Je možné vyrobit generátor z běžného elektromotoru?

Elektrikáři se již dávno naučili těžit z principu reverzibility elektrických strojů: když se zdánlivě nepotřebný třífázový motor dostane do rukou, lze jej odpojit z domácí sítě nebo vyrobit elektrickou energii zdarma.

Ale v tomto materiálu nebudeme „věšet nudle“ o volné a volné energii nebo o „géniích“, kteří připojili žárovku k baterii. Tak:

Asynchronní motory

Článek popisuje, jak postavit třífázový (jednofázový) generátor 220/380 V na bázi asynchronního střídavého motoru. Třífázový asynchronní elektromotor, vynalezený na konci 19. století ruským elektroinženýrem M.O. Dolivo-Dobrovolsky, nyní získal převládající distribuci v průmyslu a zemědělství, stejně jako v každodenním životě.

Asynchronní elektromotory jsou provozně nejjednodušší a nejspolehlivější. Proto ve všech případech, kdy je to v podmínkách elektrického pohonu přípustné a není potřeba kompenzace jalového výkonu, by měly být použity asynchronní střídavé motory.

Existují dva hlavní typy asynchronních motorů: s rotorem nakrátko a s vinutým rotorem. Asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko se skládá ze stacionární části – statoru a pohyblivé části – rotoru, rotující v ložiskách uložených ve dvou motorových štítech. Jádra statoru a rotoru jsou vyrobena ze samostatných plechů z elektrooceli, které jsou vzájemně izolované. V drážkách jádra statoru je umístěno vinutí z izolovaného drátu. Do drážek jádra rotoru se umístí vinutí tyče nebo se nalije roztavený hliník. Propojovací kroužky zkratují vinutí rotoru na koncích (odtud název zkratované). Na rozdíl od rotoru s klecí nakrátko je vinutí vyrobené jako statorové vinutí umístěno ve štěrbinách fázově vinutého rotoru. Konce vinutí jsou přivedeny na sběrací kroužky namontované na hřídeli. Kartáče se posouvají po kroužcích a spojují vinutí se spouštěcím nebo kontrolním reostatem.

Asynchronní elektromotory s fázovým rotorem jsou dražší zařízení, vyžadují kvalifikovanou údržbu, jsou méně spolehlivé, a proto se používají pouze v těch odvětvích, ve kterých je nelze obejít. Z tohoto důvodu nejsou příliš časté a nebudeme je dále zvažovat.

Generátor asynchronního nebo indukčního typu je speciální druh zařízení, které využívá střídavý proud a má schopnost reprodukovat elektřinu. Hlavním rysem jsou poměrně rychlé otáčky rotoru, z hlediska rychlosti otáčení tohoto prvku značně převyšuje synchronní variantu.

Jednou z hlavních výhod je možnost použití tohoto zařízení bez výrazných změn obvodů nebo zdlouhavého ladění.

Jednofázovou verzi indukčního generátoru lze připojit tak, že k němu přivedete potřebné napětí, což bude vyžadovat připojení ke zdroji energie. Řada modelů však produkuje samobuzení, tato schopnost jim umožňuje pracovat v režimu nezávislém na jakýchkoli vnějších zdrojích.

To se provádí postupným uvedením kondenzátorů do provozního stavu.

Obvod generátoru z asynchronního motoru

Pro zvětšení klikněte na obrázek

Prakticky v každém stroji elektrického typu, konstruovaném jako generátor, jsou 2 různá aktivní vinutí, bez kterých není provoz zařízení možný:

• Budicí vinutí, které je umístěno na speciální kotvě.
• Statorové vinutí, které je zodpovědné za tvorbu elektrického proudu, tento proces probíhá uvnitř něj.

Aby bylo možné vizualizovat a přesněji porozumět všem procesům, které se vyskytují během provozu generátoru, nejlepší možností by bylo podrobněji zvážit schéma jeho provozu:

• Napětí dodávané z baterie nebo jiného zdroje vytváří magnetické pole ve vinutí kotvy.
• Otáčení prvků zařízení spolu s magnetickým polem lze realizovat různými způsoby, včetně ručního.
• Magnetické pole rotující určitou rychlostí generuje elektromagnetickou indukci, díky které se ve vinutí objeví elektrický proud.
• Naprostá většina dnes používaných obvodů nemá schopnost zajistit vinutí kotvy napětím, je to způsobeno přítomností rotoru s kotvou nakrátko v konstrukci. Proto bez ohledu na rychlost a dobu otáčení hřídele budou napájecí svorky zařízení stále bez napětí.

