Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как использовать асинхронный двигатель в качестве генератора без переделки


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

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

Конструкция асинхронного двигателя

Можно выделить всего несколько элементов:

  1. Статор с обмоткой.
  2. Передняя и задняя крышки с установленными подшипниками.
  3. Ротор с короткозамкнутыми витками.
  4. Контакты для подключения к электрической сети.

Если задуматься, то может показаться, что очень просто переделать двигатель в генератор, фото которого вы можете детально рассмотреть. Но если разобраться более тщательно, то окажется, что не все так и просто, подводных камней предостаточно.

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

Принцип работы двигателя

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

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

Подключение к однофазной сети

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

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

Как получить три фазы из одной

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

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

Что учесть для переделки в генератор

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

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

Постоянные магниты или обмотка возбуждения?

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

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

Сколько фаз нужно на выходе?

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

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

Как провести выпрямление тока?

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

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

Как сделать из трех одну фазу

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

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

Правила намотки провода

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

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

Экспериментальное определение необходимого количества витков

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

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

Выводы

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

Индукционный генератор

- Википедия

Индукционный генератор Асинхронный генератор или представляет собой тип электрического генератора переменного тока (AC), который использует принципы асинхронных двигателей для производства электроэнергии. Индукционные генераторы работают путем механического поворота своих роторов быстрее, чем синхронная скорость. Обычный асинхронный двигатель переменного тока обычно может использоваться в качестве генератора без каких-либо внутренних модификаций. Индукционные генераторы полезны в таких применениях, как мини-гидроэлектростанции, ветряные турбины или для снижения потоков газа высокого давления до более низкого давления, потому что они могут восстанавливать энергию с помощью относительно простых элементов управления.

Индукционный генератор обычно получает энергию возбуждения от электрической сети. Из-за этого асинхронные генераторы обычно не могут запустить обесточенную систему распределения. Однако иногда они самовозбуждаются при использовании фазокорректирующих конденсаторов.

Принцип действия [править]

Индукционный генератор вырабатывает электроэнергию, когда его ротор вращается быстрее, чем синхронная скорость . Для типичного четырехполюсного двигателя (две пары полюсов на статоре), работающего на электрической сети 60 Гц, синхронная скорость составляет 1800 оборотов в минуту (об / мин).Тот же четырехполюсный двигатель, работающий от сети 50 Гц, будет иметь синхронную скорость 1500 об / мин. Двигатель обычно вращается немного медленнее, чем синхронная скорость; Разница между синхронной и рабочей скоростью называется «скольжением» и обычно выражается в процентах от синхронной скорости. Например, двигатель, работающий на 1450 об / мин с синхронной скоростью 1500 об / мин, работает с проскальзыванием + 3,3%.

При нормальной работе двигателя вращение потока статора происходит быстрее, чем вращение ротора.Это заставляет поток статора индуцировать токи ротора, которые создают поток ротора с магнитной полярностью, противоположной статору. Таким образом, ротор тянется вдоль потока статора, при этом токи в роторе индуцируются с частотой скольжения.

При работе генератора первичный двигатель (турбина или двигатель) приводит ротор в движение выше синхронной скорости (отрицательное скольжение). Поток статора по-прежнему индуцирует токи в роторе, но поскольку противоположный поток ротора в настоящее время обрезает катушки статора, активный ток генерируется в катушках статора, и двигатель теперь работает как генератор, отправляя энергию обратно в электрическую сеть.

возбуждений [править]

Эквивалентная схема индукционного генератора

Индукционная машина требует внешнего тока якоря. Поскольку поле ротора всегда отстает от поля статора, асинхронная машина всегда потребляет реактивную мощность, независимо от того, работает ли она в качестве генератора или двигателя.

Источник тока возбуждения для намагничивающего потока (реактивной мощности) статора по-прежнему требуется для индукции тока ротора. Это может быть получено от электрической сети или, как только она начнет производить энергию, от самого генератора.Режим генерации для асинхронных двигателей осложняется необходимостью возбуждения ротора, который начинается только с остаточной намагниченности. В некоторых случаях этой остаточной намагниченности достаточно для самовозбуждения двигателя под нагрузкой. Следовательно, необходимо либо отключить двигатель и на мгновение подключить его к электросети, либо добавить конденсаторы, первоначально заряженные остаточным магнетизмом и обеспечивающие требуемую реактивную мощность во время работы. Аналогичным образом работает асинхронный двигатель параллельно с синхронным двигателем, служащим компенсатором коэффициента мощности.Особенность в режиме генератора параллельно сетке состоит в том, что скорость ротора выше, чем в режиме движения. Затем активная энергия передается в сеть. [1] Другим недостатком асинхронного двигателя-генератора является то, что он потребляет значительный ток намагничивания I 0 = (20-35)%.

Индукционная машина может быть запущена путем зарядки конденсаторов с помощью источника постоянного тока, в то время как генератор вращается, как правило, со скоростью генерации или выше. Как только источник постоянного тока удален, конденсаторы будут обеспечивать ток намагничивания, необходимый, чтобы начать производить напряжение.

Индукционная машина, которая недавно работала, также может самопроизвольно производить напряжение и ток из-за остаточного магнетизма, оставшегося в сердечнике.

Активная мощность [править]

Активная мощность, подаваемая на линию, пропорциональна скольжению выше синхронной скорости. Полная номинальная мощность генератора достигается при очень малых значениях скольжения (в зависимости от двигателя, обычно 3%). При синхронной скорости 1800 об / мин генератор не будет генерировать мощность. Когда скорость движения увеличивается до 1860 об / мин (типичный пример), создается полная выходная мощность.Если первичный двигатель не может вырабатывать достаточную мощность для полного привода генератора, скорость останется в диапазоне от 1800 до 1860 об / мин.

Требуемая емкость [править]

Конденсаторная батарея должна подавать реактивную мощность на двигатель при использовании в автономном режиме. Подаваемая реактивная мощность должна быть равна или превышать реактивную мощность, которую машина обычно потребляет при работе в качестве двигателя.

Крутящий момент против скольжения [править]

Основной фундамент индукционных генераторов - это преобразование механической энергии в электрическую.Это требует внешнего вращающего момента, приложенного к ротору, чтобы вращать его быстрее, чем синхронная скорость. Однако неограниченно увеличивающийся крутящий момент не ведет к неограниченному увеличению выработки электроэнергии. Вращающий момент магнитного поля, возбуждаемый якорем, противодействует движению ротора и предотвращает превышение скорости из-за индуцированного движения в противоположном направлении. По мере увеличения скорости двигателя встречный крутящий момент достигает максимального значения крутящего момента (крутящего момента), которое он может использовать до тех пор, пока рабочие условия не станут нестабильными.В идеале, индукционные генераторы работают лучше всего в стабильной области между состоянием холостого хода и областью максимального крутящего момента.

Номинальный ток [редактировать]

Максимальная мощность, которую может производить асинхронный двигатель, работающий в качестве генератора, ограничен номинальным током обмоток машины.

Сетка и автономные соединения [править]

Типичные соединения при использовании в качестве автономного генератора

В индукционных генераторах реактивная мощность, необходимая для установления магнитного потока в воздушном зазоре, обеспечивается конденсаторной батареей, подключенной к машине в случае автономной системы, и в случае подключения к сети она потребляет реактивную мощность из сети для поддержания своего воздуха зазор потока.Для системы, подключенной к сети, частота и напряжение на машине будут определяться электрической сетью, поскольку она очень мала по сравнению со всей системой. Для автономных систем частота и напряжение являются сложной функцией параметров машины, емкости, используемой для возбуждения, а также значения и типа нагрузки.

Индукционные генераторы часто используются в ветряных турбинах и некоторых микро-гидроустановках из-за их способности производить полезную мощность при различных скоростях вращения ротора. Индукционные генераторы механически и электрически проще, чем другие типы генераторов.Они также более прочные, не требуют щеток или коммутаторов.

Ограничения [править]

Индукционный генератор, подключенный к конденсаторной системе, может генерировать достаточную реактивную мощность, чтобы работать самостоятельно. Когда ток нагрузки превышает способность генератора подавать как реактивную мощность намагничивания, так и мощность нагрузки, генератор немедленно прекращает вырабатывать мощность. Нагрузка должна быть снята, а индукционный генератор перезапущен либо с источником постоянного тока, либо при наличии остаточного магнетизма в сердечнике. [2]

Индукционные генераторы особенно подходят для ветрогенераторных станций, так как в этом случае скорость всегда является переменным фактором. В отличие от синхронных двигателей, асинхронные генераторы зависят от нагрузки и не могут использоваться отдельно для контроля частоты сети.

Пример приложения [править]

В качестве примера рассмотрим использование трехфазного асинхронного двигателя мощностью 10 л.с., 1760 об / мин, 440 В в качестве асинхронного генератора. Ток полной нагрузки двигателя составляет 10 А, а коэффициент мощности полной нагрузки равен 0.{2}}}} = 4567 VAR

Для машины, работающей в качестве асинхронного генератора, батарея конденсаторов должна подавать минимум 4567/3 фазы = 1523 VAR на фазу. Напряжение на конденсатор составляет 440 В, потому что конденсаторы подключены в треугольнике.

Емкостный ток Ic = Q / E = 1523/440 = 3,46 A
Емкостное реактивное сопротивление на фазу Xc = E / Ic = 127 Ом

Минимальная емкость на фазу:

C = 1 / (2 * π * f * Xc) = 1 / (2 * 3,141 * 60 * 127) = 21 микрофарад.

Если нагрузка также поглощает реактивную мощность, размер конденсаторной батареи должен быть увеличен для компенсации.

Скорость первичного двигателя должна использоваться для генерации частоты 60 Гц:

Как правило, скольжение должно быть аналогично значению полной нагрузки, когда машина работает как двигатель, но отрицательно (работа генератора):

, если Ns = 1800, можно выбрать N = Ns + 40 об / мин.
Требуемая скорость первичного хода N = 1800 + 40 = 1840 об / мин.

См. Также [редактировать]

  1. ^ Ошибка цитирования. Huassain, Ashfaq. Электрические машины . Дханпат Рай и Ко. 411.

Список литературы [править]

  • Электрические машины, приводы и силовые системы , 4-е издание, Теодор Уилди, Прентис Холл, ISBN 0-13-082460-7, стр. 311–314.

Внешние ссылки [редактировать]

,Индукционный генератор

в качестве ветрогенератора ветра Индукционный генератор

в виде турбины ветроэнергетика Статья Обучающие программы по альтернативной энергии 19/06/2010 26/05/2020 Обучающие программы по альтернативной энергии

Пожалуйста, поделитесь / добавьте в закладки:

Индукционный генератор

в качестве энергии ветра Генератор

Вращающиеся электрические машины обычно используются в ветроэнергетических системах, и большинство этих электрических машин могут функционировать как двигатель или генератор, в зависимости от их конкретного применения.Но помимо синхронного генератора , который мы рассматривали в предыдущем уроке, есть еще один более популярный тип 3-фазной ротационной машины, который мы можем использовать в качестве ветрогенератора, называемый индукционным генератором .

Как синхронный генератор, так и индукционный генератор имеют одинаковое фиксированное расположение обмоток статора, которое при подаче питания от вращающегося магнитного поля создает трехфазное (или однофазное) выходное напряжение.

Тем не менее, роторы двух машин весьма различны, поскольку ротор индукционного генератора обычно состоит из одного из двух типов устройств: «беличья клетка» или «намотанный ротор».

Однофазный индукционный генератор

Индукционный генератор Конструкция основана на очень распространенном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, поскольку они дешевы, надежны и легко доступны в широком диапазоне электрических размеров - от дробных машин до нескольких -мегаваттные мощности делают их идеальными для использования как в ветроэнергетике, так и в быту и в быту.

Кроме того, в отличие от предыдущего синхронного генератора, который должен быть «синхронизирован» с электрической сетью, прежде чем он сможет генерировать электроэнергию, индукционный генератор может быть подключен непосредственно к электросети и приводится в движение лопастями ротора турбины с переменной скоростью ветра, так как это принес с линии на месте

Для экономии и надежности многие ветряные турбины используют асинхронные двигатели в качестве генератора, которые приводятся в движение через механическую коробку передач для увеличения скорости вращения, производительности и эффективности. Однако индукционные генераторы требуют реактивной мощности, обычно предоставляемой шунтирующими конденсаторами в отдельных ветряных турбинах.

Асинхронные машины также известны как Асинхронные машины , то есть они вращаются ниже синхронной скорости при использовании в качестве двигателя и выше синхронной скорости при использовании в качестве генератора.Таким образом, при вращении быстрее, чем его обычная рабочая скорость или скорость без нагрузки, индукционный генератор вырабатывает электричество переменного тока. Поскольку асинхронный генератор синхронизируется напрямую с основной энергосистемой, то есть вырабатывает электроэнергию с той же частотой и напряжением, выпрямители или инверторы не требуются.

