Как самому сделать из асинхронного двигателя генератор: Как сделать генератор из асинхронного двигателя

Содержание

Самодельный генератор. Все способы своими руками

Способ 1

В Интернете нашел статью о том, как переделать генератор автомобиля на генератор с постоянными магнитами. Можно ли использовать этот принцип и переделать генератор своими руками из асинхронного электродвигателя? Возможно, что будут большие потери энергии, не такое расположение катушек.

Двигатель асинхронного типа у меня на напряжение 110 вольт, обороты – 1450, 2,2 ампера, однофазный. При помощи емкостей я не берусь делать самодельный генератор, так как будут большие потери.

Предлагается пользоваться простыми двигателями по такой схеме.

Если изменять двигатель или генератор с магнитами округлой формы от динамиков, то надо их устанавливать в крабы? Крабы – это две металлические детали, стоят на якоре снаружи катушек возбуждения.

Если магниты надевать на вал, то вал будет шунтировать магнитные силовые линии. Как тогда будет возбуждение? Катушка тоже расположена на валу из металла.

Если поменять подсоединение обмоток и сделать параллельное соединение, разогнать до оборотов выше нормальных значений, то получается 70 вольт. Где взять механизм для таких оборотов? Если перематывать его на уменьшение оборотов и ниже питание, то слишком упадет мощность.

Двигатель асинхронного типа с замкнутым ротором – это железо, которое залито алюминием. Можно взять самодельный генератор от автомобиля, у которого напряжение 14 вольт, сила тока 80 ампер. Это неплохие данные. Двигатель с коллектором на переменный ток от пылесоса или стиральной машины можно применить для генератора. На статор установить подмагничивание, напряжение постоянного тока снимать со щеток. По наибольшему ЭДС поменять угол щеток. Коэффициент полезного действия стремится к нулю. Но, лучше, чем генератор синхронного типа, не изобрели.

Решил испытать самодельный генератор. Однофазный асинхронный мотор от стиралки малютки крутил дрелью. Подключил к нему емкость 4 мкФ, получилось 5 вольт 30 герц и ток 1,5 миллиампера на короткое замыкание.

Не каждый электромотор можно использовать в качестве генератора таким методом. Есть моторы со стальным ротором, имеющие малую степень намагниченности на остатке.

Необходимо знать разницу между преобразованием электрической энергии и генерацией энергии. Преобразовать 1 фазу в 3 можно несколькими способами. Один из них – это механическая энергия. Если электростанцию отсоединить от розетки, то пропадает все преобразование.

Откуда возьмется движение провода с повышением скорости, ясно. Откуда магнитное поле будет для получения ЭДС в проводе – не понятно.

Объяснить это просто. Из-за механизма магнетизма, который остался, образуется ЭДС в якоре. Возникает ток в статорной обмотке, который замкнут на емкости.

Ток возник, значит, дает усиление на электродвижущую силу на катушках роторного вала. Появившийся ток дает усиление электродвижущей силы. Электроток статорный образует электродвижущую силу намного больше. Это идет до установления равновесия статорных магнитных потоков и ротора, а также дополнительные потери.

Размер конденсаторов рассчитывают так, что на выводах напряжение достигает номинального значения. Если оно маленькое, то снижают емкость, то повышают. Были сомнения по поводу старых моторов, которые якобы не возбуждаются. После разгона ротора мотора или генератора надо ткнуть быстро в любую фазу малым количеством вольт. Все придет в нормальное состояние. Зарядить конденсатор до напряжения равному половину емкости. Включение производить выключателем с тремя полюсами. Это относится с 3-фазному мотору. Такая схема используется для генераторов вагонов пассажирского транспорта, так как у них ротор короткозамкнутый.

Способ 2

Самодельный генератор сделать можно и по-другому. Статор имеет хитрую конструкцию (имеет специальное конструкторское решение), имеется возможность регулировки напряжения выхода. Я сделал генератор своими руками такого вида на строительстве. Двигатель брал мощностью 7 кВт на 900 оборотов. Обмотку возбуждения я подключил по схеме треугольника на 220 В. Запустил его на 1600 оборотов, конденсаторы были на 3 на 120 мкФ. Включались они контактором с тремя полюсами. Генератор действовал как выпрямитель с тремя фазами. С этого выпрямителя питалась электрическая дрель с коллектором на 1000 ватт, и пила дисковая на 2200 ватт, 220 В, болгарка 2000 ватт.

Приходилось изготавливать систему мягкого пуска, другой резистор с закороченной фазой через 3 секунды.

Для моторов с коллекторами это неправильно. Если в два раза повысить вращающую частоту, то уменьшится и емкость.

Также повысится и частота. Схема емкостей отключалась в автоматическом режиме, чтобы не использовать тор реактивности, не расходовать горючее.

Во время работы надо нажать на статор контактора. Три фазы разобрал их по ненужности. Причина кроется в высоком зазоре и увеличенном рассеивании поля полюсов.

Специальные механизмы с двойной клеткой для белки и косыми глазами для белки. Все-таки я получил с моторчика стиралки 100 вольт и частоту 30 герц, лампа на 15 ватт не хочет гореть.

Очень слабая мощность. Надо мотор брать сильнее, или конденсаторов больше ставить.

Под вагонами используется генератор с ротором короткозамкнутым. Его механизм приходит от редуктора и на ременную передачу. Обороты вращения 300 оборотов. Он находится как дополнительный генератор нагрузки.

Способ 3

Можно сконструировать самодельный генератор, электростанцию на бензине.

Вместо генератора использовать 3-фазный асинхронный мотор на 1,5 кВт на 900 оборотов. Электродвигатель итальянский, подключаться может треугольником и звездой. Сначала я поставил мотор на основание с мотором постоянного тока, присоединил к муфте. Стал крутить двигатель на 1100 оборотов. Появилось напряжение 250 вольт на фазах. Подключил лампочку на 1000 ватт, напряжение сразу упало до 150 вольт. Наверное, это от фазного перекоса. На каждую фазу надо включать отдельную нагрузку. Три лампочки по 300 ватт не смогут снизить напряжение до 200 вольт, теоретически. Можно конденсатор поставить больше.

Обороты двигателя надо делать больше, при нагрузке не снижать, тогда питание сети будет постоянным.

Необходима значительная мощность, автогенератор такую мощность не даст. Если перемотать большой камазовский, то с него не выйдет 220 В, так как магнитопровод будет перенасыщен. Он был сконструирован на 24 вольта.

Сегодня собирался пробовать подсоединить нагрузку через 3-фазный блок питания (выпрямитель). В гаражах свет отключили, не получилось. В городе энергетиков систематически отключают свет, поэтому надо делать источник постоянного питания электричеством. Для электросварки есть навеска, подцепляется к трактору. Для подключения электрического инструмента нужен постоянный источник напряжения на 220 В. Была мысль сконструировать самодельный генератор своими руками, и инвертор к нему, но, на аккумуляторных батареях не долго можно проработать.

Недавно включили электричество. Подключал двигатель асинхронный из Италии. Поставил его с мотором бензопилы на раму, скрутил вместе валы, поставил муфту резиновую. Катушки соединил по схеме звезды, конденсаторы треугольником, по 15 мкФ. Когда запустил моторы, то на выходе питания не получилось. Присоединял конденсатор, заряженный к фазам, напряжение появилось. Свою мощность в 1,5 кВт двигатель выдал. При этом питающее напряжение снизилось до 240 вольт, на холостых оборотах было 255 вольт. Шлифмашинка от него нормально работала на 950 ватт.

Пробовал повысить обороты двигателя, но не получается возбуждение. После контакта конденсатора с фазой напряжение возникает сразу. Буду пробовать ставить другой двигатель.

Какие конструкции систем за границей производятся для электростанций? На 1-фазных понятно, что ротор владеет обмоткой, перекоса фаз нет, потому что одна фаза. В 3-фазных имеется система, которая дает регулировку мощности при подсоединении к ней моторов с наибольшей нагрузкой. Еще можно подсоединить инвертор для сварки.

В выходные хотел сделать самодельный генератор своими руками с подключением асинхронного двигателя. Удачной попыткой сделать самодельный генератор оказалось подключение старого двигателя с корпусом из чугуна на 1 кВт и на 950 оборотов.

Мотор возбуждается нормально, с одной емкостью на 40 мкФ. А я установил три емкости и подключил их звездой. Этого хватило для запуска электродрели, болгарки. Хотел, чтобы получилась выдача напряжения на одной фазе. Для этого подключал три диода, полумост. Сгорели лампы люминесцентные для освещения, и подгорели пакетники в гараже. Буду наматывать трансформатор на три фазы.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Как сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками


Часто возникает необходимость обеспечить автономное электропитание в дачном домике. В подобной ситуации выручит генератор из асинхронного двигателя, сделанный своими руками. Его несложно изготовить самостоятельно, обладая определенными навыками в обращении с электротехникой.

Принцип работы

Благодаря простой конструкции и эффективному функционированию асинхронные двигатели широко используются в промышленности. Они составляют значительную долю всех двигателей. Принцип их работы заключается в создании магнитного поля действием переменного электрического тока.

Экспериментами доказано, что вращением металлической рамки в магнитном поле можно индуцировать в ней электрический ток, появление которого подтверждается свечением лампочки. Это явление называется электромагнитной индукцией.

Устройство двигателя

Асинхронный двигатель состоит из металлического корпуса, внутри которого находятся:

Устройство асинхронного двигателя

  • статор с обмоткой, по которой пропускается переменный электрический ток;
  • ротор с витками намотки, по которой проходит ток противоположного направления.

Оба элемента находятся на одной оси. Стальные пластины статора плотно прилегают друг к другу, в некоторых модификациях их прочно сваривают. Медная обмотка статора изолирована от сердечника картонными прокладками. В роторе обмотка выполнена из алюминиевых прутьев, замкнутых с двух сторон.  Магнитные поля, образующиеся при прохождении переменного тока, действуют друг на друга. Между обмотками возникает ЭДС, которая вращает ротор, так как статор неподвижен.

Генератор из асинхронного двигателя состоит из тех же составных частей, однако в данном случае происходит обратное действие, то есть переход механической или тепловой энергии в электрическую. При работе в режиме двигателя у него сохраняется остаточная намагниченность, индуцирующая электрическое поле в статоре.

Скорость вращения ротора должна быть выше изменения магнитного поля статора. Затормозить его можно реактивной мощностью конденсаторов. Накапливаемый ими заряд противоположен по фазе и дает «подтормаживающий эффект». Вращение можно обеспечить энергией ветра, воды, пара.

Схема генератора

Схема включения асинхронного двигателя в качестве генератора

Генератор из асинхронного двигателя отличается простой схемой. После достижения синхронной скорости вращения происходит процесс образования в обмотке статора электрической энергии.

Если присоединить к обмотке конденсаторную батарею, происходит возникновение опережающего электрического тока, образующего магнитное поле. При этом конденсаторы должны обладать емкостью выше критической, которая определяется техническими параметрами механизма. Сила образующегося тока будет зависеть от емкости батареи конденсаторов и характеристик мотора.

Технология изготовления

Работа по преобразованию асинхронного электромотора в генератор достаточно проста при наличии необходимых деталей.

Для начала процесса по переделке необходимо наличие следующих механизмов и материалов:

  • асинхронного двигателя – подойдет однофазный мотор от старой стиральной машины;
  • прибора для измерения частоты вращения ротора – тахометра или тахогенератора;
  • неполярных конденсаторов – пригодны модели вида КБГ-МН с величиной рабочего напряжения 400 В;
  • набора подручных инструментов – дрели, ножовок, ключей.

Пошаговая инструкция

Изготовление генератора своими руками из асинхронного двигателя производится по представленному алгоритму.

Генератор из асинхронного двигателя

  • Генератор должен настраиваться так, чтобы его скорость была больше частоты оборотов двигателя. Величина скорости вращения измеряется тахометром или другим прибором при включении двигателя в электросеть.
  • Полученная величина должна быть увеличена на 10% от имеющегося показателя.
  • Подбирается емкость для конденсаторной батареи – она не должна быть чересчур большой, в противном случае оборудование будет сильно нагреваться. Для ее расчета можно воспользоваться таблицей зависимости между емкостью конденсатора и реактивной мощностью.
  • На оборудование устанавливается конденсаторная батарея, которая обеспечит расчетную скорость вращения для генератора. Ее установка требует особого внимания – все конденсаторы нужно надежно изолировать.

Для 3-фазных двигателей конденсаторы подключают по типу «звезды» или «треугольника». Первый тип соединения делает возможным выработку электроэнергии при меньшей скорости вращения ротора, но на выходе показатель напряжения будет ниже. Для уменьшения его до 220 В используют понижающий трансформатор.

Изготовление генератора на магнитах

В магнитном генераторе не требуется применение конденсаторной батареи. В этой конструкции используются неодимовые магниты. Для выполнения работы следует:

Устройство генератора на магнитах

  • расположить магниты на роторе по схеме, с соблюдением полюсов – на каждом из них должно быть не меньше 8 элементов;
  • предварительно ротор нужно проточить на токарном станке на толщину магнитов;
  • с помощью клея прочно зафиксировать магниты;
  • остаток свободного пространства между магнитными элементами залить эпоксидкой;
  • после установки магнитов нужно проверить диаметр ротора – он не должен увеличиться.

Преимущества самодельного электрогенератора

Генератор из асинхронного двигателя, сделанный своими руками, станет экономичным источником тока, который позволит снизить потребление централизованной электроэнергии. С его помощью можно обеспечить питание бытовых электроприборов, компьютерной техники, обогревателей. Самодельный генератор из асинхронного двигателя обладает несомненными достоинствами:

  • простой и надежной конструкцией;
  • эффективной защитой внутренних частей от пыли или влаги;
  • устойчивостью к перегрузкам;
  • длительным сроком эксплуатации;
  • возможностью подключать приборы без инверторов.

При работе с генератором следует учесть также возможность случайных изменений электрического тока.

Схема генератора из асинхронного двигателя

Видео по теме: Генератор из асинхронного двигателя


Генератор из асинхронного двигателя своими руками

Самодельный генератор на 220V из асинхронного двигателя и мотоблока, фото и описание изготовления самоделки своими руками.

Автор этой самоделки Олег Мошняга, решил сделать генератор из асинхронного электродвигателя и мотоблока. Для этого автор, изготовил основание площадку на раме мотоблока и закрепил на ней электродвигатель мощностью 2.2 кВт.

 

Небольшое уточнение: ротор, асинхронного двигателя, имеет остаточный магнетизм, который, при вращении этого ротора другим двигателем, значительно улавливается обмотками статора.
Чтобы асинхронный двигатель работал в режиме генератора, нужно к обмоткам подключить конденсаторы в соотношении 80 Мкф на 5 Квт мощности асинхронника. Это будет система возбуждения реактивной энергией.

На рисунке показана схема подключения асинхронного двигателя в режиме генератора.

Обмотки электродвигателя подключил соединением по типу «звезда», также между фазами подключил конденсаторы по 60 мкф на каждую фазу.

На мотоблоке установлен ДВС мощностью 7 л.с.

На шкивы двигателей, одел клиновидный ремень, также поставил натяжной ролик для ремня.

Вот так выглядит конструкция генератора из асинхронного двигателя и мотоблока.

Испытания самоделки прошли удачно, подключенные к генератору, болгарка и дрель, работают. Правда сварочный аппарат такой генератор не тянет, но и такой результат вполне хорош, генератор можно использовать для работы электроинструментов. Автор не покупал готовый бензогенератор, а решил изготовить его из того, что у него уже было, поэтому ничего покупать не пришлось.


Более подробно о своей самоделке, автор рассказывает в этом видео:

трехфазный генератор переменного тока своими руками

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

Общий вид самодельного генераторного устройства

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

Эффект обратимости

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

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

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

Принцип работы генератора

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

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

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

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

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

Выбор конструкции

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

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

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

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

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

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

Асинхронный двигатель

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

Порядок доработки обмоток

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

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

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

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

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

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

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

Схема разводки на распредкоробке

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

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

Организация приводной части

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

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

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

Ротор фазного типа

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

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

Генератор на постоянных магнитах

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

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

Генератор на магнитах

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

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

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

Видео

Как сделать асинхронный электрогенератор своими руками

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

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

Принцип работы генератора

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

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества асинхронного генератора

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

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

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

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

Мотоблок для электрогенератора

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

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

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

Подготовка материала и сборка

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

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

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

Бензиновый агрегат

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

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

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

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

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

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

Достоинства самодельной конструкции

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

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

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

Гидро- и ветростанции

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

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

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

Рекомендации по использованию

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

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

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

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

Генератор из асинхронного двигателя своими руками. Как переделать асинхронный двигатель в генератор

На чтение 10 мин.

Сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками несложно, но придется постараться и потратить некоторые средства на приобретение комплектующих. Но для проведения работ необходимо знать некоторые тонкости. В частности, принципы работы асинхронного двигателя переменного тока, изучить основные элементы его конструкции. Главное в генераторных установках – это движение магнитного поля. Оно может обеспечиваться путем вращения якоря при помощи двигателя внутреннего сгорания либо ветряной установки. Также возможно использование альтернативных источников – силы воды, пара и пр.

Конструкция асинхронного двигателя

Можно выделить всего несколько элементов:

  • Статор с обмоткой.
  • Передняя и задняя крышки с установленными подшипниками.
  • Ротор с короткозамкнутыми витками.
  • Контакты для подключения к электрической сети.
  • Если задуматься, то может показаться, что очень просто переделать двигатель в генератор, фото которого вы можете детально рассмотреть. Но если разобраться более тщательно, то окажется, что не все так и просто, подводных камней предостаточно.

    Статор состоит из множества металлических пластин, прижатых плотно друг к другу. Также они обработаны лаком, в некоторых конструкциях, для придания прочности, все пластины приварены друг к другу. На статоре намотан провод, он плотно прилегает к сердечнику и изолирован от него при помощи картонных вставок. В крышках расположены подшипники, с их помощью производится не только более легкое прокручивание ротора, но и его центрирование.

    Принцип работы двигателя

    Суть всего процесса заключается в том, что магнитное поле образуется вокруг статорной обмотки. Оно достаточно мощное, но не хватает главного компонента – движения. Поле статическое, неподвижное, а главное условие в генераторных установках – это вращение, изменение направления силовых линий. В случае с двигателем все достаточно просто – имеется ротор, который изготовлен из металла. Внутри несколько витков очень толстого кабеля. Причем все витки замкнуты, соединены между собой.

    Получается принцип простого трансформатора. В короткозамкнутых витках индуцируется ЭДС, которое создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле. Получается, что теперь все есть для того чтобы появилось движение. Под действием сил происходит вращение ротора электрического двигателя. Такой тип машин обладает хорошими характеристиками, а конструкция проста и надежна, ломаться нечему. По этой причине асинхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности. Более 95% всех моторов на заводах и фабриках – это асинхронные. Изготовить генератор своими руками, схема которого не очень сложная, может каждый при наличии минимальных знаний.

    Подключение к однофазной сети

    Истинной проблемой становится подключение электродвигателя, рассчитанного на три фазы, к одной. Принцип генератора немного отличается, но для его понимания нужно рассмотреть и процесс мотора. Необходимо использование емкости, которая позволит сделать сдвиг фазы в нужную сторону. Причем существует несколько схем, используемых на практике. В одних конденсатор применяется только в момент запуска, в других и при работе. Включается пусковая емкость на короткий промежуток времени, до достижения необходимых оборотов. Контактирует она через выключатель параллельно одной из обмоток, соединенных по схеме треугольник.

    У таких вариантов подключения имеется один существенный недостаток – снижение мощности электродвигателя. Можно получить от него как максимум 50-процентную отдачу. Следовательно, при мощности мотора 1,5 кВт, в случае питания от однофазной сети, вы сможете получить лишь половину – 0,75 кВт. Это накладывает определенные неудобства, так как приходится использовать более мощные электродвигатели.

    Как получить три фазы из одной

    Для более удобного использования электрических асинхронных двигателей необходимо питание от трех фаз. Но провести к себе домой такую сеть сможет не каждый, также возникают трудности с учетом электроэнергии. Поэтому приходится выкручиваться, как получается. Проще всего установить частотный преобразователь. Но его стоимость высокая, не каждый способен выделить такую сумму для собственного гаража или мастерской. Поэтому приходится применять подручные средства. Вам потребуется асинхронный двигатель, конденсатор и автотрансформатор. В качестве последнего можно использовать самодельное устройство, изготовленное из сердечника электродвигателя. Можете даже сделать чертеж генератора, чтобы упростить работу по сборке.

    На него требуется намотать около 400 витков провода. Диаметр его около 6 кв. мм. Для точности требуется сделать десять отводов, чтобы совершить подгонку фаз. Можно сказать даже, что это генератор из асинхронного двигателя, своими руками сделанный. Только его основная функция – это преобразование, сдвиг фаз. Одна обмотка соединяется с фазой, между двумя остальными включен конденсатор. Вторая обмотка соединяется с нулем, третья подключается туда же, только через автотрансформатор. Средний его вывод – это одна фаза, две остальных – это выводы розетки.

    Что учесть для переделки в генератор

    Чтобы сделать ветро генератор из (асинхронный!) двигателя, вам потребуется учесть одну главную особенность. А именно – создать магнитное поле, которое будет совершать движение. Добиться этого можно двумя путями. Первый – это установка постоянных магнитов на роторе. Второй – сделать обмотку возбуждения на якоре. У обоих способов есть как преимущества, так и недостатки.

    Решить нужно перед началом проведения работ, генератор тока какого вида вам необходим. Если нужен постоянный, то потребуется применять диоды для выпрямления. Это позволит обеспечить светом небольшой дом, а также запитать практически любую бытовую аппаратуру. Самодельные генераторы тока могут приводиться в движение даже силой ветра. Нужно только провести расчет обмоток, чтобы на выходе не было превышения напряжения. Хотя стабилизацию можно сделать и при помощи использования регуляторов, используемых в автомобильной технике.

    Постоянные магниты или обмотка возбуждения?

    Как говорилось ранее, можно сделать обмотку возбуждения или провести монтаж постоянных магнитов. Недостаток последнего способа – большая стоимость магнитов. А минус первого – это необходимость применять щеточный узел для обеспечения питанием. Он нуждается в уходе и своевременной замене. Причина – трение, которое постепенно съедает поверхность графитовой щетки. Любой автомобильный генератор, инструкция к которому обязательно прилагается, обладает именно таким недостатком.

    Чтобы сделать обмотку возбуждения, достаточно изменить конструкцию якоря. Он должен быть металлическим, на нем обязательно наматывается провод в лаковой изоляции. Также потребуется на одном краю ротора установить контакты, которые служат для питания. Но плюс в том, что имеется возможность стабилизации напряжения на выходе генератора. Проще окажется в якоре сделать пазы для монтажа ниодимовых магнитов. Они создают очень сильное поле, которого достаточно для генерации больших значений напряжения и тока.

    Сколько фаз нужно на выходе?

    Проще всего оказывается, конечно, сделать генератор, фото которого приведено, если на выходе должна быть всего одна фаза. Но тут есть загвоздка – не каждая конструкция позволяет осуществить это. Самодельный генератор из асинхронного двигателя такого типа можно сделать, если все обмотки выведены и не соединены между собой. Многие модели моторов имеют лишь три вывода, остальные уже внутри соединены, поэтому для реализации задумки нужно полностью его разобрать и вывести необходимые провода наружу.

    Затем они соединяются последовательно и на выходе можно получить однофазное напряжение. Но если вам нужно трехфазное, не стоит делать ничего, модернизация обмоток не потребуется. Но учитывать особенности все равно нужно. Необходимо, чтобы генератор из асинхронного двигателя, своими руками сделанный, имел соединение обмоток по схеме звезда. Вот небольшое отличие от варианта, когда машина работает в качестве источника движения. Эффективная генерация электроэнергии возможна только при включении по схеме звезда.

    Как провести выпрямление тока?

    Но если возникает необходимость в получении постоянного тока, вам потребуется знание схемотехники. Нужно 12 или 24 Вольт напряжение? Нет ничего проще, автомобильная электроника придет на помощь. Но только в том случае, если используется обмотка возбуждения в качестве генератора магнитного поля. При использовании постоянных магнитов процедура стабилизации усложняется.

    Вариант выпрямителя выбирается, исходя из того, какое количество фаз на выходе генератора. Если одна, то вполне достаточно мостовой схемы, либо вообще на одном диоде (однополупериодный выпрямитель). Если же три фазы на выходе, то возникнет необходимость в использовании шести полупроводников для выпрямления. Также три штуки (по одному на каждую фазу) – для защиты от обратного напряжения.

    Как сделать из трех одну фазу

    Это действие проводить не нужно, так как оно попросту бессмысленно. Генератор если выдает трехфазное переменное напряжение, то для запитывания потребителей (телевизора, лампы накаливания, холодильника, и пр.), необходимо использовать всего один вывод. Второй – это общий, точка соединения обмоток. Как было сказано ранее, требуется соединять их по схеме звезда.

    Поэтому у вас имеется возможность подключения потребителей к одной из фаз. Вопрос в том, есть ли смысл, рационально ли так поступать? Если необходимо обеспечить дом исключительно светом, никаких потребителей не планируете подключать, то вполне разумнее использовать маломощные светодиодные светильники. Они потребляют малое количество электроэнергии, поэтому генератор тока, который выдает стабильно 12 Вольт, способен обеспечить дом не только светом. Можно без труда включать и бытовую технику, которой требуется для работы именно такое напряжение.

    Правила намотки провода

    Не всегда нужна такая информация, так как, в целях упрощения конструкции, используется та статорная обмотка, которая уже имеется. Но она не всегда удовлетворяет тем условиям, которые стоят перед вами. Например, если вы конструируете ветро генератор из (асинхронный) двигателя, невозможно получить минимальное число оборотов ротора. Следовательно, на выходе напряжение окажется малым и недостаточным для работы бытовой техники. Поэтому возникает необходимость в небольших переделках.

    Обмотку проводить нужно более толстым проводом, чтобы получить более высокое значение силы тока на выходе. Для этого избавляетесь от старого провода. Намотка ведется вплотную, на картонный каркас. Когда она проведена, требуется нанести слой лака, обильно ним пропитать провод. Только не забудьте перед началом эксплуатации устройства хорошенько просушить. Для этого лампу накаливания 25 или 40 Вт установите в середине статора и оставьте на 1-2 дня. Не оставляйте только без присмотра.

    Экспериментальное определение необходимого количества витков

    Чтобы определить, какое число витков вам необходимо для нормальной работы генератора, потребуется воспользоваться множеством формул. Но нужно знать сечение сердечника, материал, из которого он изготовлен. Но это зачастую просто невозможно определить. Поэтому приходится делать эксперименты. В зависимости от того, одна или три фазы вам нужно, изменяется алгоритм проведения эксперимента. Самодельный генератор из асинхронного двигателя может быть изготовлен различными методами.

    Если планируется сделать одну фазу на выходе, то намотайте равномерно по всему сердечнику 10-20 витков провода. Соберите всю конструкцию и соедините с приводом, который будете использовать в дальнейшем. Проведите замер напряжения на выходе, разделите на то число витков, которое намотали. И вы получите напряжение, снимаемое с одного витка. Для вычисления длины обмотки, вам нужно применить простое вычисление – напряжение (необходимое) разделить на полученное значение. Аналогично проводится расчет и трехфазного генератора.

    Выводы

    Сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками несложно. Самое главное – это решить, какой привод планируете использовать. Если это обычный бензиновый двигатель, то проблем никаких не возникнет. Большие трудности возникнут в случае, если в качестве привода вы будете использовать ветряную мельницу. Причина – обороты двигателя, равно как и выходное напряжение, напрямую зависят от силы ветра, его скорости. Поэтому такие генераторы необходимо рассчитывать таким образом, чтобы даже при минимальных оборотах вырабатывалось номинальное напряжение. Но на выходе желательно иметь не более 12 Вольт. Это окажется более простым решением.

    Что такое индукционный генератор?

    Индукционный генератор также известен как Асинхронный генератор . Индукционная машина иногда используется в качестве генератора. Изначально индукционный генератор или машина запускается как двигатель. При запуске машина потребляет отстающие реактивные вольт-амперы из питающей сети. Скорость машины увеличивается по сравнению с синхронной скоростью с помощью внешнего первичного двигателя. Скорость увеличивается в том же направлении, что и вращающееся поле, создаваемое обмотками статора.

    Индукционная машина будет работать как индукционный генератор и начнет вырабатывать крутящий момент. Этот генерирующий крутящий момент противоположен направлению вращения ротора. В этом случае скольжение отрицательное, и индукционный генератор начинает подавать энергию в сеть.

    Характеристики крутящего момента трехфазной асинхронной машины для всех диапазонов скоростей приведены ниже.

    В эквивалентной схеме асинхронного двигателя механическая нагрузка на валу заменена резистором с номиналом, указанным ниже.

    В генераторе Induction generato r скольжение (я) отрицательное и, следовательно, сопротивление нагрузки R mech также отрицательное. Это показывает, что сопротивление нагрузки не поглощает мощность, а начинает действовать как источник энергии. Он начинает подавать электрическую энергию в сеть, к которой он подключен.

    Мощность индукционного генератора зависит от следующих факторов, указанных ниже.

    • Величина отрицательного скольжения.
    • Скорость ротора или скорость вращения двигателя выше синхронной в том же направлении.
    • Вращение двигателя, когда он работает как асинхронный.

    Из характеристики крутящего момента асинхронного двигателя видно, что максимально возможный индуцированный крутящий момент возникает в генераторном режиме. Этот крутящий момент известен как Pushover Torque . Если крутящий момент становится больше, чем крутящий момент толкания, генератор будет превышать скорость.

    Индукционный генератор не является генератором с самовозбуждением.Для создания вращающегося магнитного поля необходимо возбуждать статор внешним многофазным источником. Это достигается при номинальном напряжении и частоте, и машина работает на скорости выше синхронной. Поскольку скорость асинхронного генератора отличается от синхронной скорости, он известен как асинхронный генератор .

    Из характеристической кривой видно, что рабочий диапазон асинхронного генератора ограничен максимальным значением толкающего момента, соответствующим скольжению на скорости OM, как показано на характеристической кривой крутящий момент-скорость.

    асинхронные двигатели переменного тока | Как работают двигатели переменного тока

    Реклама

    Криса Вудфорда. Последнее изменение: 21 апреля 2020 г.

    Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из двигатели, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают.Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Рассмотрим подробнее!

    Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, показывая медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

    Как работает обычный двигатель постоянного тока?

    Изображение: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном направлении.

    Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть.Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы используем оригинальное вращающееся соединение называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении до тех пор, пока течет ток. Это сущность простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

    Прежде чем перейти к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю, статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который постоянного магнита, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

    Как работает двигатель переменного тока?

    В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: на них подается не постоянный ток, а переменный ток (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока вам нужна другая конструкция двигателя.

    В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете мощность на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создает магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

    Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

    Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником.Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле производит (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит свое собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что вызывает это — вращающееся магнитное поле — также вращаясь.(Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

    Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

    Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

    1. Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, по очереди запитываются источником переменного тока (не показан, но подаются к выводам справа).Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается резко (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
    2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе.Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
    3. Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

    Асинхронные двигатели на практике

    Что управляет скоростью двигателя переменного тока?

    В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока.Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и при отсутствии нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля. На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, что он ведет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и реальной скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод.Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете цепью, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

    Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

    Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор.Количество отдельных электрических токов, возбуждающих питание катушек независимо, вне шага, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ). В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

    Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

    Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

    Преимущества

    Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются. выходят и требуют замены время от времени.Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

    Произведение искусства: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу. Тем не менее, довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения.Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

    Недостатки

    Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного проще контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания.Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный). Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

    Кто изобрел асинхронный двигатель?

    Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, которые поочередно возбуждаются генератором справа.Это произведение взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро по патентам и товарным знакам США, с которым вы можете ознакомиться в ссылках ниже.

    Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. Приехав в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин выпали катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками.Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Tesla отстаивал AC, а Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретая электрический стул, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси переменным током, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко). Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

    Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла спроектировал его в 1880-х годах (его патент, показанный здесь, был выдан в мае 1888 года). Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

    Узнать больше

    На этом сайте

    На других сайтах

    Книги

    Для читателей постарше
    Для младших читателей
    • Электроэнергия для молодых людей: забавные и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, в том числе несколько занятий по созданию электродвигателей с нуля.Возраст 9–12 лет.
    • Эксперименты с электродвигателем Эда Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим научным и технологическим контекстом. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты с двигателями постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
    • Сила и энергия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней.Возраст 10+.
    • Никола Тесла: Разработчик электроэнергии Крис Вудфорд, в изобретателях и изобретениях, том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все это было доступно в Интернете по этой ссылке Google Книги. Возраст 9–12 лет.

    Патенты

    Patent предлагает более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе. Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

    • Патент США 381968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 года. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
    • Патент США 2 959 721: Многофазные асинхронные двигатели, Томас Бартон и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
    • Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г. Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного гидравлического сопротивления вращающимся компонентам.
    • Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом. Автор: Umesh C. Gupta, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

    статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

    Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

    Следуйте за нами

    Поделиться страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

    Цитируйте эту страницу

    Вудфорд, Крис. (2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

    Больше на нашем сайте…

    Разработка и реализация усовершенствованного электронного контроллера нагрузки для самовозбужденного индукционного генератора для электрификации сельских районов

    В этом документе предлагается альтернативный метод, а именно усовершенствованный электронный контроллер нагрузки (IELC), который является предложением для улучшения качества электроэнергии, поддерживая напряжение на желаемой частоте уровень электрификации села. Дизайн и развитие IELC рассматриваются как микрогидроэнергетическая система. Предлагаемая работа направлена ​​на то, чтобы сконцентрироваться на новых схемах электрификации сельской местности с помощью различных видов гибридных энергетических систем.Целью предлагаемой схемы является поддержание скорости генерации в условиях колебаний спроса в сельской местности. Электронный контроллер нагрузки (ELC) используется для подключения и отключения самосвальной нагрузки во время работы системы, и который поглощает нагрузку, когда потребители не активны, улучшит образ жизни сельского населения и улучшит уровень жизни. Гидроэлектроэнергия — перспективный вариант электрификации отдаленных деревень Индии. Обычные методы не подходят для работы в качестве автономной системы.Следовательно, разработка правильного ELC имеет важное значение. Улучшенные характеристики электронного управления нагрузкой, протестированные с помощью моделирования при проверке на аппаратной настройке.

    1. Введение

    Малые микрогидроэлектростанции сочетают в себе преимущества гидроэнергетики с преимуществами децентрализованного производства электроэнергии без каких-либо недостатков крупномасштабных установок. Малая гидроэнергетика имеет такие преимущества, как экономичное распределение энергии, меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с большими гидросистемами, независимость от импортного топлива и отсутствие необходимости в дорогостоящем обслуживании.Малая гидроэнергетика может использоваться в качестве децентрализованных энергетических систем для электрификации сельских районов.

    Бассет и Поттер предложили трехфазную индукционную машину (IM) в качестве генератора с самовозбуждением, подключенного к стороне переменного тока источника напряжения. Генератор должен приводиться в движение нерегулируемым валом микросистемы с низким напором. Эти системы предназначены для использования на сельских предприятиях в качестве недорогого источника переменного синусоидального регулируемого напряжения постоянного тока высокого качества [1].

    Арриллага и Уотсон предложили метод статического преобразования энергии из самовозбужденного индукционного генератора [2].

