Генератор из асинхронного двигателя своими руками

За основу был взят промышленный асинхронный двигатель переменного тока, мощностью 1,5 кВт с частотой вращения вала 960 об/мин. Сам по себе такой мотор изначально не может работать как генератор. Ему необходима доработка, а именно замена или доработка ротора.
Табличка с маркировкой двигателя:

Двигатель хорош тем, что у него везде где нужно стоят уплотнения, особенно у подшипников. Это существенно увеличивает интервал между периодическими техническими обслуживаниями, так как пыль и грязь никуда просто так попасть и проникнуть не могут.
Ламы у этого электродвигателя можно поставить на любую сторону, что очень удобно.

Переделка асинхронного двигателя в генератор

Снимаем крышки, извлекаем ротор.
Обмотки статора остаются родные, двигатель не перематывается, все остается как есть, без изменений.

Ротор дорабатывался на заказ. Было решено сделать его не цельнометаллическим, а сборным.

То есть, родной ротор стачивается до определенного размера.
Вытачивается стальной стакан и запрессовывается на ротор. Толщина скана в моем случае 5 мм.

Разметка мест для приклеивания магнитов была одной из самых сложных операций. В итоге методом проб и ошибок было решено распечатать шаблон на бумаге, вырезать в нем кружочки под неодимовые магниты – они круглые. И приклеить магниты по шаблону на ротор.
Основная загвоздка возникла в вырезании множественных кружочков в бумаге.
Все размеры подбираются сугубо индивидуально под каждый двигатель. Каких-то общих размеров размещения магнитов дать нельзя.

Неодимовые магниты приклеены на супер клей.

Была сделана сетка из капроновой нити для укрепления.

Далее обматывается все скотчем, снизу делается герметичная опалубка, герметизированная пластилином, а сверху заливная воронка из того же скотча. Заливается все эпоксидной смолой.

Смола потихоньку стекает сверху вниз.

После застывания эпоксидной смолы, снимаем скотч.


Теперь все готов к сборке генератора.

Загоняем ротор в статор. Делать это нужно особо осторожно, так как неодимовые магниты обладают огромной силой и ротор буквально залетает в статор.

Собираем, закрываем крышки.

Магниты не задевают. Залипания почти нет, крутится относительно легко.
Проверка работы. Вращаем генератор от дрели, с частотой вращения 1300 об/мин.
Двигатель подключен звездой, треугольником генераторы такого типа подключать нельзя, не будут работать.
Снимается напряжение для проверки между фазами.

Генератор из асинхронного двигателя работает отлично.

Смотрите видео

Более подробную информацию смотрите в видеоролике.

Канал автора — Peter Dmitriev

Как превратить электродвигатель в генератор

Вопрос о необходимости иметь дома собственный генератор возникает у многих, так как вещь довольно практичная, а в некоторых случаях крайне необходима. Второй вопрос – как его сделать самому? Наиболее верный метод в данном решении – это сделать генератор из электродвигателя. На помощь приходят такие свойства электротехнических агрегатов как обратимость, позволяющая из одного преобразовать в другое. Для этих целей подходят отлично асинхронные электродвигатели переменных значений тока. В этом случае, главный атрибут генератора, такой как магнитное поле, будет обеспечиваться при вращении якоря.

Чтобы конструктивно подойти к преображению в генератор электродвигателя, рассмотрим основные конструктивные узлы последнего:

• стартер и его обмотка;
• крышки с подшипниками: передняя и задняя;
• выполненный с короткозамкнутыми витками ротор;
• контактные выходы для присоединения к сети питания.

Первоначально простая конструкция, отличающаяся надёжностью составляющих из-за их немногочисленности в конструкции, на самом деле имеет множество нюансов, основанных как на строении приводных частей, так и на участвующих в создании электромагнитной энергии с преобразованием её в механическую.  В общем смысле, суть работы электродвигателя имеет вид:

1. Вокруг статорной обмотки появляется достаточно мощное электромагнитное поле. Назвать это условием для генерирования пока нельзя, так как в статическом поле отсутствует процесс движения.
2. Благодаря имеющимся в роторе замкнутым виткам толстого кабеля, индуцируется ЭДС, создающее переменно магнитное поле в окружающем ротор пространстве.
3. Под действием данных сил ротор приводится во вращение.

Поскольку генератор – это машина трёхфазного подключения, образующая электрическую энергию от механической, заданной первичным двигателем, элементы строения электродвигателей подходят для создания требуемого агрегата. И так, приводящийся в движение ротор достигает вращения в синхронной частоте, что вызывает во влиянии остаточного магнитного поля появление электродвижущей силы на клемах статорной обмотки. Далее, путём подключения конденсаторов к зажимам, в статорных обмотках появиться намагничивающий ёмкостный ток опережения. Чтобы появилось самовозбуждение генератора, конденсаторная ёмкость должна быть больше, нежели изначальные параметры генератора в критическом ёмкостном значении. Это повысит его частоту вращения генератора процентов на 5-10 в номинальном режиме от заданной синхронной. Так, к примеру, электродвигатель частотой 1500 об/мин для обращения в генератор должен быть раскручен до 1575-1650 об/мин.

Главное правило для выполнения электрогенераторов – мощность двигателей, которые используются, не должна превышать максимума в 20 кВА. Полученный агрегат, выполненный своими руками, станет незаменимым в рамках домашнего хозяйства.

Будьте осторожны

Процесс превращения электродвигателя в генератор несёт не только массу удовольствия, но и немалый риск, связанный с нарушением техники безопасности. Наиболее требуемыми правилами являются:

• поскольку генератор переменного тока является достаточно опасным, применяемое напряжение должно быть 380В. 220В допускается лишь по крайнему случаю;
• электрогенератор должен обязательно быть оборудован заземляющими отводами;
• перед эксплуатацией выполните пробный запуск на наличие ошибок;
• применять конденсаторы следует исходя из таблицы расчёта, представленной в любом соответствующем справочнике. Использование конденсаторов ниже или выше мощности может сулить нерабочим или неправильным в работе состоянием генераторов;
• проверяйте надёжность соединения всех рабочих устройств и механизмов;
• используйте частотные преобразователи Веспер или другие устройства для регулирования задающих параметров генератором, перемена энергетических величин которого может влиять на работу введённых электроприводов в полученную сеть;
• не используйте генератор холостым ходом, так как может случиться перегрев;
• чётко прослеживайте выходную вырабатываемую мощность тока. Так, если в трёхфазном генераторе была задействована всего одна типаемая фаза, мощность составит 30-35%, при двух – 60-70% мощности общего значения, которую имеет генератор;
• выполняйте контроль частоты переменного тока путём сравнения выходного напряжения, величина которого при холостых оборотах превысит промышленное значение на 4-6%.

Электродвигатель

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Генератор из асинхронного двигателя своими руками: 3 схемы | Секреты дедова ремонта

Электрики давно научились извлекать пользу из принципа обратимости электрических машин: когда попадает в руки вроде бы ненужный трехфазный движок, то его можно раскрутить от бытовой сети или вырабатывать бесплатную электрическую энергию.

Эта статья рассказывает, как можно просто и надежно сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками по одной из трех доступных схем, а в ее конце приведен видеоролик, автор которого воплотил в железе эту идею.

Однако там есть ошибочные выводы. Не повторяйте их.

Секреты подбора электродвигателя

Асинхронная машина может работать в режиме:

1. двигателя, когда на нее подается электрическое напряжение;

2. или генератора, если вращать ее ротор с определенной величиной крутящего момента от дополнительного источника. Им может быть любой двигатель внутреннего сгорания, водяная турбина, ветряное колесо или другой источник энергии.

Отработавшие на производстве трехфазные электродвигатели часто списывают. Они попадают в руки домашнего мастера практически бесплатно или по символической цене.

Ими не сложно воспользоваться для решения бытовых или хозяйственных задач. Потребуется только оценить конструкцию: возможности по выработке электроэнергии определенного напряжения и мощности от источника энергии с конкретным числом оборотов.

Для этого следует изучить характеристики статора и ротора.

Коротко о статоре

Конструкция статора асинхронного двигателя представлена:

· тремя обмотками, по которым проходит электрический ток;

· магнитопроводом из пластин электротехнического железа, созданному для передачи магнитного потока.

Соединение концов обмоток может выполняться схемой звезды либо треугольника. Каждый вариант имеет свои особенности. Их надо учитывать для различных условий эксплуатации.

Чтобы не отвлекать ваше внимание на этот вопрос рекомендую тем, кого он интересует, ознакомиться с этой информацией более подробно в статье о способах подключения трехфазного асинхронного электродвигателя в однофазную сеть.

Она будет полезна многим людям.

Что надо знать о роторе

Он имеет три обмотки из изолированного провода. по которым протекают наводимые токи и формируют суммарный крутящий момент магнитного поля.

Эти обмотки могут быть:

1. выведены на внешние клеммы статора через контактные вращающиеся кольца с щеточным механизмом. Его называют ротором с фазной обмоткой;

2. короткозамкнуты встроенным алюминиевым кольцом — «беличье колесо».

Выглядят они следующим образом.

Для бытовых целей предпочтительнее использовать электродвигатель у которого работает короткозамкнутый ротор. О нем идет речь дальше.

Однако, если попалась в руки модель с фазным ротором, то ее легко переделать в короткозамкнутую: достаточно просто зашунтировать выходные контакты между собой.

Важные электрические характеристики

Чтобы сделать генератор из асинхронного двигателя стоит учесть:

· поперечное сечение провода обмотки. Оно ограничивается тепловым воздействием от протекающих суммарных токов, формируемых как от активной нагрузки, так и реактивных составляющих;

· число оборотов, на которые рассчитан электродвигатель. Это оптимальная величина, котрой следует придерживаться при выборе подключения к источнику энергии;

· КПД, cos φ;

· схему подключения обмоток.

Эти величины указываются на табличке корпуса или рассчитываются косвенными методами.

Как работает двигатель в режиме генератора

При раскрутке ротора необходимо возбудить электромагнитное поле. Его добиваются за счет параллельного подключения к обмоткам емкостной нагрузки от батареи конденсаторов разными методами. Рассмотрим их.

Две схемы звезды

Типовое подключение выглядит следующим образом.

Упрощенный вариант схемы показан ниже.

Здесь применяют рабочий и пусковой конденсаторы, которые коммутируются собственными переключателями.

Схема треугольника

Она позволяет вырабатывать 220 вольт линейного напряжения.

Как подобрать конденсаторы

Емкость конденсатора для возбуждения генератора можно подсчитать по формуле, исходя из реактивной мощности, частоты и напряжения.

С=Q/2π∙f∙U2.

Следует учитывать, что они по разному влияют на нагрев обмоток в различных режимах. Поэтому для холостого хода и работы генератора используют ступенчатое переключение.

Рекомендуемые расчеты представлены таблицей.

Конденсаторную батарею рекомендую набирать из бумажных моделей на 500 вольт. Пользоваться электрическими конструкциями не рекомендую даже при включении каждой полугармоники через диод.

Электролит при нагревании может закипеть, что приведет к взрыву корпуса.

Особенности эксплуатации

Для безопасной работы необходимо:

· правильно подобать измерительные приборы;

· включить в схему защиты автоматический выключатель и УЗО;

· смонтировать схему резервного питания;

· правильно выбрать систему напряжения;

· избегать перегрузок за счет эффективного подключения потребителей;

· контролировать рабочую частоту на выходе.

О том, как это сделать, подробно раскрыто в статье на моем сайте: «Как сделать генератор из асинхронного двигателя». Рекомендую прочитать и выполнить.

Ее хорошо дополняет видеоролик Ильи Петровича. Обязательно посмотрите и ознакомьтесь с комментариями. Он допустил несколько характерных ошибок, а люди в своих комментариях указали на них. Надеюсь, что эта информация будет полезной для вас.

