Преимущество современного генератора в том, что он производит более высокое качество электроэнергии и может быть легко синхронизирован с другими генераторами аналогичной конструкции. Однако современные генераторы переменного тока более подвержены перегрузкам и коротким замыканиям. Они дороже своих асинхронных аналогов и более требовательны в обслуживании — необходимо следить за состоянием щеток.
Самодельный асинхронный генератор
Бытовые приборы и промышленное оборудование нуждаются в источнике питания. Существуют различные способы выработки электроэнергии. Но самым перспективным и экономичным способом выработки электроэнергии сегодня являются электродвигатели. Асинхронный генератор оказался самым простым в изготовлении, самым дешевым и самым надежным в эксплуатации, так как он вырабатывает львиную долю электроэнергии, которую мы используем.
Применение электрических машин этого типа определяется их преимуществами. Асинхронные генераторы, в отличие от современных генераторов, предлагают
- более высокая степень надежности
- более длительный срок службы,
- эффективность,
- минимальные затраты на техническое обслуживание.
Эти и другие особенности асинхронных генераторов были учтены в их конструкции.
Устройство и принцип работы
Наиболее важными функциональными частями асинхронного генератора являются ротор (подвижная часть) и статор (неподвижная часть). На рисунке 1 ротор находится справа, а статор — слева. Обратите внимание на конструкцию ротора. На нем нет витков медной проволоки. Обмотки есть, но они сделаны из алюминиевых стержней, закороченных в гнезда с обеих сторон. На фотографии стержни показаны в виде скошенных линий.
Конструкция короткозамкнутых обмоток образует так называемую «беличью клетку». Внутренняя часть этой клетки заполнена стальными пластинами. Алюминиевые стержни фактически запрессованы в пазы сердечника ротора.
Рисунок 1. Ротор и статор асинхронного генератора.
Асинхронная машина, описанная выше, называется генератором с короткозамкнутой клеткой. Тот, кто знаком с устройством асинхронного двигателя, наверняка заметил сходство в конструкции этих двух машин. По сути, они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и двигатель с короткозамкнутой клеткой по сути идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых при работе генератора.
Ротор установлен на валу, опирающемся на подшипники, которые с обеих сторон закреплены крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Для генераторов средней и высокой мощности требуется охлаждение, поэтому на валу устанавливается дополнительный вентилятор, а сам корпус имеет оребрение (см. рис. 2).
Рис. 2. Полный асинхронный генератор
Принцип действия
По определению, генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Не имеет значения, вращается ли ротор с помощью энергии ветра, потенциальной энергии воды или внутренней энергии, преобразованной в механическую энергию турбиной или двигателем внутреннего сгорания.
При вращении ротора линии магнитного поля, создаваемые остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. Катушки генерируют электромагнитное напряжение, которое, при подключении активных нагрузок, создает ток в их цепях.
В этом случае важно, чтобы частота вращения синхронного вала была немного (примерно на 2 — 10%) выше синхронной частоты переменного тока (определяется числом полюсов статора). Другими словами, асинхронная скорость (рассогласование) должна обеспечиваться величиной скольжения ротора.
Следует отметить, что ток, полученный таким образом, будет низким. Чтобы увеличить выходную мощность, необходимо увеличить магнитную индукцию. Мощность увеличивается за счет подключения конденсаторов к выводам катушек статора.
На рисунке 3 показана принципиальная схема асинхронного сварочного генератора с конденсаторным возбуждением (левая часть рисунка). Обратите внимание, что конденсаторы возбуждения соединены в треугольник. Правая часть рисунка — это собственно схема самого паяльного инвертора.
Классификация
Генераторы короткого замыкания являются наиболее распространенными из-за простоты конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: генераторы с фазным ротором и устройства с постоянными магнитами, образующими цепь возбуждения.
На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева — асинхронная машина с короткозамкнутым сепаратором, справа — асинхронная машина на базе асинхронного двигателя с фазным ротором. Даже беглый взгляд на электрические схемы показывает сложную конструкцию ротора с фазной обмоткой. Особенно впечатляют контактные кольца (4) и механизм удержания щеток (5). Цифрой 3 обозначены пазы для намотки проволоки, которая должна находиться под натяжением.
Рисунок 5. Типы асинхронных генераторов
Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество вырабатываемого тока, но жертвует такими преимуществами, как простота и надежность. Поэтому эти устройства используются в качестве автономного источника питания только в тех случаях, когда без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах в основном используются при производстве генераторов малой мощности.
Так называется устройство, которое преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию, а затем в электричество. Ветрогенераторы оснащены лопастями ротора, которые приводятся в движение ветром при встрече с ветром. Их можно поворачивать как по вертикали, так и по горизонтали.
Что такое электрический генератор?
Генератор — это машина, которая преобразует механическую и тепловую энергию в электричество. В этом отношении он является полной противоположностью асинхронного двигателя по принципу и принципу работы. Наиболее распространенным типом генератора электроэнергии является индукционный генератор.
Как мы помним из теории, упомянутой выше, это возможно только в том случае, если магнитные поля статора и ротора поменялись местами. Отсюда следует логический вывод (также с учетом упомянутого в начале принципа обратимости) — теоретически возможно сделать генератор из асинхронного генератора, более того, это задача, которую можно решить самостоятельно путем перемотки.
Работа двигателя в режиме генератора
Каждый асинхронный генератор используется как своего рода трансформатор, в котором механическая энергия от вращения вала двигателя преобразуется в переменный ток. Это возможно, если его скорость выше синхронной скорости (порядка 1500 об/мин). Классическую схему преобразования и подключения двигателя в трехфазном режиме можно легко собрать своими руками:
Чтобы достичь этой начальной скорости, необходимо приложить достаточно высокий крутящий момент (например, подключив двигатель внутреннего сгорания к бензиновому генератору или рабочее колесо к ветряной турбине). Как только достигается синхронная скорость, начинает работать поле конденсатора, которое генерирует емкостной ток. Это приводит к самовозбуждению обмоток статора и генерации тока (режим генерации).
Необходимым условием стабильной работы генератора этого типа в промышленной сети частотой 50 Гц является правильное поведение частоты:
- Его скорость должна быть выше асинхронной скорости (частоты самого двигателя) на величину скольжения (от 2 до 10 %),
- Значение частоты вращения генератора должно соответствовать синхронной частоте вращения.
Как самостоятельно собрать асинхронный генератор?
Обладая этими знаниями, смекалкой и умением работать с информацией, можно своими руками собрать или реконструировать рабочий генератор переменного тока из двигателя. Для этого необходимо выполнить точные действия в следующем порядке:
- Рассчитайте фактическую (асинхронную) частоту вращения двигателя, который будет использоваться в качестве электрогенератора. Используйте тахограф для определения скорости машины, подключенной к электросети,
- Определите синхронную скорость двигателя, которая также является асинхронной скоростью генератора. Учитывается величина проскальзывания (2-10%). Предположим, что измерения дают скорость 1450 об/мин. Требуемая частота генератора составит:
pGEN = (1.02…1.1)pDV= (1.02…1.1)-1450 = 1479…1595 об/мин,
- Выберите конденсатор с необходимой емкостью (используются стандартные таблицы сравнения данных).
Точка может быть установлена здесь, но если требуется однофазное напряжение 220 В, то работа такого устройства требует введения понижающего трансформатора по схеме выше.
