовать редуктор любой системы, кроме червячной. Как было уже сказано, вал генератора нужно вращать примерно с удвоенной скоростью, а вол ветродвигателя вращается со скоростью 500 об/мин при скорости ветра 5 м/с, Отсюда и ограничение на использование двигателя в качестве генератора. Наилучшим вариантом может быть двигатель на 360 об/мин, но можно и применить и двигатель на 720 об/мин.

    При использовании двигателя можно увеличить высоту крыла на 500 мм. Увеличивать крыло по ширине не рекомендуется , так как при этом уменьшается частота вращения, уменьшать то же не следует, так как при увеличении скорости вращения сильно уменьшиться мощность, причем закон уменьшения не линейный.

    Рис. 5. Чертеж лопастей ветрогенератора.

    При подборе редуктора нужно руководствоваться следующим правилам: за номинальные обороты крыло ветродвигателя нужно брать величину 500 об/мин, что соответствует скорости ветра 5 м/с, частота вращения вала двигателя увеличивается на 2,3, далее путем несложных подсчетов получаем коэффициент передачи. Сам кронштейн легко прикрепить к опоре с помощью шести шпилек.

    Зубчатым редуктором крепление намного проще. Не рекомендуется делать вал ветродвигателя слишком длинным, так как его может попросту перекрутить. Всю конструкцию необходимо заземлить.

    Сопротивление заземление должно быть не более 2 Ом. У подножия необходимо поставить шкаф, в котором необходимо разместить конденсаторы С1-С3, автоматы В1-В2, диоды V1-V6, стабилизатор напряжения, автомат управления, четыре аккумулятора и мощный преобразователь напряжения для обеспечение энергией во время штилей. Автомат управления обеспечивает переключение цепей питания в зависимости от нагрузки и скорости ветра.

    Мощный преобразователь напряжения обеспечивает заряд аккумулятора во время работы генератора в холостом ходу а также питание сети от аккумуляторов при отсутствии ветра или сильно заниженном напряжении на генераторе. Когда нет напряжения а аккумулятора разряжены, автомат управления обеспечивает подачу энергии из штатной сети.

    Кабель которым производится подключение генератора и силового шкафа, должен быть трехфазным с сечением жилы не более, Кабеля, которыми производится соединение шкафа с потребителями могут быть такими же. Шина заземления должна быть сечением не менее.

    Внимание! Все работы по монтажу нужно производить при отключенном автомате В1 и разряженных конденсаторах С1-С3.

    Генератор в асинхронный двигатель: как переделывать

    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:

    • ротор, который оснащается лопастями, ветротурбиной, а также хвостом, позволяющим располагаться конструкции против ветра;
    • мачта, у которой могут присутствовать либо отсутствовать растяжки, необходимые для установки ротора. Чаще всего высота мачт составляет порядка 3-7 м;
    • аккумуляторы, в роли которых обычно выступают свинцовые стартерные кислотные аккумуляторы;
    • электрогенератор переменного тока, функции которого и будет выполнять асинхронный двигатель;
    • приспособление, которое позволяет следить за процессом заряда аккумулятора;
    • преобразователь, для работы которого используется обычная электросеть, имеющий мощность порядка 600-1500 Вт;
    • система, обеспечивающая защиту от удара молний (заземление).

    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:

    • стальная труба, минимальный диаметр которой должен составлять 7 см, используемая в качестве материала для мачты;
    • труба из ПВХ или металла, из которой будут изготовлены лопасти. Альтернативой им может выступать деревянная доска, профиль из стеклоткани, на который наносят эпоксидную смолу либо готовые лопасти;
    • бетон послужит материалом для опоры, хотя его можно заменить деревом и металлом.
    • дрель с набором сверл;
    • ножовка, рулетка, разводной и газовый ключ;
    • стальная рама, при помощи которой будет выполняться монтаж лопастей и генератора с поворотным узлом;
    • стальной лист, который послужит материалом для хвоста;
    • инструмент, при помощи которого будут изготовлены необходимые детали;
    • костыли и хомуты — с их помощью будет выполнен монтаж растяжек;
    • металлический трос, сечение которого должно составлять 12 мм — на его основе и будут делаться растяжки.

    Характеристики и установка генератора

    Генератор имеет следующие характеристики:

    • минимальная мощность установки составляет 1,32 кВ;
    • использование в конструкции неодимовых магнитов. Они нужны для получения необходимой электромагнитной электродвижущей силы. Вместо них может применяться стальная гильза для магнитов, размещаемая на роторе;
    • расположение магнитов на роторе должно соответствовать установленной схеме. Здесь имеется в виду, что должно быть соблюдено полюсное чередование NS;
    • еще до того как установить на свое место магниты, ротор необходимо проточить на глубину, соответствующую толщине магнитов;
    • если планируется разместить на роторе магниты, то в ряде случаев можно обойтись и без переделки обмотки. Но все же использование обмотки, содержащей провод увеличенной толщины, приносит пользу, так как благодаря ей наблюдается улучшение технических параметров. Наибольший эффект демонстрирует перемотка статора, имеющая 6 полюсов, которая предусматривает провод толщиной не более 1,2 мм и максимум с 24 витками на катушках.

    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.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector