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

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:

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.