До встречи в следующей публикации.

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:

Как сделать генератор из асинхронного двигателя (видео, схема 220В)

Данная задача требует выполнения ряда манипуляций, которые должны сопровождаться четким пониманием принципов и режимов функционирования такого оборудования.

Что собой представляет и как работает

Эл двигатель асинхронного типа – это машина, в которой происходит трансформация электрической энергии в механическую и тепловую. Такой переход становится возможным благодаря явлению электромагнитной индукции, которая возникает между обмотками статора и ротора. Особенностью асинхронных двигателей является тот факт, что частота вращения этих двух ключевых его элементов отличается.

Конструктивные особенности типичного эл двигателя можно видеть на иллюстрации. И статор, и ротор представляют собой соосные круглого сечения объекты, изготавливаются путем набора достаточного количества пластин из специальной стали. Пластины статора имеют пазы на внутренней части кольца и при совмещении образуют продольные канавки, в которые наматывается обмотка из медной проволоки. Для ротора, ее роль играют алюминиевые прутки, они также вставляются в пазы сердечника, но с обеих сторон замыкаются стопорными пластинами.

Во время подачи напряжения на обмотки статора, на них возникает и начинает вращаться электромагнитное поле. В связи с тем, что частота вращения ротора заведомо меньше, между обмотками наводится ЭДС и центральный вал начинает двигаться. Не синхронность частот связана не только с теоретическими основами процесса, но и с фактическим трением опорных подшипников вала, оно будет его несколько тормозить относительно поля статора.

Что такое электрический генератор?

Генератор представляет собой эл машину, преобразовывающую механическую и тепловую энергии в электрическую. С этой точки зрения он является устройством прямо противоположным по принципу действия и режиму функционирования к асинхронному двигателю. Более того, наиболее распространенным типом электрогенераторов являются индукционные.

Как мы помним из выше описанной теории, такое становится возможным только при разности оборотов магнитных полей статора и ротора. Из это следует один закономерный вывод (учитывая также принцип обратимости, упомянутый вначале статьи) – теоретически возможно сделать генератор из асинхронника, кроме того, это задача, решаемая самостоятельно за счет перемотки.

Работа двигателя в режиме генератора

Любой асинхронный электрогенератор используется в качестве некоего трансформатора, где механическая энергия от вращения вала двигателя, преобразуется в переменный ток. Такое становится возможным тогда, когда его скорость становится выше синхронной (порядка 1500 об/мин).  Классическую схему переделки и подключения двигателя в режиме электрогенератора с выработкой трехфазного тока можно легко собрать своими руками:

Чтобы достичь такой стартовой частоты вращения, необходимо приложить довольно большой крутящий момент (например, за счет подключения двигателя внутреннего сгорания в бензогенераторе или крыльчатки в ветряке). Как только частота вращения достигает значения синхронной, начинает действовать конденсаторная батарея, создающая емкостный ток. За счет этого происходит самовозбуждение обмоток статора и выработка электрического тока (режим генерирования).

Необходимым условием устойчивой работы такого электрогенератора с промышленной частотой сети 50 Гц, является соответствие его частотных характеристик:

1. Скорость его вращения должна превышать асинхронную (частоту работы самого двигателя) на процент скольжения (от 2 до 10%),
2. Значение скорости вращения генератора должно соответствовать синхронной скорости.

Как самостоятельно собрать асинхронный генератор?

Обладая полученными знаниями, смекалкой и умением работать с информацией, можно своими руками собрать/переделать работоспособный генератор из двигателя. Для этого необходимо совершить точные действия следующей последовательности:

1. Вычисляется реальная (асинхронная) частота вращения двигателя, который планируется применить в качестве электрогенератора. Для определения оборотов на подключенном к сети агрегате можно использовать тахограф,
2. Определяется синхронная частота двигателя, которая одновременно будет асинхронной для генератора. Здесь учитывается величина скольжения (2-10%). Допустим, измерения показали скорость вращения на уровне 1450 об/мин. Требуемая частота работы электрогенератора будет составлять:

nГЕН = (1,02…1,1)nДВ= (1,02…1,1)·1450 = 1479…1595 об/мин,

3. Подбор конденсатора необходимой емкости (используются стандартные сравнительные таблицы данных).

На этом можно и поставить точку, но если требуется напряжение однофазной сети 220В, то режим функционирования такого устройства потребует внедрения в приведенную ранее схему понижающего трансформатора.

Виды генераторов на базе двигателей

Покупка штатного готового эл генератора – удовольствие отнюдь не из дешевых и вряд ли по карману практическому большинству наших сограждан. Прекрасной альтернативой может послужить самодельный генератор, его можно собрать при достаточных познаниях в области электротехники и слесарного дела. Собранное устройство может успешно использоваться в качестве:

1. Электрогенератора с самозапиткой. Пользователь может своими руками получить устройство для выработки электроэнергии с длительным периодом действия вследствие самостоятельной подпитки,
2. Ветрогенератора. В качестве движителя, необходимого для пуска двигателя, используется ветряк, который вращается под воздействием ветра,
3. Генератора на неодимовых магнитах,
4. Трехфазного бензогенератора,
5. Однофазного маломощного генератора на двигателях электроприборов и т. д.

Переделка своими руками стандартного мотора в действующее генерирующее устройство – занятие увлекательное и очевидно экономящее бюджет. Таким образом можно переделать обычный ветряк, соединив его с двигателем для автономной выработки энергии.

Генератор из асинхронного двигателя своими руками: 3 схемы

Как подобрать электродвигатель

Чтобы исключить ошибки на стадии проекта необходимо уделить внимание конструкции приобретаемого двигателя, а также его электрическим характеристикам: потребляемой мощности, величине напряжения питания, числу оборотов ротора.

Асинхронные машины обратимы.

Они способны работать в режиме:

· электродвигателя, когда на них подается внешнее напряжение;

· или генератора, если их ротор вращает источник механической энергии, например, водяное либо ветряное колесо, двигатель внутреннего сгорания.

Обращаем внимание на заводскую табличку, конструкцию ротора и статора. Учитываем их особенности при создании генератора.

Что надо знать о конструкции статора

У него на общем сердечнике магнитопровода намотаны три изолированных обмотки для питания от каждой фазы напряжения.

Их подключают одним из двух способов:

1. Звездой, когда все концы собраны в одну точку. На 3 начала и общий вывод концов подается напряжение по четырем проводам.

2. Треугольником — конец одной обмотоки подключен к началу другой так, что схема собрана кольцом и из нее выходят всего три провода.

Более подробно эта информация изложена в статье моего сайта о подключении трехфазного двигателя в бытовую однофазную сеть .

Особенности конструкции ротора

На нем тоже создан магнитопровод и три обмотки.

Они соединяются одним из двух способов:

1. через контактные выводы у двигателя с фазным ротором;

2. накоротко замкнуты алюминиевой вставкой в конструкцию беличьего колеса — асинхронные машины.

Нам нужен ротор короткозамкнутый. Все схемы разработаны для него.

Конструкцию фазного ротора тоже можно использовать в качестве генератора. Но ее придется переделать: просто шунтируем все вывода между собой закоротками.

Преимущества и недостатки генератора

К положительным качествам разработки принадлежат:

1. Простая и быстрая сборка с возможностью избежать разборки электродвигателя и перемотки обмотки.
2. Способность осуществлять вращение электротока с помощью ветряной либо гидротурбины.
3. Применение устройства в системах мотор-генератор, чтобы преобразовать однофазную сеть (220В) на трехфазную (380 В).
4. Способность использовать разработку в местах отсутствия электричества, применяя для раскрутки двигатель внутреннего сгорания.

Минусы:

1. Проблематичность расчета емкости конденсата, который присоединяется к обмоткам.
2. Сложно достичь максимальной отметки мощности, на которую способна самостоятельная разработка.

Самодельный генератор из асинхронного двигателя

Принцип работы

Генератор вырабатывает электрическую энергию при условии, что количество оборотов ротора несколько выше синхронной скорости. Самый простой тип вырабатывает порядка 1800 об/мин., учитывая, что уровень его синхронной скорости становится 1500 оборотов.

Его принцип действия основывается на переработке механической энергии в электроэнергию. Заставить ротор вращаться, и производить электричество можно с помощью сильного крутящегося момента. В идеальном варианте – постоянный холостой ход, который способен поддерживать одинаковую скорость движения.

Все виды моторов, работающие от силы непостоянного тока, называются асинхронными. У них магнитное поле статора кружится скорее, чем поле ротора, соответственно направляя его в сторону своего движения. Чтобы изменить электромотор на функционирующий генератор понадобится повысить скорость передвижения ротора, чтобы он не следовал за магнитным полем статора, а начал двигаться в другую сторону.

Получить подобный результат можно, подключив прибор к электросети, конденсатор с большой емкостью или целую группу конденсаторов. Они заряжаются и скапливают энергию от магнитных полей. Фаза конденсатора имеет заряд, который противоположен источнику тока мотора, из-за чего происходит замедление работы ротора, и начинается выработка тока статорной обмоткой.

Схема генератора

Схема очень простая и не нуждается в наличии специальных знаний и умений. Если запустить разработку не подключая ее к сети, начнется вращение и, после выхода на синхронную частоту, статорная обмотка станет образовывать электрическую энергию.

Прикрепив к ее зажимам специальную батарею из нескольких конденсаторов (С) можно получить опережающий емкостный ток, который будет создавать намагничивание. Емкость конденсаторов должна быть выше критического обозначения С0, которое зависит от габаритов и характеристик генератора.

В данной ситуации происходит процесс самостоятельного запуска, а на статорной обмотке монтируется система с симметричным трехфазным напряжением. Показатель создаваемого тока напрямую зависит от емкости для конденсаторов, а также характеристики машины.

Простейшая схема включения асинхронного двигателя

Работа двигателя в режиме генератора

Любой асинхронный электрогенератор используется в качестве некоего трансформатора, где механическая энергия от вращения вала двигателя, преобразуется в переменный ток. Такое становится возможным тогда, когда его скорость становится выше синхронной (порядка 1500 об/мин).  Классическую схему переделки и подключения двигателя в режиме электрогенератора с выработкой трехфазного тока можно легко собрать своими руками:

Чтобы достичь такой стартовой частоты вращения, необходимо приложить довольно большой крутящий момент (например, за счет подключения двигателя внутреннего сгорания в бензогенераторе или крыльчатки в ветряке). Как только частота вращения достигает значения синхронной, начинает действовать конденсаторная батарея, создающая емкостный ток. За счет этого происходит самовозбуждение обмоток статора и выработка электрического тока (режим генерирования).

Необходимым условием устойчивой работы такого электрогенератора с промышленной частотой сети 50 Гц, является соответствие его частотных характеристик:

1. Скорость его вращения должна превышать асинхронную (частоту работы самого двигателя) на процент скольжения (от 2 до 10%),
2. Значение скорости вращения генератора должно соответствовать синхронной скорости.

Как самостоятельно собрать асинхронный генератор?

Обладая полученными знаниями, смекалкой и умением работать с информацией, можно своими руками собрать/переделать работоспособный генератор из двигателя. Для этого необходимо совершить точные действия следующей последовательности:

1. Вычисляется реальная (асинхронная) частота вращения двигателя, который планируется применить в качестве электрогенератора. Для определения оборотов на подключенном к сети агрегате можно использовать тахограф,
2. Определяется синхронная частота двигателя, которая одновременно будет асинхронной для генератора. Здесь учитывается величина скольжения (2-10%). Допустим, измерения показали скорость вращения на уровне 1450 об/мин. Требуемая частота работы электрогенератора будет составлять:

nГЕН = (1,02…1,1)nДВ= (1,02…1,1)·1450 = 1479…1595 об/мин,

3. Подбор конденсатора необходимой емкости (используются стандартные сравнительные таблицы данных).

На этом можно и поставить точку, но если требуется напряжение однофазной сети 220В, то режим функционирования такого устройства потребует внедрения в приведенную ранее схему понижающего трансформатора.

Виды генераторов на базе двигателей

Покупка штатного готового эл генератора – удовольствие отнюдь не из дешевых и вряд ли по карману практическому большинству наших сограждан. Прекрасной альтернативой может послужить самодельный генератор, его можно собрать при достаточных познаниях в области электротехники и слесарного дела. Собранное устройство может успешно использоваться в качестве:

1. Электрогенератора с самозапиткой. Пользователь может своими руками получить устройство для выработки электроэнергии с длительным периодом действия вследствие самостоятельной подпитки,
2. Ветрогенератора. В качестве движителя, необходимого для пуска двигателя, используется ветряк, который вращается под воздействием ветра,
3. Генератора на неодимовых магнитах,
4. Трехфазного бензогенератора,
5. Однофазного маломощного генератора на двигателях электроприборов и т. д.

Переделка своими руками стандартного мотора в действующее генерирующее устройство – занятие увлекательное и очевидно экономящее бюджет. Таким образом можно переделать обычный ветряк, соединив его с двигателем для автономной выработки энергии.

Схема асинхронного генератора с подключением конденсаторов к двум обмоткам

Этот вариант довольно популярен. Он позволяет питать от двух обмоток три группы потребителей:

• две напряжением 220 вольт;
• одну — 380.

Рабочий и пусковой конденсаторы подключаются в схему отдельными выключателями.

На основе этой же схемы можно создать самодельный генератор с подключением конденсаторов к одной обмотке асинхронного двигателя.

Схема треугольника

При сборке обмоток статора по схеме звезды генератор будет выдавать трехфазное напряжение 380 вольт. Если осуществить их переключение на треугольник, то — 220.

Приведенные выше на картинках три схемы являются базовыми, но не единственными. На их основе могут создаваться другие способы подключения.

Как рассчитать характеристики генератора по мощности двигателя и емкости конденсаторов

Для создания нормальных условий работы электрической машины необходимо соблюсти равенство ее номинального напряжения и мощности в режимах генератора и электродвигателя.

С этой целью подбирают емкость конденсаторов с учетом вырабатываемой ими реактивной мощности Q при различных нагрузках. Ее величину рассчитывают по выражению:

Q=2π∙f∙C∙U2

Из этой формулы, зная мощность двигателя, для обеспечения полной нагрузки можно рассчитать емкость батареи конденсаторов:

С=Q/2π∙f∙U2

Однако, следует учесть режим работы генератора. На холостом ходу конденсаторы станут излишне нагружать обмотки и нагревать их. Это приводит к большим потерям энергии, перегреву конструкции.

Для устранения подобного явления конденсаторы подключают ступенчато, определяя их количество в зависимости от приложенной нагрузки. Чтобы упростить подбор конденсаторов для запуска асинхронного двигателя в режиме генератора, создана специальная таблица.

Мощность генератора (кВА)	Режим полной нагрузки				Режим холостого хода
	cos φ=0.8		cos φ=1		Q (кВАр)	С (мкф)
	Q (кВАр)	С (мкф)	Q (кВАр)	С (мкф)
15	15,5	342	7,8	172	5,44	120
10	11,1	245	5,9	130	4,18	92
7	8,25	182	4,44	98	3,36	74
5	6,25	138	3,4	75	2,72	60
3,5	4,53	100	2,54	56	2,04	45
2	2,72	60	1,63	36	1,27	28

Для использования в составе емкостной батареи хорошо подходят пусковые конденсаторы серии K78-17 и им подобные с рабочим напряжением от 400 вольт и больше. Вполне допустимо заменить их металлобумажными аналогами с соответствующими номиналами. Собирать их придется параллельным подключением.

Использовать модели электролитических конденсаторов для работы в цепях асинхронного самодельного генератора не стоит. Они предназначены для цепей постоянного тока, а при прохождении синусоиды, меняющейся по направлению, быстро выходят из строя.

Существует специальная схема их подключения для подобных целей, когда каждая полуволна направляется диодами на свою сборку. Но она довольно сложная.

Необходимые материалы и инструменты

Для изготовления мотора-генератора своими руками достаточно иметь антисинхронный двигатель. Остальные материалы можно найти в хозяйстве или на специализированных рынках радиотехники.

Могут понадобиться такие инструменты и материалы:

1. Труба из стали с толщиной стенок не менее 3 мм и общим диаметром 6 см и больше. Высоту нужно подбирать индивидуально, в зависимости от скорости ветров в регионе. Но нужно помнить, что чем выше будет мачта, тем сильнее будет дуть ветер и, соответственно, вырабатываться больше электричества.
2. Для изготовления лопастей можно использовать различные материалы, но лучше купить готовую деталь заводского производства, так как она будет идеально откалибрована. Самостоятельно изготовить её можно из труб или листов ПВХ, металла. Кроме этого, может подойти деревянная доска, профиль из стеклоткани.
3. В качестве основы (опоры для мачты) подойдёт бетонная стяжка. С другой стороны, можно использовать металл или дерево. Нужно только помнить, что за надёжность конструкции отвечает основа. Если опора будет слабой, то мачта со временем рухнет от ветра.
4. Дрель и набор свёрл.
5. Ножовка.
6. Разводной ключ.
7. Рулетка.
8. Лист металла, который будет служить материалом для изготовления мачты.
9. Стальная рама. Она будет выполнять функцию основы для ветрогенератора, поворотного механизма и лопастей.
10. Весь необходимый дополнительный инструмент, включая сварку, с помощью которого можно изготовить устройство.
11. Хомуты для фиксации растяжек.
12. Металлический трос с сечением 12 мм.

Характеристики ветрогенератора

Сначала необходимо определиться с желаемым итоговым результатом. Характеристики электродвигателя, выполняющего роль генератора, могут быть разными, и от этого зависит, сколько электроэнергии устройство будет вырабатывать за единицу времени.

Для производства среднего количества энергии генератор должен иметь приблизительно такие характеристики:

1. Минимальная мощность установки — 1.3 кВт.
2. Желательны неодимовые магниты в конструкции. Их функция заключается в обеспечении электромагнитной движущейся силы. Для этого может применяться и стальная гильза, которая устанавливается на ротор.
3. Расположение магнитов на роторе должно соответствовать схеме. Это значит, что их полюсы должны быть развёрнуты в правильную сторону.
4. Предварительно вал ротора нужно проточить и подогнать размеры под диаметр магнитов.
5. При установке магнитов не всегда требуется переделывать обмотку. Если она состоит из проводов с большим сечением — ничего страшного, это только увеличит мощность. Самым лучшим вариантом обмотки будет устройство, имеющее шесть полюсов, провод с сечением не более 1.2 мм и максимум 24 витка на катушке.

Нюансы монтажа

Как правило, для изготовления ветро генератора из асинхронного двигателя своими руками применяется ветряк с тремя лопастями, которые в диаметре достигают двух метров. Если увеличить количество лопастей или их длину, то улучшение характеристик не произойдёт. Перед тем как выбирать модификацию устройства, тип, характеристики, габариты, необходимо осуществить правильный расчёт.

Для начала нужно рассчитать мощность самой мачты. Она должна устанавливаться на бетонную основу толщиной полметра. Предварительно следует вырыть яму, также учитывая при этом состояние и тип почвы.

Подключать к электросети каждый из приборов нужно в определённом порядке. Сначала идут аккумуляторы, а потом уже и ветрогенератор. Вращаться вал электромотора может либо горизонтально, либо вертикально. Как правило, устанавливают в вертикальном положении, это связано с конструктивными особенностями. Для обеспечения защиты от влаги генератор оборудуют прокладками или колпаком.

Для установки мачты необходимо выбрать открытое место, где будет максимальное количество ветров. Высота монтажа генераторного устройства должна быть достаточно большой. Переделанный асинхронник в идеальном варианте устанавливается на высоте 15 метров, но на практике мачты более 7 метров никто не использует.

В качестве основного источника электрического питания дома устройство лучше не использовать. Такое тихоходное устройство следует устанавливать для страховки от ситуаций с перебоями в электричестве или для экономии семейного бюджета, поскольку счёт за централизованную подачу существенно уменьшается.

Стоит отметить, что установки подобного типа можно использовать не во всех регионах. Минимальная скорость ветра для целесообразности использования должна постоянно держаться на отметке 7 метров за секунду. Если этот показатель меньше, то и электроэнергии будет вырабатываться очень мало.

Перед установкой проводятся необходимые расчёты. В некоторых ситуациях могут возникнуть сложности с обработкой узлов асинхронного движка. Ветряк нельзя изготовить без соответствующих модулей, а также проведения предварительных испытаний устройства. Подключение такого оборудования осуществить невозможно.

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.

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).

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 эм полей, создаваемых постоянными магнитными заготовками, жёстко закреплёнными на статорной и роторной части устройства (смотрите рисунок ниже).

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.

Советы по эксплуатации

Асинхронный генератор не требует особого ухода. Его обслуживание заключается в контроле состояния подшипников. На номинальных режимах устройство способно работать годами без вмешательства оператора.

Слабое звено – конденсаторы. Они могут выходить из строя, особенно тогда, когда их номиналы неправильно подобраны.

При работе генератор нагревается. Если вы часто подключаете повышенные нагрузки – следите за температурой устройства или позаботьтесь о дополнительном охлаждении.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трёхфазного напряжения. Этот вариант включения уменьшает рабочую ёмкость конденсаторов, снижает нагрузку на первичный механический двигатель в режиме холостого хода и т.о. экономит «драгоценное» топливо.

В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа «Ока», «Волга», поливальных насосов «Агидель», «БЦН» и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) — больше.

Теперь несколько слов о первичном механическом двигателе, который будет приводить во вращение генератор. Как известно, любое преобразование энергии связано с её неизбежными потерями. Их величина определяется КПД устройства. Поэтому мощность механического двигателя должна превышать мощность асинхронного генератора на 50…100%. Например, при мощности асинхронного генератора 5 кВт, мощность механического двигателя должна быть 7,5…10 кВт. С помощью передаточного механизма добиваются согласования оборотов механического двигателя и генератора так, чтобы рабочий режим генератора устанавливался на средних оборотах механического двигателя. При необходимости, можно кратковременно увеличить мощность генератора, повышая обороты механического двигателя.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других — коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

Если с помощью генератора предполагается запитывать оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети. Отключать надо оба провода: «фазу» и «ноль».

В заключение несколько общих советов.

1. Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

3. Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он «не любит» холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы — 2/3 общей мощности генератора.

5. Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме «холостого хода» должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.

Проверка и запуск в работу

После того как генератор будет собран необходимо проверить его на работоспособность. Для этого в качестве нагрузки можно использовать обыкновенную лампочку накаливания.

Причем начальная скорость вращения генератора должна быть небольшой. И по мере ее увеличения яркость накала лампочки должна увеличиваться.

Источники

• https://zen.yandex.com/media/housediz/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelia-svoimi-rukami-ot-a-do-ia-5b30fc5f2dbfc700a8c80687
• https://housetronic.ru/electro/generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya.html
• https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelya-svoimi-rukami.html
• https://HouseDiz.ru/kak-sdelat-samodelnyj-generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya/
• https://mtz-80.ru/bez-rubriki/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelya-svoimi-rukami
• https://amperof.ru/elektropribory/samodelnyj-generator.html
• https://www.asutpp.ru/asinxronnyj-generator.html
• http://electro-shema.ru/energetika/asinxronnyj-elektrodvigatel-v-kachestve-generatora.html
• https://electrikexpert.ru/generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya/

[свернуть]

Изготовление генератора для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

Этапы

Создание самодельного ветрогенератора имеет два основных этапа:

• изготовление ротора
• создание генератора

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.

Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.

Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.

Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.

Как переделать ротор

Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.

Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.

Существует два способа монтажа магнитов:

• изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
• уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.

Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.

Испытания вновь созданного генератора

Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.

Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.

По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.

Изготовление ветряка

Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). Горизонтальные роторы имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.

Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.

Вертикальные ветряки проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:

• ротор Савониуса
• ротор Дарье
• ротор Ленца

Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.

Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор Савониуса, но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.

Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.

Рекомендуемые товары

Индукционные машины в качестве ветряных генераторов

Индукционные машины как ветрогенераторы Статья Учебники по альтернативной энергии 09.03.2012 08.03.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии

Использование асинхронных двигателей в качестве генераторов

В условиях постоянно растущих сегодня затрат на электроэнергию поиск способов уменьшить нашу зависимость от местной коммунальной компании стал основной целью. Наряду с солнечной энергией, генерация «энергии ветра» и «гидроэнергии» стала важной частью небольшой системы возобновляемых источников энергии домовладельцев.

Существует несколько общих типов генераторов, доступных в качестве возможных кандидатов для использования в качестве ветряных или гидротурбинных генераторов, но, возможно, наиболее распространенным типом электрических машин, используемых в промышленности, являются индукционные машины.

Индукционные машины в форме индукционных генераторов, также известные как «асинхронные генераторы», обычно используются для небольших схем из-за таких преимуществ, как простота, доступность, надежность и, что более важно, их низкая стоимость.Кроме того, поскольку индукционные генераторы являются бесщеточными (то есть у них нет коммутатора или угольных щеток), они требуют очень небольшого количества систем управления или технического обслуживания, как правило, только чистую смазку подшипников на протяжении всего срока их службы.

Индукционный генератор

Индукционный генератор очень похож на асинхронный двигатель, используемый в промышленности, и разница в том, что когда машина вращается быстрее, чем его нормальная рабочая скорость, индукционный генератор вырабатывает электричество переменного тока.

Стоимость киловатта (кВт) однофазного индукционного генератора обычно выше, чем у трехфазного генератора того же размера на киловатт выходной мощности. Поэтому обычно используются трехфазные генераторы, которые также могут производить однофазное выходное напряжение.

Большинство домашних систем небольшого размера предназначены для работы параллельно с коммунальной сетью, обеспечивая небольшую часть общей потребности домовладельцев в электроэнергии. Индукционный генератор способен производить совместимую с сетью мощность переменного тока без использования дополнительного инвертора или электронного управления, поскольку он синхронизируется с сетью, то есть вырабатывает электричество с той же частотой и напряжением.

При таких операциях выходное напряжение и частота генераторов поддерживаются в допустимых пределах энергокомпании за счет подключения резистивного балласта, который поддерживает сумму нагрузки потребителя и балластной нагрузки на постоянном уровне. Также статические конденсаторы иногда используются для коррекции коэффициента мощности и для возбуждения машины.

Асинхронные машины с короткозамкнутым ротором в ветро- и гидроэнергетике широко используются в качестве предпочтительных генераторов. Обычно генераторы ветряных турбин труднее контролировать, чем гидрогенераторы, потому что их скорость и, следовательно, выходная мощность сильно различаются.Но поскольку индукционный генератор подключен к электросети с постоянной частотой, поэтому нет необходимости в синхронизирующем оборудовании, индукционный генератор работает практически с постоянной скоростью (в небольшом диапазоне скольжения). Таким образом, при использовании в качестве ветряной турбины он работает с оптимальной эффективностью только в небольшом диапазоне изменения скорости ветра.

Асинхронная машина не имеет заранее определенной скорости вращения для данной частоты и напряжения, как при работе синхронного генератора, но ее скорость при постоянной частоте сети может изменяться в зависимости от нагрузки.Мощность, выдаваемая генератором, изменяется при изменении скорости машины. При синхронной скорости, то есть скорости вращения, точно равной частоте переменного тока, мощность вообще не генерируется. Разница между синхронной скоростью генератора и фактической скоростью называется «скольжением». Крутящий момент и мощность машин изменяются линейно со скольжением.

Если скольжение генератора регулируется в соответствии с требованиями нагрузки, индукционный генератор будет выдавать необходимую мощность. Синхронная скорость является функцией электрической частоты, в то время как фактическая скорость определяется водяной или ветряной турбиной, подключенной к валу генератора.Следовательно, для выработки энергии индукционный генератор должен вращаться быстрее, чем скорость скольжения.

Очевидно, что для маломасштабной генерации индукционная машина при использовании в качестве генератора преобразует потенциальную энергию в кинетическую, а затем в электрическую. Ротор вращается выше синхронной скорости и развивает противодействующий крутящий момент, который противодействует этому превышению скорости, так же как и тормоз.

Ротор генератора возвращает мощность в виде электрической энергии, а не рассеивает ее в виде тепла, что обычно называется асинхронной генерацией.Затем кинетическая энергия преобразуется в электрическую, и генератор подает активную мощность в электрическую сеть.

Однако для успешной работы энергосистема также должна обеспечивать реактивную мощность для создания вращающегося магнитного поля статора. То есть индукционный генератор получает ток возбуждения или намагничивания непосредственно от электросети. Тогда индукционный генератор потребляет, а не поставляет реактивную мощность (KVAR) и поставляет только реальную мощность (KW) непосредственно в сеть.

Двигатели обычно могут работать как генераторы, и наоборот, и поскольку индукционный генератор на самом деле является асинхронным двигателем, приводимым в действие турбиной, называемой первичным двигателем, он имеет несколько преимуществ перед другими типами генераторов.

Преимущества индукционных машин как генераторов

• Они менее дороги и более доступны, чем эквивалентный синхронный генератор.
• Они не используют контактные кольца для передачи тока на катушки возбуждения в роторе.
• Им не требуется внешнее напряжение возбуждения постоянного поля.
• Электрический ток индуцируется в обмотках ротора действием трансформатора.
• Они автоматически синхронизируются с системой питания, поэтому управление им проще и дешевле.

В качестве индукционного генератора можно использовать трехфазную индукционную машину с короткозамкнутым ротором или асинхронный двигатель конденсаторного типа. Из двух вариантов лучше выбрать трехфазный двигатель. Эти машины обычно можно найти в цехах перемотки моторов, на свалках, складах и т.д., причем довольно дешево, так как их так много.В большинстве бытовых приборов, таких как стиральные машины и сушилки, обычно используются однофазные асинхронные двигатели.

Размер используемой индукционной машины зависит от требуемой мощности генератора. Эффективность увеличивается с размером, но обычно нет необходимости превышать примерно 10 л.с. (7,5 кВт) для трехфазной машины или 3 л.с. (750 Вт) для однофазной машины. Как правило, лучшие индукционные машины для использования в качестве ветряных генераторов рассчитаны на 1700 об / мин или выше.

Чтобы узнать больше об «индукционных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных доступных ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки использования индукционных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, щелкните здесь, чтобы Получите копию одной из лучших книг о трехфазных индукционных генераторах с самовозбуждением прямо у Amazon.

Самые продаваемые товары для электрических генераторов

Индукционный генератор

Индукционный генератор

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является отличным генератором, когда он работает со скоростью выше синхронной.Те же особенности, которые делают этот двигатель предпочтительным по сравнению с другими типами двигателей, делают индукционный генератор предпочтительным по сравнению с другими типами генераторов, а именно присущая жесткость конструкции с короткозамкнутым ротором и простота систем управления.

Асинхронный двигатель становится генератором, когда он подключается к системе электроснабжения, а затем приводится в движение каким-либо первичным двигателем со скоростью, превышающей его синхронную. Первичный двигатель может быть турбиной, двигателем, ветряной мельницей или чем-либо, что может обеспечить крутящий момент и скорость, необходимые для приведения двигателя в состояние превышения скорости.

Рабочие характеристики генератора будут незначительно отличаться от характеристик двигателя. Как правило, частота вращения и коэффициент мощности будут ниже, а КПД — выше. Различия могут быть настолько незначительными, что их нельзя будет обнаружить методами измерения в нормальном поле.

Основным преимуществом индукционного генератора является регулирование частоты. Скорость должна строго контролироваться синхронным генератором, чтобы его частота не отклонялась от частоты сети. Выходная частота и напряжение регулируются системой питания индукционных генераторов и не зависят от изменений скорости.Эффект саморегулирования сводит к минимуму сложность системы управления.

Элементы управления индукционного генератора

очень похожи на элементы управления асинхронного двигателя, за некоторыми исключениями:

1. Система должна быть оборудована регулятором ограничения скорости. В случае потери электрической нагрузки крутящий момент первичного двигателя быстро разгонит систему до потенциально опасных скоростей. Тормоз, регулятор или отключение дроссельной заслонки необходимы, чтобы избежать опасных скоростей.
2. Электрический выключатель должен быть оборудован для ограничения тока повреждения.В случае короткого замыкания в энергосистеме генератор подает ток короткого замыкания. Токоограничивающие предохранители обычно подходят.
3. Выходной крутящий момент первичного двигателя должен быть ограничен, чтобы предотвратить перегрузку генератора. Это управление может быть заложено в конструкции первичного двигателя или может быть основано на сигналах обратной связи с выхода генератора. В крайнем случае, первичный двигатель может преодолеть толкающий (пробой) крутящий момент генератора, что приведет к разгону.
4. В некоторых случаях скорость первичного двигателя может упасть ниже синхронной скорости генератора. Если это произойдет, генератор будет моторизоваться, чтобы привести систему в действие. Если такая реакция нежелательна, то можно отключить питание с помощью реле обратной мощности или можно использовать предохранительную муфту, позволяющую двигателю работать без нагрузки.

Индукционный генератор может использоваться в качестве двигателя для разгона системы до рабочей скорости, или первичный двигатель может использоваться для обеспечения ускорения.В последнем случае нет необходимости учитывать пусковой момент и ток в конструкции машины. Это дает разработчику возможность максимизировать рабочие характеристики при полной нагрузке.

Индукционный генератор все чаще используется как средство восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна. Сгенерированная энергия может потребляться на месте или продаваться коммунальной системе, снабжающей площадку (Закон о регулировании коммунальных предприятий требует, чтобы коммунальное предприятие покупало электроэнергию). Генераторы, приводимые в движение ветром и водой, используются для преобразования этой энергии в электрическую.

Некоторые типичные области применения индукционных генераторов:

1. Бумажная фабрика имеет значительный запас топлива в виде коры и древесного лома. Используемый в бойлере, он может генерировать 4000 л.с. избыточного пара. Самая большая отдельная нагрузка — это насос мощностью 2000 л.с., 3600 об / мин. Путем механического подключения турбины мощностью 4000 л.с. и индукционного генератора мощностью 2000 л.с. к насосу топливо можно использовать для приведения в действие насоса и выработки 2000 л.с. электроэнергии. В случае отказа пара генератор можно использовать в качестве двигателя для привода насоса.Кроме того, насос поможет ограничить превышение скорости системы в случае потери электрической нагрузки.
2. Компания по водоснабжению обнаружила, что она может покупать электроэнергию по низким ценам в ночное время и продавать электроэнергию по высоким ценам в период пиковой нагрузки в дневное время. Строит низкие и высокие бассейны и устанавливает несколько насосов. Ночью он перекачивает воду из низкого бассейна в высокий бассейн, покупая электроэнергию у коммунального предприятия. В пиковые периоды вода течет обратно через насосы, приводя в действие двигатели в качестве генераторов.Электроэнергия продается коммунальным службам. Устройство настолько простое, что им можно управлять дистанционно.
3. Ветер постоянно дует между пустыней и горами Калифорнии. Один предприимчивый человек установил несколько башен с ветряными мельницами, приводящими в движение индукционные генераторы через редукторы. Электроэнергия вырабатывается пропорционально скорости ветра и продается местным коммунальным предприятиям. Работа «Ветроэлектростанции» практически автоматическая при наличии соответствующего оборудования.