Тем не менее, индукционный генератор может подавать необходимую мощность непосредственно в сеть электроснабжения, но ему также требуется реактивная мощность для ее подачи, которую обеспечивает сеть электроснабжения.Автономная (автономная) работа индукционного генератора также возможна, но недостатком здесь является то, что генератору требуются дополнительные конденсаторы, подключенные к его обмоткам для самовозбуждения.

Трехфазные индукционные машины очень хорошо подходят для ветроэнергетики и даже гидроэнергетики. Индукционные машины при работе в качестве генераторов имеют неподвижный статор и вращающийся ротор, как и для синхронного генератора. Однако возбуждение (создание магнитного поля) ротора выполняется по-разному, и типичная конструкция ротора представляет собой короткозамкнутую конструкцию, в которой токопроводящие стержни встроены в корпус ротора и соединены вместе на своих концах с помощью коротких колец, как показано на рисунке. ,

Конструкция индукционного генератора

Как уже упоминалось в начале, одним из многих преимуществ асинхронной машины является то, что она может использоваться в качестве генератора без каких-либо дополнительных схем, таких как возбудитель или регулятор напряжения, когда она подключена к трехфазное питание. Когда незанятый асинхронный генератор подключен к сети переменного тока, напряжение подается в обмотку ротора, аналогично трансформатору с частотой этого индуцированного напряжения, равной частоте приложенного напряжения.

Поскольку токопроводящие стержни короткозамкнутых роторов короткозамкнуты вместе, вокруг них протекает большой ток, и внутри ротора создается магнитное поле, которое вызывает вращение машины.

Поскольку магнитное поле клетки ротора следует магнитному полю статора, ротор разгоняется до синхронной скорости, заданной частотой сети. Чем быстрее вращается ротор, тем меньше относительная разность скоростей между каркасом ротора и полем вращающегося статора и, следовательно, напряжение, наведенное на его обмотку.

Когда ротор приближается к синхронной скорости, он замедляется, поскольку ослабляющего магнитного поля ротора недостаточно для преодоления потерь на трение ротора в режиме холостого хода. В результате ротор вращается медленнее, чем синхронная скорость. Это означает, что асинхронная машина никогда не сможет достичь своей синхронной скорости, так как для ее достижения не будет тока, наведенного в короткозамкнутый ротор, магнитного поля и, следовательно, крутящего момента.

Разница в скорости вращения между магнитным полем вращения статора и скоростью вращения ротора в индукционных машинах называется «скольжением».Должен существовать проскальзыватель, чтобы на валу ротора был крутящий момент. Другими словами, «проскальзывание», которое является описательным способом объяснить, как ротор постоянно «проскальзывает» от синхронизации, представляет собой разницу в скорости между синхронными скоростями статоров, заданную как: n с = ƒ / P в оборотах в минуту, и фактическая скорость вращения роторов n R также в оборотах в минуту, и которая выражается в процентах, (% -скольжение).

Тогда дробное скольжение s индукционной машины задается как:

Это скольжение означает, что работа асинхронных генераторов, таким образом, является «асинхронной» (несинхронизированной) и чем выше нагрузка, приложенная к асинхронному генератору, тем выше В результате проскальзывания, поскольку более высокие нагрузки требуют более сильных магнитных полей.Большее скольжение связано с большим наведенным напряжением, большим током и более сильным магнитным полем.

Таким образом, для асинхронной машины, работающей в качестве двигателя, ее рабочая скорость всегда будет меньше скорости вращения поля статора, а именно синхронной скорости. Чтобы асинхронная машина работала как генератор, ее рабочая скорость должна быть выше номинальной синхронной скорости, как показано на рисунке.

Характеристики крутящего момента / скорости индукционной машины

В состоянии покоя вращающееся магнитное поле статора имеет одинаковую скорость вращения как по отношению к статору, так и ротору, так как частота токов ротора и статора одинакова, поэтому в состоянии покоя скольжение положительно и равно единице (s = +1).

При синхронной скорости разница между скоростью и частотой вращения ротора и статора равна нулю, поэтому на синхронной скорости электричество не потребляется и не производится, а скольжение равно нулю (s = 0).

Если скорость генератора приводится во вращение выше этой синхронной скорости с помощью внешних средств, результирующий эффект будет состоять в том, что ротор будет вращаться быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора, и полярность индуцированного напряжения и тока ротора будет изменена на противоположную.

