Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как из двигателя сделать генератор


Генератор из асинхронного двигателя - схема, как сделать своими руками?

Генератор асинхронного или индукционного типа представляет собой особую разновидность устройств, использующую переменный ток и имеющую способность воспроизведения электроэнергии. Главной особенностью является совершение довольно быстрых поворотов, которые делает ротор, по скорости вращения этого элемента он в значительной степени превосходит синхронную разновидность.

Одним из главных преимуществ является возможность использования данного устройства без существенных преобразований схемы или длительного настраивания.

Однофазную разновидность индукционного генератора можно подключить путем подачи на него необходимого напряжения, для этого потребуется подсоединение его к источнику питания. Однако, ряд моделей производит самовозбуждение, эта способность позволяет им функционировать в режиме, независимом от каких-либо внешних источников.

Осуществляется это благодаря последовательному приведению конденсаторов в рабочее состояние.

Схема генератора из асинхронного двигателя

схема генератора на базе асинхронного двигателя

В фактически любой машине электрического типа, сконструированной по типу генератора, имеются 2 разные активные обмотки, без которых невозможно функционирование устройства:

  1. Обмотка возбуждения, которая находится на специальном якоре.
  2. Статорная обмотка, которая отвечает за образование электрического тока, данный процесс происходит внутри нее.

Для того, чтобы наглядно представить и точнее понять все процессы, происходящие во время функционирования генератора, наиболее оптимальным вариантом будет подробнее рассмотреть схему его работы:

  1. Напряжение, которое подается от аккумулятора или любого иного источника, создает магнитное поле в якорной обмотке.
  2. Вращение элементов устройства вместе с магнитным полем можно реализовать разными способами, в том числе и вручную.
  3. Магнитное поле, вращающееся с определенной скоростью, порождает электромагнитную индукцию, благодаря чему в обмотке появляется электрический ток.
  4. Подавляющее большинство используемых на сегодняшний день схем не имеет возможностей для обеспечения якорной обмотки напряжением, это связано с наличием в конструкции короткозамкнутого ротора. Поэтому, вне зависимости от скорости и времени вращения вала, питающие клеммы устройства все равно будут обесточены.

При переделывании двигателя в генератор, самостоятельное создание движущегося магнитного поля является одним из основных и обязательных условий.

Устройство генератора

Перед тем, как предпринимать какие-либо действия по переделыванию асинхронного двигателя в генератор, необходимо понять устройство данной машины, которое выглядит следующим образом:

  1. Статор, который оснащен сетевой обмоткой с 3 фазами, размещенной по его рабочей поверхности.
  2. Обмотка организована таким образом, что напоминает по своей форме звезду: 3 начальных элемента соединяются между собой, а 3 противоположных стороны соединены с контактными кольцами, которые не имеют никаких точек соприкосновений между собой.
  3. Контактные кольца имеют надежный крепеж к валу ротора.
  4. В конструкции имеются специальные щетки, которые не совершают никаких самостоятельных движений, но способствуют включению реостата с тремя фазами. Это позволяет осуществлять изменение параметров сопротивления обмотки, находящейся на роторе.
  5. Нередко, во внутреннем устройстве присутствует такой элемент, как автоматический короткозамыкатель, необходимый для того, чтобы закоротить обмотку и остановить реостат, находящийся в рабочем состоянии.
  6. Еще одним дополнительным элементом устройства генератора может являться специальное приспособление, которое разводит щетки и контактные кольца в тот момент, когда они проходят стадию замыкания. Подобная мера способствует значительному уменьшению потерь, отводимых на трение.

Изготовление генератора из двигателя

Фактически, любой асинхронный электродвигатель можно собственными руками переделать в устройство, функционирующее по типу генератора, который затем допускается использовать в быту. Для этой цели может подойти даже двигатель, взятый из стиральной машинки старого образца или любого иного бытового оборудования.

Чтобы данный процесс был благополучно реализован, рекомендуется придерживаться следующего алгоритма действий:

  1. Снять слой сердечника двигателя, благодаря чему будет образовано углубление в его структуре. Осуществить это можно на токарном станке, рекомендуется снять 2 мм. по всему сердечнику и проделать дополнительные отверстия с глубиной около 5 мм.
  2. Снять размеры с полученного ротора, после чего из жестяного материала изготовить шаблон в виде полосы, который будет соответствовать габаритам устройства.
  3. Установить в образовавшемся свободном пространстве неодимовые магниты, которые необходимо заранее приобрести. На каждый полюс потребуется не менее 8 магнитных элементов.
  4. Фиксацию магнитов можно осуществить при помощи универсального суперклея, но необходимо учитывать, что при приближении к поверхности ротора они будут менять свое положение, поэтому их необходимо крепко удерживать руками пока каждый элемент не приклеится. Дополнительно рекомендуется использовать во время этого процесса защитные очки, чтобы избежать попадания брызг клея в глаза.
  5. Обернуть ротор обычной бумагой и скотчем, который потребуется для ее фиксации.
  6. Торцовую часть ротора залепить пластилином, что обеспечит герметизацию устройства.
  7. После совершенных действий необходимо произвести обработку свободных полостей, между магнитными элементами. Для этого оставшееся между магнитами свободное пространство необходимо залить эпоксидной смолой. Удобнее всего будет прорезать специальное отверстие в оболочке, преобразовать его в горлышко и залепить границы при помощи пластилина. Внутрь можно заливать смолу.
  8. Дождаться полного застывания залитой смолы, после чего защитную бумажную оболочку можно устранить.
  9. Ротор необходимо зафиксировать при помощи станка или тисков, чтобы можно было провести его обработку, которая заключается в шлифовании поверхности. Для этих целей можно использовать наждачную бумагу со средним параметром зернистости.
  10. Определить состояние и предназначение проводов, выходящих из двигателя. Двое должны вести к рабочей обмотке, остальные можно обрезать, чтобы не запутаться в дальнейшем.
  11. Иногда процесс вращения осуществляется довольно плохо, чаще всего причиной являются старые износившиеся и тугие подшипники, в таком случае их можно заменить новыми.
  12. Выпрямитель для генератора можно собрать из специальных кремниевых диодов, которые предназначены именно для этих целей. Такж,е потребуется контроллер для зарядки, подходят фактически все современные модели.

После совершения всех названных действий, процесс можно считать завершенным, асинхронный двигатель был преобразован в генератор такого же типа.

Оценка уровня эффективности – выгодно ли это?

Генерация электрического тока электродвигателем вполне реальна и реализуема на практике, основной вопрос заключается в том, насколько это выгодно?

Сравнение осуществляется в первую очередь с синхронной разновидностью аналогичного устройства, в котором отсутствует электрическая цепь возбуждения, но несмотря на этот факт, его устройство и конструкция не являются более простыми.

Обуславливается это наличием конденсаторной батареи, являющейся крайне сложным в техническом плане элементом, который отсутствует у асинхронного генератора.

Основное преимущество асинхронного устройства заключается в том, что имеющиеся в наличии конденсаторы не требуют какого-либо обслуживания, поскольку вся энергия передается от магнитного поля ротора и тока, который вырабатывается в ходе функционирования генератора.

Создаваемый во время работы электрический ток фактически не имеет высших гармоник, что является еще одним значимым преимуществом.

Иных плюсов, кроме названных, асинхронные устройства не имеют, но зато обладают рядом существенных недостатков:

  1. В ходе их функционирования отсутствует возможность по обеспечению номинальных промышленных параметров электрического тока, который вырабатывается генератором.
  2. Высокая степень чувствительности даже к малейшим перепадам параметров рабочих нагрузок.
  3. При превышении параметров допустимых нагрузок на генератор, будет зафиксирована нехватка электричества, после чего подзарядка станет невозможной и процесс генерации будет остановлен. Для устранения этого недостатка, часто используют батареи со значительной емкостью, которые имеют особенность изменять свой объем в зависимости от величины оказываемых нагрузок.

Электрический ток, который вырабатывается асинхронным генератором, подвержен частым изменениям, природа которых неизвестна, она носит случайный характер и никак не объясняется научными доводами.

Невозможность учета и соответствующей компенсации таких изменений объясняет то факт, что подобные устройства не обрели популярность и не получили особого распространения в наиболее серьезных отраслях промышленности или бытовых делах.

Функционирование асинхронного двигателя как генератора

В соответствии с принципами, по которым функционируют все подобные машины, работа асинхронного двигателя после преобразования в генератор происходит следующим образом:

  1. После подключения конденсаторов к зажимам, на обмотке статоров происходит ряд процессов. В частности, в обмотке начинается движение опережающего тока, который создает эффект намагничивания.
  2. Только при соответствии конденсаторов параметрам необходимой емкости, происходит самовозбуждение устройства. Это способствует возникновению симметричной системы напряжения с 3 фазами на статорной обмотке.
  3. Значение итогового напряжения будет зависеть от технических возможностей используемой машины, а также от возможностей используемых конденсаторов.

Благодаря описанным действиям происходит процесс преобразования асинхронного двигателя короткозамкнутого типа в генератор с подобными характеристиками.

Применение

В быту и на производстве такие генераторы широко применяются в различных сферах и областях, но наиболее востребованы они для выполнения следующих функций:

  1. Использование в качестве двигателей для ветряных электростанций, это одна из наиболее популярных функций. Многие люди самостоятельно изготавливают асинхронные генераторы для задействования их в этих целях.
  2. Работа в качестве ГЭС с небольшой выработкой.
  3. Обеспечение питанием и электроэнергией городской квартиры, частного загородного дома или отдельного бытового оборудования.
  4. Выполнение основных функций сварочного генератора.
  5. Бесперебойное оснащение переменным током отдельных потребителей.

Советы по изготовлению и эксплуатации

Необходимо обладать определенными навыками и знаниями не только по изготовлению, но и по эксплуатации подобных машин, помочь в этом могут следующие советы:

  1. Любая разновидность асинхронных генераторов вне зависимости от сферы, в которой они применяются, является опасным устройством, по этой причине рекомендуется провести его изоляцию.
  2. В процессе изготовления устройства необходимо продумать монтаж измерительных приборов, поскольку потребуется получение данных о его функционировании и рабочих параметрах.
  3. Наличие специальных кнопок, с помощью которых можно управлять устройством, в значительной степени облегчает процесс эксплуатации.
  4. Заземление является обязательным требованием, которое необходимо реализовать до момента эксплуатации генератора.
  5. Во время работы, КПД асинхронного устройства может периодически снижаться на 30-50%, побороть возникновение этой проблемы не представляется возможным, поскольку этот процесс является неотъемлемой частью преобразования энергии.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Создание текстового лазерного проектора своими руками / Habr

Давайте узнаем, как сделать достаточно простой лазерный проектор из электроники, который вы можете найти дома.

Введение


Существует два способа создания изображения с помощью лазера - векторное сканирование и растровое сканирование.

Во время векторного сканирования лазер перемещается вдоль контуров изображения, отключаясь только при переходе от одного контура к другому. Это означает, что лазер работает большую часть времени, создавая довольно яркое изображение.

Этот метод чаще всего используется в крупных промышленных лазерных проекторах, но для быстрого перемещения лазера требуется довольно сложное электромеханическое устройство - гальванометр. Цены начинаются от 80 долларов за пару, и это очень непрактично (хотя и возможно) сделать дома.

Второй метод - растровое сканирование. Там лазерный луч перемещается из стороны в сторону, рисуя изображение построчно. Этот метод используется в старых телевизорах и мониторах с ЭЛТ.

Поскольку вертикальные и горизонтальные перемещения выполняются неоднократно, механическая настройка требует гораздо более простой процедуры, чем векторное сканирование.Кроме того, поскольку изображение разделено на отдельные элементы, его намного проще программировать.

Основным недостатком растрового сканирования является то, что луч проходит через все элементы изображения, даже те, которые не нужно освещать, в результате чего изображение становится более тусклым. Но из-за простоты этот метод я выбрал для своего лазерного проектора.

Для перемещения лазерного луча вдоль линии (по горизонтали) есть очень удобный метод: использовать зеркало, вращающееся с постоянной скоростью.Поскольку вращение непрерывно, вы можете перемещать луч довольно быстро. Но переместить луч на другую линию сложнее.

Самый простой вариант - использовать несколько лазеров, направленных на вращающееся зеркало. Недостатком является то, что количество отображаемых линий будет определяться количеством используемых лазеров, что усложняет настройку, плюс вам потребуется довольно высокое зеркало. Но есть и плюсы - единственная движущаяся часть всей системы - это зеркало (меньше ломается), а использование нескольких лазеров может сделать изображение ярче.Вот пример проектора, построенного таким образом.

Другой метод сканирования, часто встречающийся в Интернете, - это комбинирование вертикального и горизонтального сканирования с использованием вращающегося зеркального барабана, где отдельные «грани» расположены под разными углами к оси вращения. Эта конфигурация зеркала заставляет лазерный луч отражаться под разными вертикальными углами, когда зеркало вращается, создавая вертикальное сканирование.