Существуют определенные различия в использовании индукционных генераторов, которые следует учитывать при применении:

1. Следует избегать неизбирательного использования асинхронных двигателей в качестве генераторов.Вполне возможно, что конкретный двигатель не будет работать как генератор из-за внутреннего магнитного насыщения. Внутреннее напряжение генератора может быть выше, чем у двигателя с таким же напряжением на клеммах. Магнитная плотность в машине определяется напряжением на воздушном зазоре эквивалентной схемы. Для двигателя напряжение воздушного зазора обычно составляет 85-95 процентов от напряжения на клеммах. Для генератора напряжение воздушного зазора обычно составляет 100-105 процентов от напряжения на клеммах. Это более высокое напряжение в воздушном зазоре может привести к магнитному перенасыщению машины, иметь высокие потери в сердечнике и потреблять высокие токи намагничивания.Вполне возможно, что машина может перегреться при очень низкой выходной нагрузке. Если асинхронный двигатель будет использоваться в качестве генератора, эта информация должна быть известна проектировщику, чтобы он мог сделать соответствующие поправки на магнитную плотность.
Асинхронные двигатели
2. обычно рассчитаны на 460 вольт для использования в системе на 480 вольт. Индукционные генераторы должны быть рассчитаны на номинальное напряжение системы или немного выше, чем ниже, потому что генератор теперь является источником энергии, а не нагрузкой в ​​энергосистеме.
3. Конденсаторы коррекции коэффициента мощности могут использоваться для коррекции коэффициента мощности генератора так же, как и для асинхронного двигателя. Однако, если есть вероятность превышения скорости генератора, независимо от того, подключен он к системе питания или нет, конденсаторы должны быть подключены к системе через отдельный выключатель, чтобы при размыкании выключателя генератора конденсаторы не работали. подключен к генератору. В условиях превышения скорости конденсаторы могут перевозбудить генератор и вызвать неконтролируемое высокое напряжение.Эти напряжения могут разрушить системы изоляции генератора, а также могут быть опасными для другого оборудования и персонала.

Индукционные генераторы предназначены для специальных применений, а не для общего назначения. Свяжитесь с вашим местным дистрибьютором или торговым представителем, чтобы отправить технический запрос.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов.»

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации «

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным.Я многому научился и их было

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе.»

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, а курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Авария City Hyatt «

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель.Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Нашел класс

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны. You

— лучшее, что я нашел ».

Рассел Смит, П.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на изучение

материал «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что позволили мне просмотреть неправильные ответы. На самом деле,

человек узнает больше

от сбоев.»

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы, т.е. позволяете

студент для ознакомления с курсом

материалов до оплаты и

получает викторину.»

Arvin Swanger, P.E.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «

Mehdi Rahimi, P.E.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемых тем »

Майкл Райан, П.Е.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

до «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать свой медицинский прибор.

организация. «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо «.

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

предоставлено фактических случаев »

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.Модель

тест действительно потребовал исследований в

документ но ответы были

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

в пути «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, П.Е.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40%. «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

Коды

и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

Сертификация

. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими и

в хорошем состоянии »

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку».

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

корпус курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлен. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на номер

.

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживайте широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное »

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по телефону

работ.»

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайтом легко пользоваться, вы можете скачать материалы для изучения, а потом вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график. «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Dennis Fundzak, P.E.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за изготовление

процесс простой. »

Fred Schaejbe, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

часовой PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал .»

Ричард Вимеленберг, П.Е.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, требующий

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

Свидетельство

. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по телефону

.

многие различные технические зоны за пределами

по своей специализации без

приходится путешествовать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Возбуждение и управление высокоскоростным индукционным генератором

Абстрактные

В этом проекте исследуется использование высокоскоростного индукционного генератора с короткозамкнутым ротором и преобразователя мощности для выработки электроэнергии постоянного тока на борту кораблей и подводных лодок. Потенциальные преимущества высокоскоростных индукционных генераторов включают меньший размер и вес, повышенную долговечность, а также меньшую стоимость и меньшие затраты на обслуживание.К сожалению, индукционные генераторы требуют «подачи реактивной мощности» для работы и страдают от изменений выходного напряжения и частоты при любых изменениях возбуждения входной реактивной мощности, скорости механического привода и нагрузки. Преобразователь мощности может решить некоторые из этих проблем, распределяя изменяющуюся реактивную мощность, требуемую генератором, при одновременном управлении частотой статора для регулировки скольжения машины и управления реальной выходной мощностью. Эта комбинация управления активной и реактивной мощностью обеспечит постоянное напряжение на шине постоянного тока во всем диапазоне нагрузок.Испытания проводились на двигателе мощностью 3 лошадиных силы, чтобы помочь проверить модели и моделирование как на уровне двух киловатт, так и на уровне 5 мегаватт. После определения эквивалентной схемы демонстрационного двигателя, он был испытан как генератор в условиях подключенной сети и конденсаторного возбуждения. Автономный генератор мощностью 5 мегаватт, 12 000 об / мин, специально разработанный для работы с высоким КПД и коэффициентом мощности в диапазоне полной нагрузки, был использован для расчета параметров преобразователя. Были кратко рассмотрены различные стратегии возбуждения реактивной мощности, прежде чем было объяснено прохождение реактивных токов через преобразователь с использованием шестиступенчатого инвертора с двумя различными схемами переключения.

(продолжение) Моделирование устойчивого состояния и переходных процессов соответствовало измеренным характеристикам машины и проиллюстрировало эффективность стратегии управления при изменении нагрузки. Ключевые слова: индукционный генератор, самовозбуждение, реактивная мощность, преобразователь мощности, выпрямитель.

Описание

Диссертация (S.M.) — Массачусетский технологический институт, кафедра электротехники и информатики, 2005 г.

Включает библиографические ссылки (листья 97-99).

Отдел

Массачусетский Институт Технологий.Кафедра электротехники и информатики; Массачусетский Институт Технологий. Кафедра электротехники и информатики

Издатель

Массачусетский технологический институт

Ключевые слова

Электротехника и информатика.

Коммутатор

— обзор | Темы ScienceDirect

3.2.2 Работа коммутатора — межполюсники

Теперь вернемся к работе коммутатора и сосредоточимся на конкретной катушке (например.г. тот, который показан как ab на рис. 3.3), отметим, что на половину оборота — в то время как сторона a находится под полюсом N, а сторона b находится под полюсом S, ток должен быть положительным на стороне . a и отрицательный на стороне b для создания положительного крутящего момента. Для другой половины оборота, в то время как сторона a находится под полюсом S, а сторона b находится под полюсом N, ток должен течь в противоположном направлении через катушку, чтобы она продолжала создавать положительный крутящий момент.Это изменение направления тока происходит в каждой катушке, когда она проходит через межполюсную ось, причем катушка «переключается» под действием переключателя, скользящего под щеткой. Каждый раз, когда катушка достигает этого положения, считается, что она подвергается коммутации, и поэтому соответствующая катушка на рис. 3.3 показана как не имеющая тока, что указывает на то, что ее ток находится в процессе изменения с положительного на отрицательный.

Суть механизма реверса тока раскрывает упрощенная схема, показанная на рис.3.4. На этой схеме показана одиночная катушка, питаемая через коммутатор и щетки с током, который всегда течет через верхнюю щетку.

Рис. 3.4. Упрощенная схема однокатушечного двигателя для иллюстрации функции реверсирования тока коммутатора.

На левом эскизе сторона катушки и находится под полюсом и несет положительный ток, потому что он подключен к заштрихованному сегменту коммутатора, который, в свою очередь, питается от верхней щетки. Таким образом, сторона и подвергается воздействию плотности потока, направленного слева () направо () на эскизе, и поэтому будет испытывать силу, направленную вниз.Эта сила будет оставаться постоянной, пока сторона катушки остается под полюсом. И наоборот, сторона b имеет отрицательный ток, но она также находится в плотности потока, направленной справа налево, поэтому на нее действует сила, направленная вверх. Таким образом, на ротор создается крутящий момент против часовой стрелки.

Когда ротор поворачивается в положение, показанное на рисунке справа, ток с обеих сторон меняется на противоположный, поскольку на сторону b теперь подается положительный ток через незатененный сегмент коммутатора.Направление силы на каждой стороне катушки меняется на обратное, что мы и хотим, чтобы крутящий момент оставался по часовой стрелке. За исключением короткого периода, когда катушка находится вне влияния магнитного потока и подвергается коммутации (реверсированию тока), крутящий момент остается постоянным.

Следует подчеркнуть, что приведенное выше обсуждение предназначено для иллюстрации рассматриваемого принципа, и эскиз не следует воспринимать слишком буквально. В реальном многокатушечном якоре дуга коммутатора намного меньше, чем показанная на рис.3.4, и только одна из множества катушек катушки меняет местами за раз, поэтому крутящий момент остается почти постоянным независимо от положения ротора.

Основная трудность в достижении хорошей коммутации возникает из-за самоиндукции катушек якоря и связанной с этим накопленной энергии. Как мы видели ранее, индуктивные цепи имеют тенденцию сопротивляться изменению тока, и если реверсирование тока не было полностью завершено к тому времени, когда щетка соскользнет с рассматриваемого сегмента коммутатора, на заднем крае щетки появится искра.

В небольших двигателях некоторое искрение считается допустимым, но в средних и больших двигателях с возбужденным полем предусмотрены небольшие дополнительные полюсы статора, известные как межполюсные (или составные), чтобы улучшить коммутацию и, следовательно, минимизировать искрение. Эти дополнительные полюса расположены посередине между полюсами основного поля, как показано на рис. 3.5. Межполюсные электродвигатели обычно не требуются в двигателях с постоянными магнитами, поскольку отсутствие железа статора рядом с катушками ротора приводит к гораздо более низкой индуктивности катушки якоря.

Рис. 3.5. Эскиз, показывающий расположение межполюсной и межполюсной обмоток. (Основные обмотки возбуждения для ясности опущены.)

Назначение промежуточных полюсов — вызвать двигательную ЭДС. в катушке, подвергающейся коммутации, в таком направлении, чтобы ускорить желаемое изменение направления тока и тем самым предотвратить искрение. Э.д.с. пропорционально коммутируемому току, то есть току якоря, и скорости вращения. Правильный e.м.ф. поэтому достигается пропусканием тока якоря через катушки на межполюсных контактах, тем самым делая поток от межполюсников пропорциональным току якоря. Таким образом, межполюсные катушки состоят из нескольких витков толстого проводника, постоянно соединенных последовательно с якорем.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — прикладное промышленное электричество

После введения Эдисоном в США системы распределения электроэнергии постоянного тока начался постепенный переход к более экономичной системе переменного тока.Освещение работало как на переменном, так и на постоянном токе. Передача электрической энергии на более длинные расстояния с меньшими потерями на переменном токе. Однако у двигателей была проблема с переменным током. Первоначально двигатели переменного тока были сконструированы как двигатели постоянного тока, но возникли многочисленные проблемы из-за изменения магнитных полей.