Результатом является то, что скольжение теперь становится отрицательным (s = -1), и асинхронная машина генерирует ток с ведущим коэффициентом мощности обратно в электросеть. Мощность, передаваемую в виде электромагнитной силы от ротора к статору, можно увеличить, просто повернув ротор быстрее, что приведет к увеличению количества генерируемой электроэнергии. Характеристики крутящего момента асинхронного генератора (s = от 0 до -1) являются отражением характеристик асинхронного двигателя (s = от +1 до 0), как показано.

Скорость асинхронного генератора будет изменяться в зависимости от силы вращения (момента или момента), приложенной к нему энергией ветра, но он будет продолжать вырабатывать электричество, пока его скорость вращения не упадет ниже холостого хода. На практике разница между скоростью вращения при пиковой генерирующей мощности и на холостом ходу (синхронная скорость) очень мала, всего лишь несколько процентов от максимальной синхронной скорости. Например, 4-полюсный генератор с синхронной скоростью холостого хода 1500 об / мин, подключенный к электросети с током 50 Гц, может генерировать свою максимальную генерируемую мощность, вращающуюся только на 1–5% выше (от 1515 до 1575 об / мин) , легко достигается с помощью коробки передач.

Это очень полезное механическое свойство, заключающееся в том, что генератор будет немного увеличивать или уменьшать свою скорость при изменении крутящего момента. Это означает, что на коробке передач будет меньше износ, что приведет к низкому техническому обслуживанию и длительному сроку службы, и это является одной из наиболее важных причин для использования индукционного генератора , а не синхронного генератора на ветряной турбине, которая напрямую подключена к электросети.

Индукционный генератор вне сети

Мы видели выше, что индукционный генератор требует намагничивания статора от электросети, прежде чем он сможет генерировать электричество.Но вы также можете запустить индукционный генератор в автономной автономной системе, подавая необходимый синфазный возбуждающий или намагничивающий ток от конденсаторов возбуждения, подключенных к клеммам статора машины. Это также требует наличия некоторого остаточного намагничивания в рельсах утюга ротора при запуске турбины. Типичная схема трехфазной индукционной машины с короткозамкнутым ротором для использования вне сети показана ниже. Конденсаторы возбуждения показаны в виде звезды (звезды), но также могут быть подключены треугольной (треугольной) конфигурации.

Генератор индуктивного запуска конденсатора

Конденсаторы возбуждения - это стандартные пусковые конденсаторы двигателя, которые используются для обеспечения требуемой реактивной мощности для возбуждения, которая в противном случае была бы подана электросетью. Индукционный генератор будет самовозбуждаться с использованием этих внешних конденсаторов, только если ротор обладает достаточным остаточным магнетизмом.

В режиме с самовозбуждением на выходную частоту и напряжение генератора влияют скорость вращения, нагрузка турбины и значение емкости в фарадах конденсаторов.Затем, чтобы произошло самовозбуждение генератора, должна быть минимальная скорость вращения для величины емкости, используемой через обмотки статора.

«Индукционный генератор с самовозбуждением» (SEIG) является хорошим кандидатом для применения в ветряных электростанциях, особенно в условиях переменной скорости ветра и в отдаленных районах, поскольку им не требуется внешний источник питания для создания магнитного поля. Трехфазный индукционный генератор может быть преобразован в однофазный индукционный генератор с переменной скоростью путем подключения двух конденсаторов возбуждения через трехфазные обмотки.Одно из значения C величины емкости на одной фазе и другое значения 2C величины емкости на другой фазе, как показано.

Однофазный выход 3-фазного индукционного генератора

При этом генератор будет работать более плавно, приближаясь к единице (100%) коэффициента мощности (PF). В однофазном режиме можно получить почти трехфазный КПД, обеспечивающий примерно 80% максимальной производительности машины. Однако при преобразовании трехфазного источника питания в однофазный источник питания следует соблюдать осторожность, поскольку однофазное выходное напряжение между линиями будет вдвое больше номинальной обмотки.

Индукционные генераторы хорошо работают с однофазными или трехфазными системами, которые подключены к коммунальному обслуживанию или в качестве автономного генератора с автоматическим возбуждением для небольших ветровых применений, позволяющих работать с переменной скоростью. Однако индукционные генераторы требуют реактивного возбуждения для работы на полной мощности, поэтому они идеально подходят для подключения к энергосистеме как часть системы ветроэнергетики, связанной с сеткой.