Несмотря на то, что получившийся проектор по своей сути довольно прост (вам нужен только лазер, зеркало с мотором и датчиком синхронизации), у этого метода есть большой недостаток - очень трудно построить многогранное зеркало дома.Обычно наклон «граней» должен быть идеально отрегулирован во время строительства, а требуемый уровень точности безумно высок.

Вот пример такого проектора.

Чтобы упростить для себя, я использовал другой метод сканирования - постоянно вращающееся зеркало для формирования горизонтального сканирования и периодически колеблющееся зеркало для вертикального сканирования.

Реализация


Горизонтальное сканирование

Где можно найти быстро вращающееся зеркало? Конечно, в старом лазерном принтере! В лазерных принтерах используется многоугольное зеркало, установленное поверх бесщеточного мотора, для сканирования лазерного луча вдоль бумаги.Двигатель обычно устанавливается сверху печатной платы, которая его контролирует.

У меня уже был зеркальный модуль от старого принтера:

Я не смог найти документацию для модуля или чипа внутри него, поэтому, чтобы определить расположение выводов модуля, мне пришлось перепроектировать его. Линии электропередачи легко найти - они подключены к единственному электролитическому конденсатору на печатной плате. Но простого включения двигателя недостаточно для его вращения - вам также необходимо подать тактовый сигнал для установки скорости вращения.Сигнал представляет собой простой меандр с частотой от 20 до 500-1000 Гц.

Чтобы найти правильную линию, я взял импульсный генератор, настроенный на 100 Гц, и подключил его (через резистор) к каждой доступной линии порта лазерного модуля. Как только сигнал поступает на правильную линию, двигатель начинает вращаться. Зеркало вращается достаточно быстро для наших целей - как будет показано позже, оно вращается со скоростью более 250 об / мин. Но, к сожалению, вращение двигателя сделало его довольно шумным. Это не проблема для моих экспериментов, но, безусловно, будет заметно, когда проектор будет готов и работает.Может быть, это можно смягчить, используя более новый зеркальный модуль или просто поместив модуль в коробку.

Laser

Для предварительных испытаний я использовал лазер от дешевой лазерной указки. Модуль должен быть настроен таким образом, чтобы он имел несколько степеней свободы - чтобы правильно направить лазер на зеркало.

Поскольку мы используем растровое сканирование, лазерный свет распределяется по всей области изображения, что делает изображение довольно тусклым - оно видно только в темноте.

Итак, гораздо позже, после того, как я успешно нарисовал изображение, я заменил лазерный модуль на более мощный - лазерный диод из DVD-плеера.

Предупреждение: лазеры DVD очень опасны и могут вас ослепить! При работе с лазером всегда используйте защитные очки!

И лазер, и многоугольные зеркальные модули были установлены на вершине небольшой деревянной доски. После подачи тактового сигнала на двигатель и подачи питания на лазер, вы должны направить лазер таким образом, чтобы луч попадал на края зеркала. В результате, пока зеркало вращается, вы получаете длинную горизонтальную линию.
Синхронизирующий фотодатчик

Чтобы микроконтроллер мог отслеживать положение движущегося лазерного луча, нам нужен фотодатчик.Но для этой цели я использовал фотодиод, перекрытый куском картона с небольшим отверстием посередине. Необходимо более точно отслеживать момент попадания луча на фотодиод.

Вот система крепления для фотодиода (без картона):

При нормальной работе отраженный лазерный луч должен сначала попадать на фотодиод, и только потом - зеркало вертикального сканирования.

После установки датчика я проверил его, подавая напряжение через резистор и наблюдая за сигналом с помощью осциллографа - его амплитуды было достаточно, чтобы подключить датчик непосредственно к входу GPIO микроконтроллера.

Вертикальное сканирование

Как я упоминал ранее, я использовал периодически колеблющееся зеркало для формирования вертикального сканирования. Как ты ведешь это? Самый простой способ - использовать электромагнит. Иногда люди просто монтируют зеркала на верхнюю часть компьютерных колонок, но это не особенно желательный вариант (результаты противоречивы, слишком сложно откалибровать).

В своей сборке я использовал двигатель BLDC от DVD-плеера для управления зеркалом вертикального сканирования. Так как проектор был предназначен для вывода текста, рисовать было не так много, а это означало, что зеркало должно быть только слегка наклонено.

Двигатель BLDC состоит из трех катушек, которые вместе составляют статор. Если одна из катушек подключена к положительно заряженному источнику питания, а две другие поочередно подключены к отрицательно заряженному источнику, ротор двигателя будет колебаться. Максимальная угловая развертка определяется конфигурацией двигателя, а именно - количеством полюсов. Для двигателя DVD это не превышает 30 градусов. Поскольку этот двигатель довольно мощный и простой в управлении (требуются только две клавиши), этот двигатель очень хорошо подходит для нашей цели создания текстового лазерного проектора.