Рисунок 5.1 Схема семейства электродвигателей переменного тока

Чарльз П. Стейнмец внес свой вклад в решение этих проблем своим исследованием гистерезисных потерь в железной арматуре.Никола Тесла представил совершенно новый тип двигателя, когда он представил вращающуюся турбину, вращающуюся не водой или паром, а вращающимся магнитным полем. Его новый тип двигателя, асинхронный двигатель переменного тока, по сей день является рабочей лошадкой в ​​отрасли. Его прочность и простота обеспечивают долгий срок службы, высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы. Тем не менее, небольшие щеточные электродвигатели переменного тока, аналогичные разнообразным электродвигателям постоянного тока, сохраняются в небольших приборах вместе с небольшими асинхронными электродвигателями Tesla. Выше одной лошадиной силы (750 Вт) царит мотор Tesla.

Современные твердотельные электронные схемы приводят в действие бесщеточные двигатели постоянного тока с помощью сигналов переменного тока, генерируемых источником постоянного тока. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, фактически электродвигатель переменного тока, заменяет обычный щеточный электродвигатель постоянного тока во многих приложениях. И шаговый двигатель , цифровая версия двигателя, приводится в движение прямоугольными волнами переменного тока, опять же, генерируемыми твердотельной схемой. На рисунке выше показано генеалогическое древо двигателей переменного тока, описанных в этой главе.

Круизные лайнеры и другие крупные суда заменяют карданные валы с редукторами большими многомегаваттными генераторами и двигателями.Так было с тепловозами меньшего размера в течение многих лет.

Рисунок 5.2 Диаграмма уровней моторной системы

На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и тока, преобразуя ее в механическую работу. К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электроэнергии теряется на тепло, другой вид энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя.Тепло — нежелательный побочный продукт этого преобразования. Его необходимо снимать с двигателя, так как это может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одна из целей — максимизировать КПД двигателя, уменьшая тепловые потери. Двигатели переменного тока также имеют некоторые потери, с которыми не сталкиваются двигатели постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.

Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными. Асинхронные двигатели пользуются популярностью из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей — это асинхронные двигатели.

Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году создал модель мощностью в половину лошадиных сил (400 Вт).Тесла продала права на производство Джорджу Вестингаузу за 65000 долларов. Наиболее крупными (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленными двигателями являются многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько различных обмоток на полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими синусоидальными волнами со сдвигом во времени. На практике это две-три фазы. Крупные промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными.Под асинхронным двигателем мы подразумеваем, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, как трансформатор, в отличие от коллекторного двигателя постоянного тока.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора, содержащего обмотки, подключенные к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже. Простой двухфазный асинхронный двигатель, представленный ниже, похож на двигатель мощностью 1/2 лошадиные силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.

Рисунок 5.3 Многофазный асинхронный двигатель Tesla

Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующих фазам имеющейся электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя выше имеет 2 пары катушек, по одной паре для каждой из двух фаз переменного тока. Отдельные катушки пары соединены последовательно и соответствуют противоположным полюсам электромагнита. То есть одна катушка соответствует N-полюсу, другая — S-полюсу, пока фаза переменного тока не изменит полярность.Другая пара катушек ориентирована в пространстве под углом 90 ° к первой паре. Эта пара катушек подключена к переменному току, сдвинутому во времени на 90 ° в случае двухфазного двигателя. Во времена Теслы источником двух фаз переменного тока был двухфазный генератор переменного тока. Статор на рисунке выше имеет выступающих полюсов, явно выступающих полюсов, которые использовались в ранних асинхронных двигателях Tesla. Эта конструкция используется и по сей день для двигателей с малой мощностью (<50 Вт). Однако для более мощных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД будут иметь место, если катушки встроены в пазы, вырезанные в пластинах статора (рисунок ниже).

Рисунок 5.4 Рама статора с пазами для обмоток

Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, пробитыми из листов электротехнической стали. Набор из них закреплен концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые кожухи.

Рисунок 5.5 Статор с обмотками 2 φ (а) и 3 φ (б)

На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазы статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Фактические обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Tesla 2-φ с выступающими полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях обмотка полюса разделена на идентичные катушки, вставленные во множество пазов меньшего размера, чем указано выше. Эта группа называется фазовой лентой (см. Рисунок ниже).Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля по полюсу. Это показано в разделе синхронного двигателя. В прорезях на краю стойки может быть меньше витков, чем в других прорезях. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.

Рисунок 5.6 Перекрытие фазовых лент

Ключом к популярности асинхронного двигателя переменного тока является его простота, о чем свидетельствует простой ротор (рисунок ниже).Ротор состоит из вала, стального пластинчатого ротора и встроенной беличьей клетки из меди или алюминия , показанной в (b), снятой с ротора. По сравнению с якорем двигателя постоянного тока, здесь нет коммутатора. Это устраняет щетки, искрение, искрение, графитовую пыль, регулировку и замену щеток, а также повторную обработку коллектора.

Рисунок 5.7 Многослойный ротор с (а) встроенной беличьей клеткой, (б) токопроводящей клеткой, удаленной с ротора

Проводники в короткозамкнутой клетке могут быть перекошены, перекручены относительно вала.Несоосность пазов статора снижает пульсации крутящего момента. Сердечники ротора и статора состоят из пакета изолированных пластин. Пластины покрыты изолирующим оксидом или лаком для минимизации потерь на вихревые токи. Сплав, используемый в пластинах, выбран из соображений низких гистерезисных потерь.

Теория работы асинхронных двигателей

Краткое объяснение работы заключается в том, что статор создает вращающееся магнитное поле, которое волочит ротор. Теория работы асинхронных двигателей основана на вращающемся магнитном поле.Один из способов создания вращающегося магнитного поля — вращение постоянного магнита. Если движущиеся магнитные линии потока разрезают проводящий диск, он будет следовать за движением магнита. Линии магнитного потока, разрезающие проводник, будут индуцировать напряжение и, как следствие, ток в проводящем диске. Этот поток тока создает электромагнит, полярность которого противодействует движению постоянного магнита — Закон Ленца . Полярность электромагнита такова, что он притягивается к постоянному магниту.Диск следует с немного меньшей скоростью, чем постоянный магнит.

Рисунок 5.8 Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству линий магнитного потока, разрезающих диск, и скорости, с которой он разрезает диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни индуцированного тока, ни поля электромагнита, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет ниже скорости вращающегося постоянного магнита, так что линии потока, разрезающие диск, индуцируют ток, создают электромагнитное поле в диске, которое следует за постоянным магнитом. Если к диску приложена нагрузка, замедляющая его, будет развиваться больший крутящий момент, поскольку больше линий магнитного потока разрезают диск. Крутящий момент пропорционален скольжению , степени, на которую диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, создавая больший крутящий момент.В основе аналогового автомобильного вихретокового спидометра лежит принцип, проиллюстрированный выше. Когда диск удерживается пружиной, отклонение диска и иглы пропорционально скорости вращения магнита. Вращающееся магнитное поле создается двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, которые управляются токами, которые не совпадают по фазе на 90 °. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с диаграммами Лиссажу на осциллографах.

Рисунок 5.9 В противофазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу

Смещенные по фазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу На приведенном выше рисунке круговая диаграмма Лиссажу создается при подаче горизонтального и вертикального входных сигналов осциллографа с отклонением по фазе синусоидальных волн на 90 °.Начиная с (a) с максимальным отклонением «X» и минимальным «Y», след перемещается вверх и влево в направлении (b). Между (a) и (b) две формы волны равны 0,707 Vpk при 45 °. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус круга между (a) и (b). Трасса перемещается в (b) с минимальным отклонением «X» и максимальным «Y». При максимальном отрицательном отклонении «X» и минимальном отклонении «Y» след перемещается в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он переходит в (d), а затем обратно в (a), завершая один цикл.

Рисунок 5.10 Окружность синуса по оси X и косинуса по оси Y

На рисунке показаны две синусоидальные волны с фазовым сдвигом на 90 °, приложенные к отклоняющим пластинам осциллографа, расположенным под прямым углом в пространстве. Комбинация фазированных синусоидальных волн на 90 ° и отклонения под прямым углом дает двумерный узор — круг. Этот круг очерчен электронным лучом, вращающимся против часовой стрелки.

Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя

Скорость вращения вращающегося магнитного поля статора связана с количеством пар полюсов на фазу статора.На приведенном ниже рисунке «полная скорость» всего шесть полюсов или три пары полюсов и три фазы. Однако на каждую фазу приходится только одна пара полюсов. Магнитное поле будет вращаться один раз за цикл синусоидальной волны. В случае мощности 60 Гц поле вращается со скоростью 60 раз в секунду или 3600 оборотов в минуту (об / мин). При мощности 50 Гц он вращается со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 об / мин. 3600 и 3000 об / мин — это синхронная скорость двигателя. Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это определенно верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость уменьшится вдвое, потому что магнитное поле вращается в пространстве на 180 ° на 360 ° электрической синусоидальной волны.

Рисунок 5.11 Удвоение полюсов статора уменьшает синхронную скорость вдвое

Синхронная скорость определяется по формуле:

[латекс] N_s = \ frac {120 \ cdot f} {P} [/ латекс]

Где:

Н _с = Скорость магнитного поля (об / мин)

f = частота подаваемой мощности (Гц)

P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2

На приведенном выше рисунке «половинная скорость» четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц: S = 120 · 50/4 = 1500 об / мин

Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, увлекает за собой ротор. Более длинное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, которые составляют трансформатор. вторичный. Этот индуцированный ток ротора, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитное поле вращающегося статора взаимодействует с этим полем ротора.Поле ротора пытается выровняться с полем вращающегося статора. Результат — вращение ротора с короткозамкнутым ротором. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, сопротивления ветра или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако скольжение между ротором и полем статора синхронной скорости развивает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет скользить пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор работал с синхронной скоростью, не было бы потока статора, разрезающего ротор, не было бы тока, индуцированного в роторе, не было бы крутящего момента.

Крутящий момент в асинхронных двигателях

При первой подаче питания на двигатель ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N _s . Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N _с . Ток, индуцированный в закороченных витках ротора, является максимальным, как и частота тока, частота сети.По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой магнитный поток статора сокращает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N _с и фактической скоростью N ротора, или (N _с — N). Отношение фактического потока, разрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :

[латекс] s = \ frac {(N_s — N)} {N_s} [/ латекс]

Где:

Н _с = синхронная скорость

N = частота вращения ротора

Частота тока, наведенного в проводники ротора, равна только частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется по:

[латекс] f_r = s \ cdot f [/ латекс]

Где:

с = скольжение,

f = частота сети статора

Скольжение при 100% крутящем моменте обычно составляет 5% или меньше в асинхронных двигателях. Таким образом, для частоты сети f = 50 Гц частота наведенного тока в роторе:

f _r = S (f)
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.

Почему он такой низкий? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость вращения ротора на 5% меньше. Вращающееся магнитное поле режет ротор только с частотой 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора. Если ротор вращается немного быстрее при синхронной скорости, поток вообще не будет резать ротор, f _r = 0.

Рисунок 5.12 Зависимость крутящего момента и скорости от% скольжения.