Чтобы узнать больше о «индукционных генераторах», или получить больше информации о энергии ветра о различных доступных системах генерации ветряных турбин, или изучить преимущества и недостатки использования индукционных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, нажмите здесь, чтобы Получите свою копию одной из лучших трехфазных книг по индуктивному генератору с самовозбуждением прямо из Amazon сегодня.

Как работают генераторы и динамо-машины

Реклама

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 31 мая 2019 года.

Масло может быть любимым топливом в мире, но не намного дольше. Современные дома питаются в основном от электричества и скоро мы будем ездить на электромобилях. Электричество великолепно удобно. Вы можете производить его различными способами, используя все: от угля и нефти до ветра и волн.Вы можете сделать это в одно место и использовать его на другой стороне мира, если хотите. И, как только вы произвели его, вы можете хранить его в батареях и использовать это дни, недели, месяцы или даже годы спустя. Что делает электрический сила возможна - и действительно практична - является превосходным электромагнитным Устройство называется электрогенератором: своего рода электродвигатель работа в обратном направлении, которая превращает обычную энергию в электричество. Давайте внимательнее посмотрим на генераторы и выясним, как они работают!

Фото: дизельный генератор электроэнергии середины 20-го века, изображенный в музее электростанции REA близ Хэмптона, штат Айова.Предоставлено Фотографии в Архив Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество - это начать с него его собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите что-нибудь запустить электрический, от тостера или зубная щетка MP3-плеер или телевидение, Вы должны кормить его постоянным источником электрической энергии. Откуда ты это получишь? Там есть основной закон физики называется сохранение энергии, которая объясняет, как вы можете получить энергия - и как ты не можешь.Согласно этому закону, есть фиксированная количество энергии во вселенной и некоторые хорошие новости и некоторые плохие новости о том, что мы можем сделать с этим. Плохая новость в том, что мы не можем создать больше энергии, чем у нас уже есть; хорошая новость в том, что мы не можем уничтожить любую энергию либо. Все, что мы можем когда-либо сделать с энергией, это преобразовать это из одной формы в другую.

Фото: большой электрический генератор, приводимый в движение паром на геотермальной электростанции CalEnergy's Leathers в Имперском округе, штат Калифорния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемой энергии (DOE / NREL).

Если вы хотите найти электричество для питания вашего телевизора, вы не будет производить энергию из воздуха: сохранение энергии говорит нам, что это невозможно. То, что вы будете делать, это использовать энергию превращается из какой-то другой формы в электрическую энергию, которая вам нужна. Как правило, это происходит на электростанции на некотором расстоянии от вашего дома. Подключите телевизор, и электрическая энергия течет в него через кабель.Кабель намного длиннее, чем вы думаете: он на самом деле работает от телевизора - под землей или по воздуху - до электростанция, где электрическая энергия готовится для вас из богатое энергией топливо, такое как уголь, нефть, газ или атомное топливо. В этих экологически чистые времена, часть вашего электричества также будет поступать из ветряные турбины, гидроэлектростанции (которые производят энергию, используя энергию в запруденных реках), или геотермальную энергию (внутренняя часть Земли) высокая температура). Откуда бы ни исходила ваша энергия, она почти наверняка превратился в электричество с помощью генератора.Только солнечные элементы и топливные элементы производить электричество без использования генераторов.

Как мы можем генерировать электричество?

Фото: типичный генератор электроэнергии. Он может вырабатывать до 225 кВт электроэнергии и используется для испытаний опытных ветровых турбин. Фото Ли Фингера любезно предоставлено Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы прочитали нашу подробную статью о электродвигатели, вы будете уже достаточно хорошо знаю, как работают генераторы: генератор просто электромотор работает задним ходом.Если вы не прочитав эту статью, вы можете быстро взглянуть перед чтением на - но вот краткое резюме в любом случае.

Электродвигатель - это, по сути, просто тугая катушка из медного провода, намотанная на железный сердечник, который может вращаться с высокой скоростью внутри мощного постоянного магнита. Когда вы подаете электричество в медную катушку, оно становится временный магнит с электропитанием - другими словами, электромагнит - и генерирует магнитное поле вокруг него. это временное магнитное поле давит на магнитное поле, которое постоянный магнит создает и заставляет катушку вращаться.Немного продуманная конструкция позволяет непрерывно вращать катушку в в том же направлении, вращаясь вокруг себя и приводя в действие что-либо из электрическая зубная щетка к электричке.