Так выглядит мотор с подключенным зеркалом:

Обратите внимание, что отражающая поверхность зеркала должна быть спереди - это значит, что она не закрыта стеклом.

Обзор

Вот как выглядит проектор в сборе:

Проекционный модуль рядом:

Многоугольное зеркало движется по часовой стрелке, поэтому лазерный луч перемещается слева направо.

Мощный лазерный диод DVD уже установлен (внутри коллиматора).Зеркало вертикальной развертки настроено таким образом, чтобы проецируемое изображение было направлено - в моем случае, к потолку моей комнаты.

Как видно из рисунка, лазер и механические части проектора управляются микроконтроллером STM32F103, установленным на небольшой отладочной плате (Blue Pill). Эта плата установлена ​​в макете.

Схема устройства:

Как я упоминал ранее, для управления двигателем с многоугольным зеркалом нам нужен только один сигнал - тактовый сигнал (POLY_CLOCK), который генерируется одним из таймеров STM32, работающих в режиме ШИМ.Его частота и коэффициент заполнения остаются неизменными во время работы проектора. Для питания двигателя я использую отдельный источник питания 12 В.

Два ШИМ-сигнала для управления зеркалом вертикального сканирования генерируются другим таймером микроконтроллера. Эти сигналы передаются через микросхему ULN2003A, которая управляет двигателем DVD. Таким образом, устанавливая различные коэффициенты заполнения для каналов ШИМ того времени, мы можем изменить угол поворота двигателя.

К сожалению, текущая версия проектора не предоставляет информацию о расположении зеркала.Это означает, что микроконтроллер может управлять зеркалами, но он не «знает» о своем текущем положении. Инерция ротора и индуктивность катушек вызывают некоторые задержки при изменении направления вращения.

Благодаря всему этому есть два основных следствия:

  • Плотность линий не постоянна, поскольку скорость вращения зеркала не может контролироваться;
  • Многие линии не работают. Зеркало вертикального сканирования колеблется в циклах, поэтому некоторые линии могут выводиться вверх дном, а другие - вверх дном.В результате, поскольку мы не можем отслеживать положение, линии могут отображаться только тогда, когда двигатель вращается определенным образом. Поскольку отображается только половина строк, яркость изображения уменьшается вдвое.

Тем не менее, отсутствие обратной связи делает устройство довольно простым в сборке.

Процесс формирования изображения также довольно прост:

  • Каждый раз, когда лазерный луч попадает на фотодиод, микроконтроллер генерирует прерывание. При этом прерывании текущая скорость горизонтального сканирования рассчитывается MCU.После этого специальный таймер синхронизации сбрасывается.
  • Этот таймер синхронизации генерирует собственные прерывания в определенные моменты во время горизонтального сканирования.
  • В частности, через некоторое время после синхронизации должен формироваться сигнал управления лазером. Мое устройство формирует его с помощью комбинации DMA + SPI. По сути, эти модули передают строку изображения на выход MOSI SPI в нужное время, по одному биту за раз.
  • После завершения вывода изображения лазер должен быть снова включен, чтобы фотодиод мог снова принять свой луч.

Лазерная модуляция осуществляется с помощью одного из ключей чипа ULN2003A. Резистор R3 необходим для защиты лазерного диода от перегрузки по току. Он установлен прямо на конце лазерного кабеля, изолирован. Для питания лазера я использовал подвесной источник питания. Важно контролировать потребление тока лазера и убедиться, что оно находится в допустимом диапазоне для конкретного лазерного диода.

Пример изображения (высота 8 строк):

Текст несколько не пропорционален, потому что проектор направлен на стену под углом.В настоящее время каждый цикл вертикального сканирования составляет 32 шага (1 шаг означает поворот многоугольного зеркала на 1 край).

Проектор может отображать 14 различных строк: все, что после этого начинает смешиваться с другими линиями, искажая изображение.

На фотографии в начале также используется 8-строчный шрифт, который позволяет несколько хорошо отображать даже две строки текста.

Шрифты 11x7 и 6x4 также поддерживаются в коде:

Пример «бегущего текста»:


Видео заставляет изображение мерцать вертикально, но на самом деле оно не видно.

Проект на GitHub.


Смотрите также


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