На приведенном выше графике показано, что пусковой крутящий момент, известный как крутящий момент при заторможенном роторе (T _LR ), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T _FL ), безопасного продолжительного крутящего момента.Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175% от T _FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как , ток заторможенного ротора (I _LR ) составляет 500% от тока полной нагрузки (I _FL ), безопасного рабочего тока. Ток большой, потому что это аналог закороченной вторичной обмотки трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как тяговый момент . Это самое низкое значение крутящего момента, с которым когда-либо сталкивался пусковой двигатель.Когда ротор набирает 80% синхронной скорости, крутящий момент увеличивается со 175% до 300% крутящего момента полной нагрузки. Этот момент пробоя (T _BD ) происходит из-за большего, чем обычно, 20% скольжения. Сила тока в этот момент уменьшилась лишь незначительно, но после этого будет быстро уменьшаться. Когда ротор ускоряется с точностью до нескольких процентов от синхронной скорости, как крутящий момент, так и ток значительно уменьшаются. При нормальной работе скольжение будет составлять всего несколько процентов. Для работающего двигателя любой участок кривой крутящего момента ниже 100% номинального крутящего момента является нормальным.Нагрузка двигателя определяет рабочую точку на кривой крутящего момента. В то время как крутящий момент и ток двигателя могут превышать 100% в течение нескольких секунд во время запуска, продолжительная работа выше 100% может привести к повреждению двигателя. Любая крутящая нагрузка двигателя, превышающая крутящий момент пробоя, приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю в условиях нагрузки «без механического крутящего момента». Это состояние аналогично разомкнутому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, которые значительно отличаются от кривой крутящего момента, приведенной выше.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T _LR ) для двигателей различных конструкций и размеров находится в диапазоне от 60% до 350% момента полной нагрузки (T _FL ). Пусковой ток или ток заторможенного ротора (I _LR ) может находиться в диапазоне от 500% до 1400% от тока полной нагрузки (I _FL ). Этот потребляемый ток может вызвать проблемы с запуском больших асинхронных двигателей.

Классы двигателей NEMA и IEC

Различные стандартные классы (или конструкции) двигателей, соответствующие кривым крутящего момента (рисунок ниже), были разработаны для лучшего управления нагрузками различных типов.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила классы двигателей A, B, C и D для удовлетворения этих требований к приводам. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (IEC) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.

Рисунок 5.13 Характеристики для проектов NEMA

Характеристики для проектов NEMA

Все двигатели, за исключением класса D, работают при скольжении 5% или менее при полной нагрузке.

• Класс B (IEC Class N) Двигатели используются по умолчанию в большинстве приложений.При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% от FLT он может запускать большинство нагрузок без чрезмерного пускового тока (LRT). КПД и коэффициент мощности высокие. Обычно он приводит в действие насосы, вентиляторы и станки.
• Класс A Пусковой момент такой же, как у класса B. Пусковой момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
• Класс C (IEC Class H) имеет более высокий пусковой момент, чем классы A и B при LRT = 200% от FLT.Этот двигатель применяется для тяжелых пусковых нагрузок, которые необходимо приводить в действие с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
• Двигатели класса D имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Высокое скольжение приводит к более низкой скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с переменной скоростью, например с маховиком для аккумулирования энергии. Применения включают пробивные прессы, ножницы и подъемники.
• Класс E Двигатели — это более эффективная версия класса B.
• Класс F Двигатели имеют намного более низкие LRC, LRT и крутящий момент, чем у класса B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности от линии электропередачи. Коэффициент мощности больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателей может достигать 90% для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности малых тихоходных двигателей может составлять всего 50%. При запуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, увеличиваясь по мере достижения ротором скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротора) к первичной обмотке (статору). Таким образом, в линии электропередачи присутствует реактивная нагрузка до 10% коэффициента мощности. Когда ротор нагружен, возрастающая резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.

Рисунок 5.14 Коэффициент мощности и КПД асинхронного двигателя

КПД асинхронного двигателя

Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера, и почти все однофазные двигатели. КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. Эффективность малонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкая, потому что большая часть тока связана с поддержанием намагничивающего потока. Когда нагрузка крутящего момента увеличивается, больше тока потребляется для создания крутящего момента, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается фиксированным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при FLT 50% и снижается еще на несколько процентов при FLT 25%. Эффективность становится низкой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Индукционные двигатели обычно имеют завышенные размеры, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может быть запущена и приведена в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружен менее 75% номинального крутящего момента, когда КПД достигает пика, КПД снижается лишь незначительно до 25% FLT.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей в конце 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронный двигатель с неполной нагрузкой менее эффективен и имеет более низкий коэффициент мощности, чем двигатель с полной нагрузкой. Таким образом, в частично загруженных двигателях, в частности, в двигателях 1-φ, можно сэкономить энергию. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно фиксирована по отношению к изменениям нагрузки.Хотя в полностью загруженном двигателе экономить нечего, напряжение на частично загруженном двигателе может быть уменьшено, чтобы уменьшить энергию, необходимую для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и эффективность. Это была хорошая концепция для заведомо неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокого КПД (90% +) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95% по-прежнему имеет КПД 94% при 50% крутящем моменте при полной нагрузке (FLT) и 90% КПД при 25% FLT.Потенциальная экономия энергии при переходе от 100% FLT к 25% FLT составляет разницу в эффективности 95% — 90% = 5%. Это не 5% мощности при полной нагрузке, а 5% мощности при пониженной нагрузке. Корректор коэффициента мощности Nola может быть применим к 3-фазному двигателю, который большую часть времени простаивает (ниже 25% FLT), например к пробивному прессу. Срок окупаемости дорогостоящего электронного контроллера был оценен как непривлекательный для большинства приложений. Тем не менее, он может быть экономичным в составе электронного пускателя двигателя или регулятора скорости.Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если это привод

.

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока

Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если он приводится в действие крутящим моментом, превышающим 100% синхронной скорости (рисунок ниже). Это соответствует нескольким% «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор продвигается на 1% быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора. Обычно он отстает в двигателе на 1%.Поскольку ротор разрезает магнитное поле статора в противоположном направлении (впереди), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.

Рисунок 5.15 Отрицательный крутящий момент превращает асинхронный двигатель в генератор

Такой индукционный генератор должен возбуждаться «живым» источником мощностью 50 или 60 Гц. В случае сбоя в электроснабжении энергокомпании выработка электроэнергии невозможна. Этот тип генератора не подходит в качестве резервного источника питания.Преимущество ветряного генератора вспомогательной энергии состоит в том, что он не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это безотказно.

Небольшие удаленные (от электросети) установки могут быть выполнены с самовозбуждением путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если снять нагрузку, остаточный магнетизм может вызвать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор достигает полной скорости, ток увеличивается, чтобы подать ток намагничивания на статор.В этот момент может быть приложена нагрузка. Слабое регулирование напряжения. Асинхронный двигатель может быть преобразован в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.

Процедура запуска заключается в доведении ветряной турбины до скорости в двигательном режиме путем подачи на статор нормального напряжения линии электропередачи. Любая вызванная ветром скорость турбины, превышающая синхронную, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель представляет отстающий коэффициент мощности для линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока представляет собой ведущий коэффициент мощности. Индукционные генераторы не используются широко на обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины является постоянной и регулируемой в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.

Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и скорость ветра может изменяться порывами. Асинхронный генератор лучше справляется с этими колебаниями из-за собственного проскальзывания.Это меньше нагружает зубчатую передачу и механические компоненты, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, индукционный генератор, подключенный к прямой линии, считается ветряной турбиной с фиксированной скоростью (см. Асинхронный генератор с двойным питанием для истинного генератора переменного тока с регулируемой скоростью). Несколько генераторов или несколько обмоток на общем валу можно переключать для обеспечения высокой и низкой скорости, чтобы приспособиться к переменным ветровым условиям.

Асинхронные двигатели с несколькими полями

Асинхронные двигатели

могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям вращения 1800 и 900 об / мин.Подать питание на то или иное поле менее сложно, чем на повторное подключение катушек статора.

Рисунок 5.16 Несколько полей позволяют изменять скорость

Если поле сегментировано с выведенными выводами, его можно изменить (или переключить) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5 ° переключаются на сегменты 45 °. Для ясности выше показана только проводка для одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеуказанного двигателя 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 до 3600 об / мин.

Q: Если двигатель приводится в движение частотой 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?

А:

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {4} [/ latex] [latex] = 1500 об / мин (4-полюсный) [ / латекс]

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {2} [/ latex] [latex] = 3000 об / мин (2-полюсный) [ / латекс]

Асинхронные двигатели с переменным напряжением

Скорость малых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких применений, как приводные вентиляторы, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения.Это снижает крутящий момент, доступный нагрузке, что снижает скорость (см. Рисунок ниже).

Рисунок 5.17 Регулирование переменного напряжения, скорость асинхронного двигателя

Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях

Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя сетевую частоту 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также снижает реактивное сопротивление X _L , что увеличивает ток статора.Это может привести к насыщению магнитной цепи статора с катастрофическими последствиями. На практике напряжение на двигателе необходимо уменьшать при уменьшении частоты.

Рисунок 5.18 Электронный частотно-регулируемый привод

И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако необходимо увеличить напряжение, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на уровне нормального значения и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с помощью выходов с широтно-импульсной модуляцией.Это прерывистый сигнал, который может быть включен или выключен, высокий или низкий, процент времени включения соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.

Когда для управления асинхронным двигателем применяется электроника, становится доступно множество методов управления, от простого до сложного:

• Скалярное управление: Недорогой метод, описанный выше, для управления только напряжением и частотой без обратной связи.
• Векторное управление: Также известно как векторное управление фазой.Компоненты тока статора, создающие магнитный поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в реальном времени для улучшения кривой крутящего момента двигателя. Это требует больших вычислений.
• Прямое управление крутящим моментом: Продуманная адаптивная модель двигателя позволяет более прямое управление потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменения нагрузки.

• Многофазный асинхронный двигатель состоит из многофазной обмотки, встроенной в многослойный статор, и проводящей короткозамкнутой клетки, встроенной в многослойный ротор.
• Трехфазные токи, протекающие внутри статора, создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток и, следовательно, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
• В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели самозапускаются.
• Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию питания, обеспечивая при этом больший пусковой крутящий момент, чем требуется во время работы.Снижение линейного тока Пускатели требуются только для больших двигателей.
• Трехфазные двигатели при запуске будут работать от однофазных.
• Статический преобразователь фазы — это трехфазный двигатель, работающий на одной фазе без нагрузки на вал, генерирующий трехфазный выходной сигнал.
• Несколько обмоток возбуждения можно перемонтировать для работы с несколькими дискретными скоростями двигателя, изменив количество полюсов.

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запускается автоматически. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

Рисунок 5.19 Двигатель 3-фазн. Питается от 1-фазного двигателя, но не запускается.

Одинарная катушка однофазного двигателя

Единственная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.

Рисунок 5.20 Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c. При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d.Сумма этих двух векторов — это вектор, неподвижный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет испытывать скольжение на 200-10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичных для многофазных асинхронных двигателей.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными друг от друга на 90 ° , электрический, питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 ° . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.

Рисунок 5.21 Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Этот тип двигателя подвержен увеличенной величине тока и сдвигу во времени назад, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (импеданс) оставался небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте этой главы.

Рисунок 5.22 Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют меньшего количества сложностей для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает скорость. Кроме того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в двигателе с разделенной фазой сопротивления, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.В результате для таких тяжелых нагрузок, как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.

Рисунок 5.23 Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового момента, но с оставлением конденсатора меньшей емкости на месте после запуска для улучшения рабочих характеристик без чрезмерного потребления тока.Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.

Рисунок 5.24 Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Пусковой конденсатор двигателя может быть неполярным электролитическим конденсатором с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например, при запуске двигателя. Конденсатор для работы двигателя должен иметь не электролитическую конструкцию, а полимерный конденсатор с более низкими потерями.

Асинхронный двигатель с разделенной фазой сопротивления

Если во вспомогательной обмотке гораздо меньше витков, меньший провод размещен под углом 90 ° ° к основной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает умеренный пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.