    Murthy et al. предложили простой и экономичный метод управления самовозбужденным индукционным генератором (SEIG) для автономной микрогидроэнергетики [3].

    Бхаттачарья и Вудворд проанализировали характеристики балансировки возбуждения самовозбужденных индукционных генераторов (SEIG), питающих несимметричные нагрузки. Дополнительными недостатками SEIG являются плохое регулирование напряжения и необходимость регулируемой реактивной мощности с переменной нагрузкой для поддержания постоянного напряжения на клеммах [4].

    Bim et al. проанализированы характеристики стабилизатора напряжения на основе компенсации напряжения для самовозбужденных индукционных генераторов (SEIG), питающих нелинейные нагрузки [5].

    Леви представил важность электронного контроллера нагрузки (ELC) для трехфазных индукционных генераторов с самовозбуждением. Предлагаемый генератор мог генерировать постоянное напряжение и частоту, только если электрическая нагрузка поддерживалась постоянной [6].

    Ван и Су представили исчерпывающий обзор влияния длинных и коротких шунтирующих соединений на генераторы с постоянными магнитами, индукционные генераторы, синхронные генераторы и индукционные генераторы с двойным питанием [7].

    Rai et al. представили динамические и установившиеся характеристики автономного самовозбужденного индукционного генератора с контроллером нечеткой логики (SEIG), использующим пассивные элементы [8].

    Singh et al. представили систему на основе самовозбужденного индукционного генератора с шунтирующим электронным преобразователем для питания изолированных трехфазных и однофазных линейных или нелинейных нагрузок [9].

    Singh et al. представили регулятор напряжения и частоты на основе электронного контроллера нагрузки (IELC) ​​для изолированного асинхронного генератора и продемонстрировали улучшение характеристик самовозбужденного индукционного генератора [10].

    Куо и Ван предложили анализ изолированного генератора самоиндукции, питающего нагрузку выпрямителя [11].

    Wildi предложил управление напряжением и частотой автономного индукционного генератора (IG). Инвертор источника напряжения (VSI) со схемой сброса нагрузки (DL) используется на его стороне постоянного тока. Частота IG регулируется путем поддержания постоянной синхронной частоты VSI [12].

    Bansal представил обзор нескольких решений для автономных трехфазных генераторов с самовозбуждением.Предлагается гибридный синхронный генератор с возбуждением на основе двух различных типов поля возбуждения [13].

    Singh et al. продемонстрировали поведение электронного контроллера нагрузки для самовозбужденного индукционного генератора в условиях несимметричного напряжения сети. Явление сначала анализируется теоретически как функция обмена активной и реактивной мгновенной мощностью статора между статором SEIG и преобразователем на стороне сети (GSC) [14].

    Baroudi et al. предложили новые методы для топологий силовых преобразователей, состоящих из трехфазного индукционного генератора с самовозбуждением (SEIG) с STATCOM для питания нагрузок динамических асинхронных двигателей [15].

    Mahato et al. проанализировали переходные характеристики однофазного саморегулирующегося индукционного генератора с использованием трехфазной машины [16].

    Сингх [17] проанализировал характеристики шестифазного индукционного генератора с самовозбуждением для автономного производства возобновляемой энергии и смоделировал эффективную систему.

    Yokesh et al. (2010) предложили схему регулирования напряжения для самовозбужденного индукционного генератора для промышленных приложений и проанализировали систему с помощью различных условий напряжения и нагрузки.

    В данной статье рассматривается микрогидросистема в автономном режиме. Микрогидросистемы состоят из электростанции, выходная мощность которой менее 100 кВт. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором может использоваться в качестве генератора, а конденсаторная батарея подходящего номинала подключается как шунтирующим, так и последовательным образом или в комбинации обоих. Он необходим для питания VAR от генератора и нагрузки. Ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную скорость двигателя. Выходное напряжение и частота будут поддерживаться в определенных пределах при полной нагрузке.Когда нагрузка потребителя уменьшается, избыточная нагрузка потребляется усовершенствованным электронным контроллером нагрузки. Общая функциональная блок-схема показана на рисунке 1.


    2. Материалы и методы
    2.1. Формулировка проблемы

    Источники микрогидроэнергии доступны во многих местах и ​​обычно встречаются в холмистых районах, где вода течет в виде небольших рек или ручьев. Схематическое устройство микрогидросистемы показано на рисунке 2; он используется для отвода небольшой части этой воды путем выработки электроэнергии.Носовой отсек используется для поддержания постоянного напора; Следовательно, в идеале носовой отсек должен быть всегда заполнен. Лишняя вода перетекает в ту же реку. На рисунке 2 показана типичная структура микрогидросистемы.


    Выработка электроэнергии в предлагаемой микрогидросистеме выражается в: = плотность воды (кг / м 3 ), = ускорение свободного падения (м / с 2 ), = расход (л / с) и = напор, (м).

    В автономной микрогидросистеме IELC представляет собой твердотельное электронное устройство, предназначенное для регулирования выходной мощности микрогидроэнергетической системы, а также для регулирования напряжения до желаемого уровня.Выходное напряжение и частота будут при полной нагрузке, а полная нагрузка будет учитываться на протяжении всей работы нагрузки потребителя. Усовершенствованный электронный контроллер нагрузки (IELC) ​​поддерживает пониженную нагрузку, а затем избыточная нагрузка расходуется: Следовательно, это конструкция электронного контроллера нагрузки для удовлетворительной работы микрогидросистемы.

    2.2. Ограничения проектирования
    2.2.1. Генератор

    Преобразователь трехфазного асинхронного двигателя в трехфазный индукционный генератор доступны различные конструкции.Здесь для этой цели может использоваться трехфазный двигатель с тремя конденсаторами возбуждения для трехфазного выхода, как показано на рисунке 3.


    Обычные однофазные асинхронные двигатели не могут использоваться в качестве однофазных индукционных генераторов с самовозбуждением (SEIG ), поскольку изменения или дополнения необходимы для работы в качестве SEIG. Однофазные индукционные машины с интегральной мощностью в кВт имеют высокую стоимость по сравнению с трехфазными индукционными машинами аналогичного размера. Было обнаружено, что трехфазный SEIG может использоваться для питания однофазных нагрузок.

    Двигатель выбирается с учетом выходной мощности и номинального напряжения. Параметры машины приведены в таблице 1.

    Беличья муфта 9029 Беличья клетка

    Параметр Спецификация

    Тип двигателя
    3 фазы
    Напряжение сети 230 В
    Номинальная скорость 1485 об / мин
    Лошадиная сила 1 H.Р

    2.2.2. Конструкция конденсатора возбуждения

    Номинал конденсатора возбуждения выбирается таким образом, чтобы обеспечить номинальное напряжение при полной нагрузке. Номинал конденсатора выбирается согласно

    Что такое индукционный генератор? (с изображениями)

    Индукционный генератор, также называемый асинхронным генератором, представляет собой тип электрического генератора переменного тока. Ротор генератора помещается во вращающееся магнитное поле, а затем ротор вращается с помощью внешнего источника механической энергии, так что он вращается быстрее, чем магнитное поле.Вращающийся вал начинает тянуть магнитное поле вперед, посылая электричество в катушки генератора. Индукционные генераторы менее сложны и более надежны, чем другие формы генераторов, и могут продолжать эффективно вырабатывать энергию при изменении скорости их ротора. Индукционному генератору требуется внешний источник электроэнергии для создания его вращающегося магнитного поля и начала работы, но как только он начал вырабатывать энергию, он может продолжать работать самостоятельно, при условии, что у него есть источник механической энергии.

    Индукционные генераторы обычно используются в ветряных турбинах.

    Индукционные генераторы обычно используются в ветряных турбинах, которые используют ветер для обеспечения механической энергии для движения ротора генератора. Способность генератора работать при различных скоростях позволяет турбине продолжать работу при различных ветровых условиях.В малых гидроэнергетических источниках, иногда называемых микрогидрогенераторами, также используются индукционные генераторы. Эти генераторы оснащены устройством, называемым контроллером индукционного генератора, которое предотвращает повреждение индукционного генератора и позволяет ему продолжать работать при колебаниях расхода воды. Благодаря простоте конструкции очень маленькие индукционные генераторы, способные приводить в действие бытовые приборы, могут быть построены с легкодоступными деталями, такими как двигатели стиральных машин.

    Некоторые индукционные генераторы могут питать бытовую технику, например стиральные машины. В ветряных турбинах

    часто используется конструкция, называемая индукционным генератором с двойным питанием, в которой обмотки ротора подключены к электронному преобразователю, который может импортировать или экспортировать реактивную мощность в генератор или из него по мере необходимости.Это позволяет генератору оставаться синхронизированным с электросетью во время колебаний скорости ветра. Это также делает энергосистему в целом более стабильной, позволяя ветровым турбинам продолжать работать и обеспечивать бесперебойную подачу электроэнергии в сеть в случае провала напряжения в сети — возможность, называемая сквозным прохождением низкого напряжения.