Фото: вращающаяся часть (ротор) типичного небольшого электродвигателя. Электрогенератор имеет точно такие же компоненты, но работает противоположным образом, превращая движение в электрическую энергию.

Так чем же отличается генератор? Предположим, у вас есть электрический зубная щетка с аккумулятором внутри.Вместо того, чтобы позволить батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если вы сделали напротив? Что делать, если вы поворачивали кисть взад-вперед? То, что вы будете делать, это вручную повернуть электродвигатель ось вокруг. Это сделало бы медную катушку внутри двигателя вокруг неоднократно внутри своего постоянного магнита. Если вы переместите электрический провод внутри магнитного поля, вы делаете поток электричества через провод - по сути, вы генерируете электричество. Так держать поворачивая зубную щетку достаточно долго, и, теоретически, вы будете генерировать достаточно электричества, чтобы зарядить аккумулятор.Это, по сути, как генератор работает. (На самом деле, это немного сложнее, чем это и вы не можете перезарядить свою зубную щетку таким образом, хотя добро пожаловать!)

Как работает генератор?

Artwork: Простой генератор, подобный этому, производит переменный ток (электрический ток, который периодически меняется). Каждая сторона генератора (зеленая или оранжевая) движется вверх или вниз. Когда он движется вверх, он генерирует ток, протекающий в одну сторону; когда он движется вниз, ток течет в другую сторону.Если вы подключили измерительный прибор к проводу, вы не знаете, в каком направлении он движется: все, что вы видите, это то, что направление тока периодически меняется: вы видите переменный ток.

Возьмите отрезок провода, подключите его к амперметру (то, что измеряет тока), и поместите его между полюсами магнита. Теперь проведи проволокой сквозь невидимое Магнитное поле создает магнит, и через проволоку в течение короткого времени протекает ток (регистрируется на счетчике). Это основная наука о генераторе электричества, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем (прочитать краткая биография или длинная биография).Если вы перемещаете провод в противоположном направлении, вы генерируете ток, который течет в другом направлении. (Если вам интересно, вы можете выяснить направление, в котором течет ток, используя то, что называется Правило правой руки или правило генератора, которое является зеркальным отображением правила левой руки, которое используется для определения работы двигателей.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда вы перемещаете провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит за провод, что составляет то же самое).Недостаточно просто расположить провод рядом с магнитом: для выработки электричества провод должен проходить мимо магнита или наоборот. Предположим, вы хотите произвести много электричества. Поднимать и опускать проволоку весь день будет не очень весело, поэтому вам нужно придумать, как продвинуть проволоку за магнит, закрепив один или другой из них на колесе. Затем, когда вы поворачиваете колесо, провод и магнит будут двигаться относительно друг друга, и будет возникать электрический ток.

Теперь вот интересная часть.Предположим, вы сгибаете проволоку в петлю, садите ее между полюсами магнита и размещаете так, чтобы она постоянно вращалась - как показано на схеме здесь. Вы, вероятно, можете видеть, что при повороте петли каждая сторона провода (оранжевая или зеленая) иногда будет двигаться вверх, а иногда и вниз. Когда оно движется вверх, электричество будет течь в одном направлении; когда он движется вниз, ток будет течь в другую сторону. Таким образом, базовый генератор, подобный этому, будет генерировать электрический ток, который меняет направление каждый раз, когда петля провода переворачивается (другими словами, переменный ток или переменный ток).Однако большинство простых генераторов на самом деле производят постоянный ток - так как им управлять?

генераторов постоянного тока

Подобно тому, как простой электродвигатель постоянного тока использует электричество постоянного тока (DC) для непрерывного вращательного движения, Простой генератор постоянного тока обеспечивает постоянную подачу электроэнергии постоянного тока, когда он вращается вокруг. Как двигатель постоянного тока, генератор постоянного тока использует коммутатор. Это звучит технически, но это просто металлическое кольцо с трещинами в нем, которое периодически меняет электрические контакты с катушки генератора, одновременно изменяя ток.Как мы видели выше, простая петля провода автоматически инвертирует ток, который она производит на каждом пол оборота, просто потому, что он вращается, и задача коммутатора состоит в том, чтобы нейтрализовать эффект вращения катушки, обеспечивая постоянный ток.