Рисунок 5.25 Сопротивление асинхронного двигателя с расщепленной фазой

Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке во время пуска настолько высока, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы из-за тока намагничивания, необходимого для статора. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя при уменьшении нагрузки двигателя.При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и КПД. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью нагруженного двигателя экономии нет, так как требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при напряжении более 104 В переменного тока, например, при работе холодильника на 117 В переменного тока. Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение в сети, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как на пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации. За него должно быть втрое легче платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Краткое описание: Однофазные асинхронные двигатели

• Однофазные асинхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
• Вспомогательная обмотка электродвигателя с постоянным разделением конденсаторов имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время пуска и работы.
• Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.
• Двигатель с конденсаторным питанием обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
• Вспомогательная обмотка электродвигателя с разделением фаз с сопротивлением во время пуска развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой из-за разницы в сопротивлении.

: ответы на семь общих вопросов по работе генератора и двигателя

Вращающееся оборудование настолько распространено, но настолько неправильно понимается, что даже опытные электрики и инженеры часто задаются вопросами об их работе.Эта статья ответит на семь наиболее часто задаваемых вопросов. Объяснения краткие и практичные из-за нехватки места; однако они позволят вам лучше понять это оборудование.

Вопрос № 1: Якорь, поле, ротор, статор: что есть что?

По определению, статор включает в себя все невращающиеся электрические части генератора или двигателя. Также по определению ротор включает в себя все вращающиеся электрические части.

Поле машины — это часть, которая генерирует прямое магнитное поле.Ток в поле не чередуется. Обмотка якоря — это то, что генерирует или имеет приложенное к ней переменное напряжение.

Обычно термины «якорь» и «поле» применяются только к генераторам переменного тока, синхронным двигателям, двигателям постоянного тока и генераторам постоянного тока.

Генераторы переменного тока . Поле синхронного генератора — это обмотка, на которую подается постоянный ток возбуждения. Якорь — это обмотка, к которой подключена нагрузка.В небольших генераторах обмотки возбуждения часто находятся на статоре, а обмотки якоря — на роторе. Однако большинство больших машин имеют вращающееся поле и неподвижный якорь.

Синхронный двигатель практически идентичен синхронному генератору. Таким образом, якорь — это статор, а поле — это ротор.

Машины постоянного тока . В машинах постоянного тока, как в двигателях, так и в генераторах, якорь — это ротор, а поле — статор. Поскольку якорь всегда является ротором в машинах постоянного тока, многие электрики и инженеры ошибочно полагают, что якорь является ротором всех двигателей и генераторов.

Вопрос № 2: Я ослабил натяжение пружин на щетках, но они все еще изнашиваются слишком быстро. Почему?

Износ щеток возникает по двум основным причинам: механическое трение и электрический износ. Механическое трение вызывается трением щеток о коллектор или контактное кольцо. Электрический износ вызывается искрением и искрением от щетки при ее перемещении по коммутатору. Механическое трение увеличивается с давлением щетки; электрический износ уменьшается с давлением щетки.

Для любой конкретной установки щетки существует оптимальное давление щетки.Если давление снижается ниже этой величины, общий износ увеличивается, поскольку увеличивается электрический износ. Если давление увеличивается выше оптимальной величины, общий износ снова увеличивается из-за увеличения механического трения.

Всегда проверяйте, чтобы давление щетки было установлено на уровне, рекомендованном производителем. Если износ по-прежнему чрезмерный, вам следует изучить тип и размер используемой щетки. Помните, что плотность тока (в амперах на квадратный дюйм кисти) должна соответствовать области применения.Надлежащая плотность тока необходима для образования смазывающей проводящей пленки на коммутаторе или контактном кольце. Эта пленка состоит из влаги, меди и углерода. Недостаточная плотность тока препятствует образованию этой пленки и может привести к чрезмерному износу щетки.

Кроме того, среда с очень низкой влажностью не обеспечивает достаточно влаги для образования смазочной пленки. Если чрезмерный износ щеток является проблемой в такой среде, возможно, вам придется увлажнить область, в которой работает машина.

Вопрос № 3: Что такое коэффициент обслуживания?

Сервисный коэффициент — это нагрузка, которая может быть приложена к двигателю без превышения допустимых значений. Например, если двигатель мощностью 10 л.с. имеет коэффициент обслуживания 1,25, он будет успешно выдавать 12,5 л.с. (10 x 1,25) без превышения указанного повышения температуры. Обратите внимание, что при приведении в движение таким образом выше номинальной нагрузки на двигатель должны подаваться номинальное напряжение и частота.

Однако имейте в виду, что мотор мощностью 10 л.с. с 1.25 — это не 12,5-сильный мотор. Если двигатель мощностью 10 л.с. будет непрерывно работать с мощностью 12,5 л.с., срок его службы изоляции может сократиться на две трети от нормального. Если вам нужен мотор мощностью 12,5 л.с., купите его; коэффициент обслуживания следует использовать только в условиях кратковременной перегрузки.

Вопрос № 4: Что такое вращающееся магнитное поле и почему оно вращается?

Вращающееся магнитное поле — это поле, северный и южный полюсы которого движутся внутри статора, как если бы стержневой магнит или магниты вращались внутри машины.

Посмотрите на статор трехфазного двигателя, показанный на прилагаемой схеме. Это 2-полюсный статор с тремя фазами, разнесенными с интервалами 120 [градусов]. Ток от каждой фазы входит в катушку на одной стороне статора и выходит через катушку на противоположной стороне. Таким образом, если одна из катушек создает магнитный северный полюс, другая катушка (для той же фазы) создаст магнитный южный полюс на противоположной стороне статора.

В позиции 1 B-фаза создает сильный северный полюс в верхнем левом углу и сильный южный полюс в нижнем правом углу.Фаза А создает более слабый северный полюс в нижнем левом углу и более слабый южный полюс внизу. C-фаза создает общее магнитное поле, северный полюс которого находится в верхнем левом углу, а его южный полюс — в нижнем правом углу.

В позиции 2, фаза A создает сильный северный полюс в нижнем левом углу и сильный южный полюс в верхнем правом углу; таким образом, сильные столбы повернулись на 60 [градусов] против часовой стрелки. (Обратите внимание, что это магнитное вращение на 60 [градусов] точно соответствует электрическому изменению фазных токов на 60 [градусов].) Слабые полюса также повернуты на 60 [градусов] против часовой стрелки. Это, по сути, означает, что общее магнитное поле повернулось на 60 [градусов] относительно положения 1.

При более подробном анализе мы можем показать, что напряженность магнитного поля плавно вращается из положения 1 в положение 2, поскольку токи в каждой из фаз изменяются более чем на 60 электрических градусов. Анализ положений 3, 4, 5 и 6 показывает, что магнитное поле продолжает вращаться.

Скорость вращения магнитного поля называется синхронной скоростью и описывается следующим уравнением:

S = (f x P) / 120, где S = скорость вращения в оборотах в минуту f = частота подаваемого напряжения (Гц) P = количество магнитных полюсов во вращающемся магнитном поле

Если бы в этот статор был помещен постоянный магнит с валом, который позволял ему вращаться, его бы толкали (или тянули) с синхронной скоростью.Именно так работает синхронный двигатель, за исключением того, что магнитное поле ротора (поле) создается электромагнетизмом, а не постоянным магнитом.

Ротор асинхронного двигателя состоит из короткозамкнутых обмоток, и в обмотках ротора индуцируется ток, когда вращающееся магнитное поле прорезает их. Этот ток создает поле, которое противостоит вращающемуся полю. В результате ротор толкается (или тянется) вращающимся полем. Обратите внимание, что ротор асинхронного двигателя не может вращаться с синхронной скоростью, поскольку вращающееся поле должно прорезать обмотки ротора для создания крутящего момента.Разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора называется проскальзыванием в процентах; он выражается в процентах.

Однофазные двигатели также имеют вращающееся магнитное поле. Вращающееся поле, необходимое для запуска двигателя, создается второй обмоткой, называемой пусковой обмоткой. После того, как двигатель наберет нужную скорость, пусковая обмотка отключается, и вращающееся поле создается за счет взаимодействия основной обмотки статора и ротора.

Вопрос № 5: Как работает индукционный генератор?

Асинхронный генератор по конструкции идентичен асинхронному двигателю.Обмотки статора подключены к трехфазной системе питания, и три фазы создают вращающееся магнитное поле. Ротор индукционного генератора вращается первичным двигателем, который вращается быстрее, чем синхронная скорость. Когда обмотки ротора прорезают вращающееся поле, в них индуцируется ток. Этот индуцированный ток создает поле, которое, в свою очередь, прорезает обмотки статора, создавая выходную мощность на нагрузку.

Таким образом, индукционный генератор получает возбуждение от энергосистемы, к которой он подключен.Асинхронный двигатель должен иметь синхронные генераторы, подключенные к его статору, чтобы начать генерацию. После того, как индукционный генератор заработает, для возбуждения можно использовать конденсаторы.

Вопрос № 6: Почему подшипники генератора и двигателя изолированы?

Магнитное поле внутри двигателя или генератора не полностью однородно. Таким образом, когда ротор вращается, на валу в продольном направлении (непосредственно вдоль вала) создается напряжение. Это напряжение может вызвать микротоки, протекающие через смазочную пленку на подшипниках.Эти токи, в свою очередь, могут вызвать незначительное искрение, нагрев и, в конечном итоге, выход подшипника из строя. Чем больше машина, тем хуже становится проблема.

Чтобы избежать этой проблемы, сторона ротора корпуса подшипника часто изолирована от стороны статора. В большинстве случаев, по крайней мере, один подшипник будет изолирован, обычно это самый дальний от первичного двигателя для генераторов и самый дальний от нагрузки для двигателей. Иногда оба подшипника изолированы.

Вопрос № 7: Как генераторы переменного тока управляют переменными, напряжением и мощностью?

Хотя элементы управления генератора действительно взаимодействуют, верны следующие общие положения.

* Выходная мощность генератора регулируется его первичным двигателем.

* Напряжение и / или переменная мощность генератора регулируются уровнем тока возбудителя.

Например, предположим, что к выходу генератора подключена дополнительная нагрузка. Дополнительный ток увеличивает силу магнитного поля якоря и замедляет работу генератора. Чтобы поддерживать частоту, регулятор генератора увеличивает мощность, потребляемую первичным двигателем.Таким образом, дополнительная мощность, необходимая для генератора, регулируется входом первичного двигателя.

В нашем примере чистый магнитный поток в воздушном зазоре будет уменьшаться, поскольку увеличение якоря противодействует потоку поля. Если поток поля не увеличивается, чтобы компенсировать это изменение, выходное напряжение генератора будет уменьшаться. Таким образом, ток возбуждения используется для управления выходным напряжением.

Давайте рассмотрим другой пример в качестве дальнейшего пояснения. Допустим, к нашему генератору добавлена ​​дополнительная нагрузка var.В этом случае выходной ток генератора снова увеличится. Однако, поскольку новая нагрузка не является «реальной» мощностью, первичный двигатель необходимо увеличить ровно настолько, чтобы преодолеть дополнительное падение ИК-излучения, создаваемое дополнительным током.

В качестве последнего примера предположим, что у нас есть два или более генератора, работающих параллельно и питающих нагрузку. Генератор 1 (G1) несет всю нагрузку (реальную и реактивную), а генератор 2 (G2) работает с нулевой мощностью и нулевой мощностью. Если оператор G2 открывает дроссель первичного двигателя, G2 начинает подавать ватт в систему.Поскольку подключенная нагрузка не изменилась, оба генератора будут ускоряться, если G1 не дросселируется.

Поскольку G2 принимает на себя дополнительную долю нагрузки, ему требуется увеличенный магнитный поток. Если оператор G2 не увеличивает поле G2, G2 будет получать дополнительное возбуждение от G1, требуя от G1 увеличения уровня возбуждения. Если ни G1, ни G2 не увеличивают уровень возбуждения, общее напряжение системы упадет.