    Индукционные генераторы отличаются от синхронных генераторов, в которых ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой скоростью.Синхронные генераторы могут вырабатывать электроэнергию более эффективно, чем индукционные генераторы, но они должны получать питание с постоянной скоростью. Основные принципы индукционного генератора могут быть применены в обратном порядке для создания асинхронного двигателя, в котором ротор вращается медленнее, чем магнитное поле, чтобы преобразовывать электричество в механическую энергию.

    Генераторы могут обеспечивать электричеством, когда линии электропередач повреждены из-за штормов.

    Электрические машины — Генераторы — Описание и применение

    Первичный источник всей электроэнергии в мире вырабатывается трехфазными синхронными генераторами, использующими машины с номинальной мощностью до 1500 МВт или более. Хотя разнообразие электрических генераторов не так велико, как большое разнообразие доступных электродвигателей, они подчиняются сходным правилам проектирования, и большинство принципов работы, используемых в электродвигателях различных классов, также применимы к электрическим генераторам.Подавляющее большинство генераторов — это машины переменного тока (генераторы переменного тока) с меньшим количеством генераторов постоянного тока (динамо).

    Для большинства генераторов требуется какой-то способ управления выходным напряжением, а в случае машин переменного тока — метод управления частотой. Регулирование напряжения и частоты обычно осуществляется в очень больших машинах, несущих очень высокие токи, путем управления возбуждением генератора и скоростью первичного двигателя, который приводит в действие генератор.

    Как и в случае с электродвигателями, максимальная допустимая мощность генератора определяется его максимально допустимой температурой.

    Регулировка напряжения и частоты верна для незначительных отклонений в выходной мощности генератора, как указано выше, но большие изменения в нагрузке (токе) могут быть компенсированы только путем регулировки крутящего момента первичного двигателя, приводящего в действие генератор, поскольку обычно в электрических машинах крутящий момент пропорционально току или наоборот.

  • Стационарный полевой синхронный генератор переменного тока
  • В генераторе стационарного поля статор в виде фиксированных постоянных магнитов (или электромагнитов, питаемых постоянным током) обеспечивает магнитное поле, и ток генерируется в обмотках ротора.

    Когда катушка ротора вращается с постоянной скоростью в поле между полюсами статора, ЭДС, генерируемая в катушке, будет приблизительно синусоидальной, фактическая форма волны зависит от размера и формы магнитных полюсов. Пиковое напряжение возникает, когда движущийся проводник проходит центральную линию магнитного полюса. Он уменьшается до нуля, когда проводник находится в пространстве между полюсами, и увеличивается до пика в противоположном направлении, когда проводник приближается к центральной линии противоположного полюса магнита.Частота сигнала прямо пропорциональна скорости вращения. Величина волны также пропорциональна скорости до тех пор, пока магнитная цепь не насыщается, когда скорость увеличения напряжения, когда скорость увеличивается, резко замедляется.

    • Скорость и частота генератора
    • Выходная частота пропорциональна количеству полюсов на фазу и скорости ротора так же, как синхронный двигатель.См. Таблицу скорости двигателя.

    Выход переменного тока, генерируемый в роторе, может быть подключен к внешним цепям через контактные кольца и не требует коммутатора.

    Типичное применение — портативные генераторы переменного тока с выходной мощностью до 5 киловатт.

    Небольшие недорогие устройства, такие как домашние ветряные генераторы, обычно предназначены для работы на высокой скорости.Для заданных требований к мощности чем выше скорость, тем ниже требуемый крутящий момент. Это означает, что генератор может быть меньше и легче. Кроме того, высокоскоростному генератору требуется меньше полюсов, что упрощает конструкцию и снижает затраты.

  • Синхронный генератор переменного тока с вращающимся полем
  • Допустимая мощность щеточной машины обычно ограничивается текущей способностью выдерживать ток контактных колец в машине переменного тока (или даже в большей степени коммутатором в машине постоянного тока).Поскольку ток нагрузки генератора обычно намного выше, чем ток возбуждения, обычно желательно использовать ротор для создания поля и отключения питания генератора от статора, чтобы минимизировать нагрузку на контактные кольца.

    Путем замены неподвижных и подвижных элементов в приведенном выше примере создается генератор вращающегося поля, в котором вместо этого создается ЭДС в обмотках статора. В этом случае, в простейшей форме, поле создается постоянным магнитом (или электромагнитом), который вращается внутри фиксированной проволочной петли или катушки в статоре.Движущееся магнитное поле из-за вращающегося магнита ротора затем вызовет синусоидальный ток, протекающий в неподвижной катушке статора, когда поле движется мимо проводников статора. Если поле ротора обеспечивается электромагнитом, ему потребуется возбуждение постоянного тока, подаваемого через контактные кольца. Коммутатор не нужен.

    Если вместо одной катушки используются три независимые катушки или обмотки статора, разнесенные на 120 градусов по периферии машины, то на выходе этих обмоток будет трехфазный переменный ток.

    • Генератор обмоток серии
    • Классифицируются как генераторы с постоянной частотой вращения, они плохо регулируют напряжение и мало используются.

    • Шунтирующий генератор
    • Классифицируется как генератор постоянного напряжения, выходным напряжением можно управлять путем изменения тока возбуждения.У них достаточно хорошее регулирование напряжения во всем диапазоне скоростей машины.

    • Бесщеточное возбуждение
    • Машины с вращающимся полем используются на электростанциях большой мощности в большинстве национальных электросетевых систем мира. Мощность возбуждения поля, необходимая для этих огромных машин, может достигать 2,5% выходной мощности (25 кВт в 1.0 МВт), хотя это уменьшается по мере увеличения эффективности с увеличением размера, так что генератору 500 МВт требуется 2,5 МВт (0,5%) мощности возбуждения. Если напряжение возбуждения составляет 1000 Вольт, требуемый ток возбуждения будет 2500 Ампер. Обеспечение такого возбуждения с помощью контактных колец является технической проблемой, которую удалось преодолеть путем выработки необходимой мощности внутри самой машины с помощью пилотного трехфазного стационарного генератора поля на том же валу. Переменный ток, генерируемый в обмотках пилотного генератора, выпрямляется и подается непосредственно на обмотки ротора для возбуждения основной машины.

    • Охлаждение
      Эффективность очень большого генератора может достигать 98% или 99%, но для генератора мощностью 1000 МВт потеря эффективности всего на 1% означает, что необходимо рассеять 10 мегаватт потерь, в основном в виде тепла. Чтобы избежать перегрева, необходимо принимать специальные меры предосторожности при охлаждении, и обычно одновременно используются два вида охлаждения. Охлаждающая вода циркулирует через медные стержни в обмотках статора, а водород проходит через корпус генератора.Преимущество водорода состоит в том, что его плотность составляет всего около 7% от плотности воздуха, что приводит к меньшим потерям на ветер из-за того, что ротор взбивает воздух в машине, а его теплоемкость в 10 раз больше, чем у воздуха, что обеспечивает превосходную способность отвода тепла.
  • Генераторы переменного тока с постоянными магнитами
  • Меньшие версии обеих вышеперечисленных машин могут использовать постоянные магниты для создания магнитного поля машины, и, поскольку для создания поля не используется энергия, это означает, что машины проще и эффективнее.Однако недостатком является то, что нет простого способа управления такими машинами. Синхронные генераторы с постоянными магнитами (PMSG) обычно используются в недорогих «генераторных установках» для обеспечения аварийного питания.

    Выходное напряжение и частота генератора с постоянными магнитами пропорциональны скорости вращения, и хотя это может не быть проблемой для приложений, работающих от механических приводов с фиксированной скоростью, для многих приложений, таких как ветряные турбины, требуется фиксированное выходное напряжение и частота, но приводятся в действие первичными двигателями с регулируемой скоростью.В этих случаях могут потребоваться сложные системы управления с обратной связью или внешнее регулирование мощности для обеспечения желаемого стабилизированного выхода.

    Обычно выходной сигнал выпрямляется, и изменяющееся выходное напряжение подается через промежуточный контур постоянного тока на повышающий стабилизатор, который обеспечивает фиксированное напряжение, соединенное с инвертором, который обеспечивает выход фиксированной частоты.

  • Генераторы переменного / переключаемого сопротивления
  • Генератор, аналогичный по конструкции реактивному электродвигателю, представляет собой машину с двумя выступами без магнитов и щеток.Поскольку инертные железные полюса ротора генератора сопротивления движутся мимо полюсов статора, изменяющееся сопротивление магнитной цепи генератора сопровождается соответствующим изменением индуктивности полюсов статора, что, в свою очередь, вызывает индуцирование тока в обмотки статора. Таким образом, на каждом полюсе статора появляется импульсный сигнал. В многофазных машинах выходные сигналы каждой фазы подаются на преобразователь, который последовательно включает каждую фазу в звено постоянного тока, чтобы обеспечить напряжение постоянного тока.Система требует определения положения на валу ротора, чтобы контролировать время срабатывания переключателей преобразователя. Эти датчики положения также позволяют регулировать ток, изменяя углы включения и выключения выходного тока в зависимости от положения ротора. Как и в случае с генератором на постоянных магнитах, понижающие-повышающие регуляторы также используются для управления выходом.