Při přeměně motoru na generátor je nezávislé vytvoření pohybujícího se magnetického pole jednou z hlavních a nepostradatelných podmínek.

Generátorové zařízení

Pro zvětšení klikněte na obrázek

Před provedením jakékoli akce pro přeměnu indukčního motoru na generátor je nutné pochopit zařízení tohoto stroje, které vypadá takto:

• Na jeho pracovní ploše je umístěn stator, který je vybaven síťovým vinutím se 3 fázemi.
• Vinutí je uspořádáno tak, že svým tvarem připomíná hvězdu: 3 počáteční prvky jsou vzájemně spojeny a 3 protilehlé strany jsou spojeny s sběrnými kroužky, které nemají žádné body vzájemného kontaktu.
• Skluzné kroužky jsou bezpečně připevněny k hřídeli rotoru.
• Konstrukce obsahuje speciální kartáče, které neprovádějí žádné nezávislé pohyby, ale pomáhají zapnout reostat se třemi fázemi. To umožňuje změnit parametry odporu vinutí umístěného na rotoru.
• Ve vnitřním zařízení je často takový prvek, jako je automatický zkrat, který je nezbytný pro zkratování vinutí a zastavení reostatu, který je v provozním stavu.
• Dalším doplňkovým prvkem generátorového zařízení může být speciální zařízení, které rozprostírá kartáče a sběrací kroužky v okamžiku, kdy procházejí uzavíracím stupněm. Takové opatření přispívá k výraznému snížení ztrát třením.

Výroba generátoru z motoru

Ve skutečnosti lze jakýkoli asynchronní elektromotor přeměnit vlastníma rukama na zařízení, které funguje jako generátor, který pak lze použít v každodenním životě. K tomuto účelu může být vhodný i motor převzatý ze staré pračky nebo jiného domácího vybavení.

Aby byl tento proces úspěšně implementován, doporučuje se dodržovat následující algoritmus akcí:

• Odstraňte vrstvu jádra motoru, která vytvoří prohlubeň v jeho struktuře.
• To lze provést na soustruhu, doporučuje se ubrat 2 mm. kolem jádra a vytvořte další otvory o hloubce asi 5 mm.
• Z výsledného rotoru vezměte rozměry a poté z cínového materiálu vyrobte šablonu ve formě proužku, který bude odpovídat rozměrům zařízení.
• Do vzniklého volného prostoru nainstalujte neodymové magnety, které je nutné zakoupit předem. Pro každý pól je potřeba alespoň 8 magnetických prvků.
• Magnety lze fixovat pomocí univerzálního superlepidla, ale je třeba mít na paměti, že při přiblížení k povrchu rotoru změní svou polohu, takže je třeba je pevně držet rukou, dokud není každý prvek přilepen. Kromě toho se během tohoto procesu doporučuje používat ochranné brýle, aby nedošlo k potřísnění očí lepidlem.
• Rotor omotejte obyčejným papírem a páskou, která bude potřeba k jeho zajištění.
• Koncovou část rotoru uzavřete plastelínou, která zajistí utěsnění zařízení.
• Po dokončených akcích je nutné zpracovat volné dutiny mezi magnetickými prvky. K tomu je třeba zbývající volný prostor mezi magnety vyplnit epoxidem. Nejvhodnější bude vyříznout speciální otvor ve skořápce, přeměnit jej na krk a uzavřít okraje plastelínou. Uvnitř lze nalít pryskyřici.
• Počkejte, až naplněná pryskyřice zcela ztuhne, a poté lze ochranný papírový obal odstranit.
• Rotor musí být upevněn pomocí stroje nebo svěráku tak, aby mohl být opracován, což spočívá v broušení povrchu. Pro tyto účely můžete použít brusný papír se střední zrnitostí.
• Určete stav a účel kabelů vycházejících z motoru. Dvě by měly vést k pracovnímu vinutí, zbytek lze odříznout, aby nedošlo k záměně v budoucnu.
• Někdy se proces otáčení provádí poměrně špatně, nejčastěji jsou příčinou stará opotřebovaná a těsná ložiska, v takovém případě je lze vyměnit za nové.
• Usměrňovač pro generátor lze sestavit ze speciálních křemíkových diod, které jsou určeny přímo pro tento účel. K nabíjení budete potřebovat i ovladač, hodí se prakticky všechny moderní modely.

Po provedení všech výše uvedených akcí lze proces považovat za dokončený, asynchronní motor byl přeměněn na generátor stejného typu.

Hodnocení úrovně efektivity – je to ziskové?

Generování elektrického proudu elektromotorem je zcela reálné a v praxi proveditelné, hlavní otázkou je, jak je ziskové?

Srovnání je provedeno především se synchronní verzí podobného zařízení, ve kterém není elektrický budicí obvod, ale i přes tuto skutečnost není jeho zařízení a konstrukce jednodušší.

To je způsobeno přítomností kondenzátorové banky, což je extrémně technicky složitý prvek, který asynchronní generátor nemá.

Hlavní výhodou asynchronního zařízení je, že dostupné kondenzátory nevyžadují žádnou údržbu, protože veškerá energie je přenášena z magnetického pole rotoru a proudu, který vzniká při provozu generátoru.

Elektrický proud vznikající při provozu nemá prakticky žádné vyšší harmonické, což je další podstatná výhoda.

Asynchronní zařízení nemají jiné výhody, kromě zmíněných, ale mají řadu významných nevýhod:

Při jejich provozu není možné zajistit jmenovité průmyslové parametry elektrického proudu, který generátor generuje.

Vysoký stupeň citlivosti i na sebemenší změny parametrů zátěže.

Při překročení přípustných parametrů zátěže na generátoru bude detekován nedostatek elektřiny, po kterém nebude možné dobíjení a proces výroby bude zastaven. K odstranění tohoto nedostatku se často používají baterie s významnou kapacitou, které mají schopnost měnit svůj objem v závislosti na velikosti aplikovaného zatížení.

Elektrický proud generovaný asynchronním generátorem podléhá častým změnám, jejichž povaha je neznámá, je náhodná a nelze ji vysvětlit vědeckými argumenty.

Nemožnost zohlednění a odpovídající kompenzace takových změn vysvětluje skutečnost, že taková zařízení nezískala popularitu a nejsou široce používána v nejzávažnějších průmyslových odvětvích nebo domácích pracích.

Na závěr několik obecných rad.

1. Alternátor je nebezpečné zařízení. 380 V používejte pouze v nezbytně nutných případech, ve všech ostatních případech použijte 220 V.

2. Podle bezpečnostních požadavků musí být generátor vybaven uzemněním.

3. Věnujte pozornost tepelným podmínkám generátoru. „Nemá rád“ volnoběh. Tepelnou zátěž lze snížit pečlivějším výběrem kapacity budicích kondenzátorů.

4. Nenechte se mýlit výkonem elektrického proudu generovaného generátorem. Pokud se během provozu třífázového generátoru použije jedna fáze, pak její výkon bude 1/3 celkového výkonu generátoru, pokud dvě fáze – 2/3 celkového výkonu generátoru.

5. Frekvence střídavého proudu generovaného generátorem může být nepřímo řízena výstupním napětím, které by v režimu “naprázdno” mělo být o 4 . 6% vyšší než průmyslová hodnota 220/380 V.

Článek popisuje, jak postavit třífázový (jednofázový) generátor 220/380 V na bázi asynchronního střídavého motoru. Třífázový asynchronní elektromotor, vynalezený na konci 19. století ruským elektroinženýrem M.O. Dolivo-Dobrovolsky, nyní získal převládající distribuci v průmyslu a zemědělství, stejně jako v každodenním životě.

Asynchronní elektromotory jsou provozně nejjednodušší a nejspolehlivější. Proto ve všech případech, kdy je to v podmínkách elektrického pohonu přípustné a není potřeba kompenzace jalového výkonu, by měly být použity asynchronní střídavé motory.

Existují dva hlavní typy asynchronních motorů: s rotorem nakrátko a fáze rotor. Asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko se skládá z pevné části – statoru a pohyblivé části – rotoru, rotující v ložiskách uložených ve dvou motorových štítech. Jádra statoru a rotoru jsou vyrobena ze samostatných vzájemně od sebe izolovaných plechů z elektrooceli. V drážkách jádra statoru je položeno vinutí z izolovaného drátu. Do drážek jádra rotoru se umístí vinutí tyče nebo se nalije roztavený hliník. Propojovací kroužky zkratují vinutí rotoru na koncích (odtud název – zkratované). Na rozdíl od rotoru s kotvou nakrátko je v drážkách fázového rotoru umístěno vinutí vyrobené podle typu vinutí statoru. Konce vinutí jsou vyvedeny na sběrací kroužky namontované na hřídeli. Kartáče se posouvají po kroužcích a spojují vinutí se spouštěcím nebo nastavovacím reostatem.

Asynchronní elektromotory s fázovým rotorem jsou dražší zařízení, vyžadují kvalifikovanou údržbu, jsou méně spolehlivé, a proto se používají pouze v těch odvětvích, ve kterých je nelze obejít. Z tohoto důvodu nejsou příliš časté a nebudeme je dále zvažovat.