Artwork: Сравнение простейшего генератора постоянного тока с простейшим генератором переменного тока. В этой конструкции катушка (серая) вращается между полюсами постоянного магнита. Каждый раз, когда он вращается на пол-оборота, генерируемый ток меняет направление.В генераторе постоянного тока (вверху) коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка движется на пол-оборота, отменяя изменение тока. В генераторе переменного тока (внизу) коммутатора нет, поэтому выходной ток просто увеличивается, падает и меняется на противоположный при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора на графике справа.

AC Генераторы переменного тока

Что делать, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам нужен генератор, который просто генератор переменного тока.Самый простой вид генератора подобен генератору постоянного тока без коммутатора. Когда катушка или магнит вращаются мимо друг друга, ток естественным образом увеличивается, падает и переворачивается, создавая выход переменного тока. Так же, как есть Асинхронные двигатели переменного тока, которые используют электромагниты для создания вращающегося магнитного поля вместо постоянных магнитов, поэтому существуют генераторы, которые работают по индукции аналогичным образом.

Генераторы переменного тока в основном используются для выработки электроэнергии из автомобильных двигателей. Автомобили используют генераторы, управляемые их бензиновые двигатели, которые заряжают их батареи по мере их движения (переменный ток преобразуется в постоянный ток диоды или выпрямительные цепи).

Генераторы в реальном мире

Фото: генератор - это генератор, который вырабатывает переменный ток (переменный ток) вместо постоянного тока (постоянный ток). Здесь мы видим механика, снимающего генератор с двигателя лодочного мотора. Фото Есения Росас любезно предоставлено ВМС США.

Генерировать электричество звучит просто - и это так. Сложность в том, что вам нужно приложить огромное количество физических усилий генерировать даже небольшое количество энергии.Вы узнаете об этом, если у вас есть велосипед с динамо огни приводятся в движение колесами: вам нужно несколько сильнее крутить педали, чтобы огни горели - и это просто для производства крошечного количества электричества, которое вам нужно для питания пара лампочек. Динамо это просто очень маленькое электричество генератор. На противоположной крайности, на реальных электростанциях, гигантские Электрогенераторы работают на паровых турбинах. Это немного похоже на вращающиеся винты или ветряные мельницы, приводимые в движение паром. Пар производится кипящей водой с использованием энергии, выделяющейся при сжигании угля, масло или другое топливо.(Обратите внимание, как применяется сохранение энергии здесь тоже. Энергия, которая питает генератор, исходит от турбины. Энергия, которая приводит турбину в действие, поступает из топлива. И топливо - если это уголь или нефть - изначально поступало от заводов, работающих на солнечная энергия. Суть проста: энергия всегда должна исходить от где-то.)

Портативные генераторы

Фото: портативный генератор электроэнергии, работающий от дизель. Фото Брайана Рида Кастильо любезно предоставлено ВМС США.

Большую часть времени мы принимаем электричество как должное. Включаем огни, телевизоры или стиральные машины без остановки думать, что электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то прийти. А вдруг Вы работаете на открытом воздухе, в глуши, и нет Электроснабжение вы можете использовать для питания вашей бензопилы или вашего электродрель?

Одна из возможностей заключается в использовании аккумуляторных инструментов с аккумуляторы. Другой вариант - пойти на пневматические инструменты, такие как отбойные молотки.Они полностью механические и питаются от сжатый воздух вместо электричества. Третий вариант заключается в использовании портативный генератор электроэнергии. Это просто маленький бензиновый двигатель (бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель, который вы получаете на мотоцикле, с генератор электричества прилагается. Когда двигатель уходит, сжигая бензин, он толкает поршень взад-вперед, поворачивая генератор и производство постоянного электрического тока в качестве его выхода. С участием с помощью трансформатора, вы можете использовать такой генератор, чтобы производить практически любое напряжение, где вам нужно.Так как Пока у вас достаточно бензина, вы можете сделать свое собственное электричество поставлять на неопределенный срок. Но помни об энергосбережении: выбегай газа, и у вас кончается электричество!

Artwork: Технология генераторов быстро развивалась в 19 веке. Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор в 1831 году. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели строили практические электрические генераторы. Этот («динамоэлектрическая машина») был разработан Эдвардом Уэстоном в 1870-х годах как способ «трансмутировать механическую энергию в электрическую с большей эффективностью, чем до сих пор».«Имеет статическое внешнее кольцо из магнитов (синего цвета) и вращающуюся арматуру (катушки) в центре (красного цвета). Коммутатор (зеленый) преобразует генерируемый ток в постоянный ток. Из патента США 180,082 переиздано 8141 Эдвардом Вестоном, любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.