    К сожалению, машина не является самовозбуждающей по своей природе, и для запуска были приняты различные методы, в том числе обеспечение постоянного тока возбуждения от резервной батареи через обмотки статора во время запуска или использование небольших постоянных магнитов, встроенных в некоторые полюсов ротора.

    • Характеристики
    • Компактная, прочная конструкция.

      Работа с переменной скоростью.

      Фазы генератора полностью независимы.

      Недорого в производстве.

      Поскольку они имеют простые инертные роторы без обмоток или встроенных магнитов, они могут приводиться в движение с очень высокой скоростью и могут работать в условиях высоких температур окружающей среды.

      Подходит для конструкций мощностью до мегаватт и скоростью более 50 000 об / мин.

    • Приложения
    • Системы привода гибридных электромобилей (HEV), автомобильные стартер-генераторы, вспомогательная электроэнергетика для самолетов, ветряные генераторы, высокоскоростные газотурбинные генераторы.

      См. Также Встроенный стартер-генератор

  • Индукционные генераторы
  • Асинхронные генераторы — это, по сути, асинхронные двигатели, скорость вращения которых немного превышает синхронную скорость, связанную с частотой питания.См. Объяснение того, как работают асинхронные двигатели на странице Двигатели переменного тока. Однако индукционные генераторы не имеют средств производства или генерации напряжения, если они не подключены к внешнему источнику возбуждения. Конструкция с короткозамкнутым ротором используется для малой энергетики, потому что она проста, прочна и недорога в производстве.

    Как и в случае с асинхронным двигателем, когда обмотки статора многофазного индукционного генератора подключены к сети переменного тока, под действием трансформатора напряжение индуцируется в обмотках ротора или проводящих стержнях ротора с короткозамкнутым ротором с частота этого индуцированного напряжения в роторе равна частоте приложенного напряжения статора.Когда отдельные обмотки ротора закорочены или соединены друг с другом через внешний импеданс (проводящие стержни ротора с короткозамкнутым ротором уже замкнуты накоротко), через катушки протекает большой ток, создающий магнитное поле, которое по закону Ленца имеет полярность, противоположную полю статора. Это заставляет ротор вращаться, увлекаемый магнитным притяжением за вращающимся полем, создаваемым статором. Величина крутящего момента на роторе зависит от величины относительной скорости между вращающимся ротором и вращающимся полем, создаваемым статором, обычно называемым скольжением.Таким образом, ротор ускоряется до синхронной скорости, заданной частотой питания сети, достигая максимума, когда величина индуцированного тока ротора и крутящего момента уравновешивают приложенную нагрузку, в то же время частота токов, индуцируемых в роторе. обмотки уменьшаются в соответствии с частотой скольжения. Но чем быстрее вращается ротор, тем меньше результирующая относительная разница скоростей между обоймой ротора и вращающимся полем статора или скольжение, и, следовательно, напряжение, индуцированное в обмотке ротора.Когда ротор приближается к синхронной скорости, его крутящий момент уменьшается в соответствии с проскальзыванием, уменьшая ускорение, поскольку ослабляющее магнитное поле ротора недостаточно для преодоления потерь на трение ротора в режиме холостого хода. В результате ротор продолжает вращаться медленнее, чем синхронная скорость. Это означает, что в моторном режиме асинхронная машина никогда не сможет достичь своей синхронной скорости, потому что на этой скорости не будет тока, индуцированного в короткозамкнутой клетке ротора, магнитного поля и, следовательно, крутящего момента.

    Однако в режиме генератора статор по-прежнему подключен к сети, обеспечивающей необходимое вращающееся поле, но вал ротора приводится в движение внешними средствами со скоростью, превышающей синхронную скорость, так что электромагнитные реакции меняются на противоположные, поскольку ротор будет вращаться быстрее. чем вращающееся магнитное поле статора, так что полярность скольжения меняется на обратную, а полярность напряжения и тока, индуцируемых в роторе, аналогичным образом изменяется.В то же время под действием трансформатора ток в роторе будет индуцировать ток в катушках статора, которые теперь обеспечивают выходную энергию генератора на нагрузку. Когда скорость ротора превышает синхронную скорость, индуцированное напряжение и ток в стержнях ротора и катушках статора будут увеличиваться по мере того, как относительная скорость между ротором и вращающимся полем статора и, следовательно, увеличивается скольжение. Это, в свою очередь, потребует более высокого крутящего момента для поддержания вращения.

    Выходное напряжение генератора регулируется величиной тока возбуждения.

    На следующей схеме показаны характеристики многофазной асинхронной машины, когда она сконфигурирована как двигатель или как генератор.

    Поскольку ток ротора пропорционален относительному движению между вращающимся полем статора и скоростью ротора, известному как «скольжение», ток ротора и, следовательно, крутящий момент прямо пропорциональны скольжению в стабильной рабочей области вокруг синхронной скорость машины и частота тока ротора такая же, как частота скольжения.

    При синхронной скорости скольжение равно нулю, и электричество не будет потребляться двигателем или производиться генератором. Хотя обе машины работают на скоростях в пределах нескольких процентов от синхронной скорости, они являются асинхронными машинами.

    Увеличение нагрузки на генератор снижает его скорость и, следовательно, его выходную частоту, в то время как увеличение крутящего момента на приводном валу увеличивает его скорость и выходную частоту. Уменьшение нагрузки и крутящего момента имеет противоположный эффект.

    • Индукционный генератор с постоянной скоростью
    • Асинхронные генераторы с фиксированной скоростью, подобные описанному выше, на самом деле работают в небольшом диапазоне скоростей, связанном с проскальзыванием генератора. Они получают возбуждение от электросети и могут работать только параллельно с этим источником. При использовании в сети они подходят для возврата энергии в сеть, из которой они получают ток возбуждения, но бесполезны в качестве резервных генераторов, когда электрическая сеть выходит из строя.Их ограниченный диапазон скоростей ограничивает возможные применения.

    • Самовозбуждающийся индукционный генератор с регулируемой скоростью (SEIG)
    • Маломасштабные системы производства электроэнергии довольно часто представляют собой автономные приложения, удаленные от электросети и использующие в качестве источника энергии сильно колеблющиеся источники энергии, такие как энергия ветра и воды. Индукционный генератор с фиксированной скоростью не подходит для таких применений.Индукционным генераторам с регулируемой частотой вращения требуется некоторая форма самовозбуждения, а также регулировка мощности, чтобы иметь возможность практического использования их нерегулируемого выходного напряжения и частоты.

      • Эксплуатация
      • Самовозбуждение достигается подключением конденсаторов к клеммам статора генератора. При возбуждении от внешнего первичного двигателя в катушках статора будет индуцироваться небольшой ток, поскольку магнитный поток из-за остаточного магнетизма в роторе разрезает обмотки, и этот ток заряжает конденсаторы.Когда ротор вращается, поток, пересекающий обмотки статора, будет меняться в противоположном направлении, так как ориентация остаточного магнитного поля изменяется вместе с ротором. Индуцированный ток в этом случае будет иметь противоположное направление и будет стремиться к разрядке конденсаторов. В то же время заряд, высвобождаемый конденсаторами, будет стремиться усилить ток, увеличивая магнитный поток в машине. Поскольку ротор продолжает вращаться, наведенная ЭДС и ток в обмотках статора будет продолжать расти, пока установившееся состояние достигается в зависимости от насыщения магнитной цепи в машине.В этой рабочей точке напряжение и ток будут продолжать колебаться при заданном пиковое значение и частота определяются характеристиками машины, воздушным зазором, скольжением, нагрузкой и выбором размеров конденсатора. Комбинация этих факторов устанавливает максимальные и минимальные пределы диапазона скоростей, в котором происходит самовозбуждение. В рабочее скольжение обычно невелико и изменение частоты зависит от рабочей скорости спектр.

        Если генератор перегружен, напряжение будет быстро разрушаются (см. диаграмму выше), обеспечивая некоторую встроенную самозащиту.

      • Контроль
      • При работе с регулируемой частотой вращения индукционному генератору требуется преобразователь частоты для адаптации выходной частоты переменного тока генератора к фиксированной частоте приложения или электросети.Во время работы в самовозбуждающемся индукционном генераторе есть единственный контролируемый фактор, влияющий на выходную мощность — это механический вход от первичного двигателя, поэтому система не поддается эффективному управлению с обратной связью. Для обеспечения регулируемого выходного напряжения и частоты внешний AC / DC / AC конвертеры требуются. Трехфазный диодный мост используется для выпрямления выходного тока генератора, обеспечивая звено постоянного тока на трехфазный тиристорный инвертор, который преобразует мощность от Линия постоянного тока на необходимое напряжение и частоту.

      См. Также примеры и описание асинхронных индукционных генераторов с двойным питанием (DFIG) и линейного управления частотой синхронного генератора с фиксированной скоростью, которые используются для обеспечения регулируемой частоты и напряжения на выходе с регулируемым крутящим моментом и приводами с регулируемой скоростью в ветряных генераторах.