Proud protéká vinutím statoru, který je zařazen do třífázového obvodu a vytváří rotující magnetické pole. Magnetické siločáry rotujícího pole statoru křižují tyče vinutí rotoru a indukují v nich elektromotorickou sílu (EMF). Při působení tohoto EMF protéká proud ve zkratovaných rotorových tyčích. Kolem tyčí vznikají magnetické toky, vytvářející společné magnetické pole rotoru, které spolupůsobením s rotujícím magnetickým polem statoru vytváří sílu, díky níž se rotor otáčí ve směru rotace magnetického pole statoru.

Rychlost otáčení rotoru je o něco menší než rychlost otáčení magnetického pole vytvářeného vinutím statoru. Tento ukazatel se vyznačuje skluzem S a je u většiny motorů v rozmezí od 2 do 10 %.

Nejčastěji se používá v průmyslových instalacích třífázové asynchronní elektromotory, které jsou vyráběny formou unifikovaných sérií. Patří mezi ně jediná řada 4A s rozsahem jmenovitého výkonu od 0,06 do 400 kW, jejíž stroje se vyznačují vysokou spolehlivostí, dobrým výkonem a splňují úroveň světových standardů.

Autonomní asynchronní generátory jsou třífázové stroje, které přeměňují mechanickou energii primárního motoru na střídavou elektrickou energii. Jejich nepochybnou výhodou oproti jiným typům generátorů je absence mechanismu kolektor-kartáč a v důsledku toho větší životnost a spolehlivost.

Provoz asynchronního elektromotoru v generátorovém režimu

Je-li asynchronní motor odpojený od sítě uveden do rotace z libovolného primárního motoru, pak se v souladu s principem reverzibility elektrických strojů při dosažení synchronních otáček vytvoří na svorkách statorového vinutí pod vinutím určité EMF. vliv zbytkového magnetického pole. Pokud je nyní na svorky vinutí statoru připojena baterie kondenzátorů C, pak ve vinutí statoru poteče vedoucí kapacitní proud, který je v tomto případě magnetizující.

Kapacita baterie C musí překročit určitou kritickou hodnotu C0, která závisí na parametrech autonomního asynchronního generátoru: pouze v tomto případě se generátor samobudí a na vinutí statoru je instalován třífázový symetrický napěťový systém. Hodnota napětí v konečném důsledku závisí na vlastnostech stroje a kapacitě kondenzátorů. Asynchronní motor s kotvou nakrátko může být přeměněn na asynchronní generátor.

Standardní schéma pro zapínání asynchronního elektromotoru jako generátoru.

Kapacitu můžete zvolit tak, aby se jmenovité napětí a výkon asynchronního generátoru rovnaly napětí a výkonu, když pracuje jako elektromotor.

V tabulce 1 jsou uvedeny kapacity kondenzátorů pro buzení asynchronních generátorů (U=380 V, 750….1500 ot/min). Zde je jalový výkon Q určen vzorcem:

Q u0,314d 2 U 10 C 6-XNUMX,

kde C je kapacita kondenzátorů, uF.

Výkon generátoru, kVA	Volnoběh		Plně naložen
	kapacita, uF	jalový výkon, kvar	cos = 1		cos = 0,8
			kapacita, uF	jalový výkon, kvar	kapacita, uF	jalový výkon, kvar
2,0 3,5 5,0 7,0 10,0 15,0	28 45 60 74 92 120	1,27 2,04 2,72 3,36 4,18 5,44	36 56 75 98 130 172	1,63 2,54 3,40 4,44 5,90 7,80	60 100 138 182 245 342	2,72 4,53 6,25 8,25 11,1 15,5

Jak je z výše uvedených údajů patrné, induktivní zatížení asynchronního generátoru, které snižuje účiník, způsobuje prudký nárůst potřebné kapacity. Pro udržení konstantního napětí s rostoucí zátěží je nutné zvýšit kapacitu kondenzátorů, to znamená připojit další kondenzátory. Tuto okolnost je nutno považovat za nevýhodu asynchronního generátoru.

Frekvence otáčení asynchronního generátoru v normálním režimu musí překročit asynchronní o velikost skluzu S = 2 . 10 % a odpovídat synchronní frekvenci. Nedodržení této podmínky povede k tomu, že frekvence generovaného napětí se může lišit od průmyslové frekvence 50 Hz, což povede k nestabilnímu provozu frekvenčně závislých spotřebičů elektřiny: elektrických čerpadel, praček, zařízení s a. vstup transformátoru.