    Пульсации выходного напряжения можно минимизировать, используя многополюсные конструкции.

    Конструкция генератора постоянного тока очень похожа на конструкцию двигателя постоянного тока.

    Ротор состоит из электромагнита, обеспечивающего возбуждение поля. Ток к ротору поступает от статора или, в случае очень больших генераторов, от отдельного возбудителя, вращающегося на том же валу ротора. Подключение к ротору осуществляется через коммутатор, так что направление тока в обмотках статора меняет направление, когда полюса ротора проходят между чередующимися северным и южным полюсами статора.Ток ротора очень мал по сравнению с током в обмотках статора, и большая часть тепла рассеивается в более массивной конструкции статора.

    В машинах с самовозбуждением при запуске из состояния покоя ток для запуска электромагнитов происходит из небольшого остаточного магнетизма, который существует в электромагнитах и ​​окружающей магнитной цепи.

    Автомобильный генератор — это машина переменного тока с регулируемой скоростью, обеспечивающая выходной постоянный ток фиксированного уровня.

    Типичный генератор представляет собой самовозбуждающую машину переменного тока.Используя генератор переменного тока, а не генератор постоянного тока, можно избежать использования коммутатора и его потенциальных проблем с надежностью. Однако постоянный ток требуется для всех нагрузок в транспортном средстве, включая аккумулятор, и, кроме того, выходное напряжение постоянного тока должно быть постоянным независимо от частоты вращения двигателя или текущей нагрузки. Таким образом, система зарядки должна включать выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный и регулятор для поддержания генерируемого напряжения в проектных пределах независимо от частоты вращения двигателя.

    Ротор приводится в движение двигателем и обеспечивает возбуждение поля. Его скорость напрямую связана с частотой вращения двигателя и зависит от передаточных чисел зубчатой ​​передачи или приводных шкивов. Выходной ток снимается со статора.

    Автомобильные генераторы переменного тока обычно представляют собой трехфазные машины для обеспечения компактной конструкции и в то же время уменьшения тока в обмотках статора путем распределения его между тремя наборами обмоток. Это также снижает пульсации напряжения после выпрямления.

    Как анализировать асинхронный двигатель: эталонная модель TEAM

    В этом сообщении блога мы прорабатываем трехфазный асинхронный двигатель, описанный в задаче 30a семинара по методам тестирования электромагнитного анализа (TEAM). Мы анализируем асинхронный двигатель в 2D с помощью решателя переходных процессов в интерфейсе Rotating Machinery, Magnetic . Мы исследуем динамику запуска двигателя, сочетая электромагнитный анализ с динамикой ротора, включая инерционные эффекты.В конце мы сравниваем результаты эталонной модели с результатами моделирования в COMSOL Multiphysics.

    Создание асинхронного двигателя с помощью моделирования

    Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: неподвижной части, называемой статором, и вращающейся части, называемой ротором. Статор состоит из многослойной стали статора и трехфазных катушек, а ротор состоит из токопроводящего алюминия и стали. Трехфазные открытые обмотки, обозначенные A, B и C на изображении ниже, в статоре отстают друг от друга по фазе на 120 °.Каждая фаза обмотки имеет угол наклона 45 ° с воздушными зазорами, разделяющими их, а внешний диаметр статора составляет 5,7 см.


    Трехфазный асинхронный двигатель с указанием размеров и конфигураций фаз.

    Плотность тока поддерживается на уровне 310 А / см 2 . Это эквивалентно действующему току I действующему значению = 2045,175 на обмотку. Трехфазная обмотка возбуждается с частотой 60 Гц. И ротор, и сталь статора имеют постоянную относительную проницаемость мкм r = 30.Сталь статора слоистая и имеет электропроводность σ = 0; сталь ротора имеет электропроводность σ = 1,6e6 См / м. Точно так же алюминий ротора имеет электропроводность σ = 3,72e7 См / м.

    Моделирование динамики асинхронных двигателей в COMSOL Multiphysics

    Когда мы строим геометрию асинхронного двигателя в COMSOL Multiphysics, мы создаем два объединения. Один предназначен для областей статора, а другой — для областей ротора.Мы завершаем геометрию, используя операцию сборки формы, описанную в этом видео, так что идентификационная пара автоматически оказывается между ротором и статором.


    Геометрическая последовательность асинхронного двигателя. Геометрия завершается с помощью сборки формы между двумя соединениями ротора и статора.

    Свойства материалов, используемых в этой модели, перечислены в следующей таблице. Плотность материала не указана в исходном документе TEAM, поэтому мы принимаем плотность роторной стали и алюминия равной 7850 кг / м 3 и 2700 кг / м 3 , соответственно, для расчета ротора инерция.3] Воздух 0 [См / м] 1 Не требуется

    Мы используем интерфейс Rotating Machinery, Magnetic для моделирования электромагнитных полей в этом трехфазном асинхронном двигателе. Поскольку все электрические и магнитные свойства материала линейны, узел закона Ампера по умолчанию работает без каких-либо изменений.

    Мы моделируем три фазы, используя характеристики Homogenized и Multi-Turn Coil .Количество витков на каждую обмотку составляет n0 = 2045 . Каждый многожильный провод пропускает ток 1 [A] с сдвигом по фазе на 120 ° между тремя фазами. Токи в трех фазах описываются как:

    1. I A = 1 [A] * cos (w0 * t) * sqrt (2)
    2. I B = 1 [A] * cos (w0 * t + 120 [град]) * sqrt (2)
    3. I C = 1 [A] * cos (w0 * t-120 [град]) * sqrt (2)

    Здесь 1 [A] — это среднеквадратичное значение входного тока, поэтому нам нужно умножить его на sqrt (2) , чтобы сделать его пиковым значением.

    Мы можем получить электромагнитный момент в роторе напрямую, используя функцию расчета силы в интерфейсе Rotating Machinery, Magnetic . Добавив эту функцию, пространственная составляющая магнитных сил ( rmm.Forcex_0 , rmm.Forcey_0 , rmm.Forcez_0 ) и осевой крутящий момент ( rmm.Tax_0 ) в этом интерфейсе могут быть получены при постобработке . Функция расчета силы просто интегрирует напряжения Максвелла по всей внешней границе выбранной области.Поскольку этот метод основан на интегрировании поверхностей, вычисленная сила чувствительна к размеру ячейки. При использовании этого метода важно всегда выполнять исследование по уточнению сетки, чтобы правильно вычислить силу или крутящий момент.

    Альтернативный подход — использовать метод Арккио для расчета крутящего момента, объемное интегрирование произведения плотностей магнитного потока. В этом методе электромагнитный момент в 2D-моделях вращающихся электрических машин может быть рассчитан с помощью следующего выражения:

    T_e = \ frac {1} {\ mu_0 (r_o-r_i)} \ int \ limits_ {S_ {ag}} rB_rB_ \ phi dS

    , где r_o — внешний радиус, r_i — внутренний радиус, а S_ {ag} — площадь поперечного сечения воздушного зазора.Плотность магнитного потока в радиальном и азимутальном направлениях равна B_r и B_ \ phi соответственно. Дополнительные сведения о реализации метода Арккио в COMSOL Multiphysics см. На следующих снимках экрана.


    Реализация метода Arkkio расчета крутящего момента для асинхронного двигателя.

    Моделирование динамики двигателя с использованием глобальных ODE и DAE интерфейс

    Вращательное движение ротора описывается следующими двумя уравнениями:

    (1)

    \ frac {d \ omega_m} {dt} = \ frac {T_m-T_L} {I}

    (2)

    \ frac {d \ phi} {dt} = \ omega_m

    , где T_m — осевой электромагнитный момент ротора, T_L — момент нагрузки, \ omega_m — угловая скорость ротора, а \ phi — угловое положение ротора.

    Он моделируется с использованием интерфейса Global ODE и DAE в двух отдельных узлах Global Equations , как показано на рисунке ниже.


    Реализация дифференциальных уравнений для угловой скорости и угла ротора с использованием интерфейса Global ODE и DAE .

    Переходный электромагнитный момент на ротор в зависимости от времени (слева). Зависимость угловой скорости ротора от времени (справа).

    Электромагнитный крутящий момент демонстрирует колебательное поведение во время запуска и постепенно достигает пикового значения около 0.28 секунд. Оно уменьшается до нуля, когда достигается полная синхронная скорость примерно за 0,4 секунды. Через 0,5 секунды применяется ступенчатое изменение момента нагрузки. Двигатель постепенно генерирует равный крутящий момент, жертвуя некоторой скоростью.

    Сравнение результатов COMSOL Multiphysics и задачи TEAM 30a

    Чтобы сравнить электромагнитный момент, индуцированное напряжение и потери в роторе с результатами в задаче TEAM 30a, мы создали ту же модель асинхронного двигателя в частотной области, используя физический интерфейс Magnetic Fields .Вращательное движение в этом случае вводится с помощью члена Лоренца, который описывает скорость. Вы можете скачать пример модели трехфазного асинхронного двигателя здесь.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.