Zvláště nebezpečné je snížení generované frekvence, protože v tomto případě klesá indukční odpor vinutí elektromotorů a transformátorů, což může způsobit jejich zvýšené zahřívání a předčasné selhání.

Jako asynchronní generátor lze bez úprav použít klasický asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko příslušného výkonu. Výkon elektromotoru-generátoru je dán výkonem připojených zařízení. Energeticky nejnáročnější z nich jsou:

• Svařovací transformátory pro domácnost;
• elektrické pily, elektrické spojky, drtiče obilí (výkon 0,3 . 3 kW);
• elektrické pece typu „Rossiyanka“, „Dream“ s výkonem do 2 kW;
• elektrické žehličky (výkon 850 . 1000 W).

Zvláště se chci věnovat provozu domácích svařovacích transformátorů. Jejich připojení k autonomnímu zdroji elektrické energie je nanejvýš žádoucí, protože. při provozu z průmyslové sítě vytvářejí řadu nepříjemností pro ostatní spotřebitele elektřiny.

Pokud je domácí svařovací transformátor navržen pro práci s elektrodami o průměru 2 . 3 mm, pak je jeho celkový výkon přibližně 4 . 6 kW, výkon asynchronního generátoru pro jeho napájení by měl být do 5 .. 7 kW. Pokud domácí svařovací transformátor umožňuje provoz s elektrodami o průměru 4 mm, pak v nejobtížnějším režimu – „řezání“ kovu může celkový spotřebovaný výkon dosáhnout 10 . 12 kW, výkon asynchronního generátor by měl být v rozmezí 11 . 13 kW.

Jako třífázovou kondenzátorovou banku je dobré použít tzv. kompenzátory jalového výkonu, určené pro zlepšení cosφ v průmyslových osvětlovacích sítích. Jejich typové označení: KM1-0,22-4,5-3U3 nebo KM2-0,22-9-3U3, které se dešifruje následovně. KM – kosinusové kondenzátory napuštěné minerálním olejem, první číslice je velikost (1 nebo 2), dále napětí (0,22 kV), výkon (4,5 nebo 9 kvar), dále číslo 3 nebo 2 znamená třífázový nebo jednoduchý -fázové provedení, U3 (mírné klima třetí kategorie).

V případě vlastní výroby baterie byste měli používat kondenzátory jako MBGO, MBGP, MBGT, K-42-4 atd. pro provozní napětí minimálně 600 V. Elektrolytické kondenzátory nelze použít.

Výše uvedenou možnost připojení třífázového elektromotoru jako generátoru lze považovat za klasickou, nikoli však jedinou. Existují i ​​jiné způsoby, které v praxi fungují stejně dobře. Například, když je kondenzátorová baterie připojena k jednomu nebo dvěma vinutím elektromotoru-generátoru.

Dvoufázový režim asynchronního generátoru.

Obr.2 Dvoufázový režim asynchronního generátoru.

Takové schéma by mělo být použito, když není potřeba získat třífázové napětí. Tato možnost spínání snižuje pracovní kapacitu kondenzátorů, snižuje zatížení primárního mechanického motoru v klidovém režimu a tak dále. šetří „vzácné“ palivo.

Jako nízkoenergetické generátory, které produkují střídavé jednofázové napětí 220 V, můžete použít jednofázové asynchronní elektromotory s kotvou nakrátko pro domácí použití: z praček jako Oka, Volga, zavlažovacích čerpadel Agidel, BCN atd. Mají kondenzátorovou banku zapojenou paralelně s pracovním vinutím nebo používají stávající kondenzátor s fázovým posunem připojený ke startovacímu vinutí. Kapacita tohoto kondenzátoru může být potřeba mírně zvýšit. Jeho hodnota bude určena povahou zátěže připojené ke generátoru: pro aktivní zátěž (elektrické pece, žárovky, elektrické páječky) je nutná malá kapacita, indukční zátěž (elektromotory, televize, ledničky) vyžaduje více .

Obr.3 Nízkoenergetický generátor z jednofázového asynchronního motoru.

Nyní pár slov o hlavním hybateli, který bude pohánět generátor. Jak víte, jakákoli transformace energie je spojena s jejími nevyhnutelnými ztrátami. Jejich hodnota je dána účinností zařízení. Proto musí výkon mechanického motoru převyšovat výkon asynchronního generátoru o 50 . 100 %. Například s výkonem asynchronního generátoru 5 kW by měl být výkon mechanického motoru 7,5 . 10 kW. Pomocí převodového mechanismu jsou sladěny otáčky mechanického motoru a generátoru tak, že pracovní režim generátoru je nastaven na průměrné otáčky mechanického motoru. V případě potřeby můžete krátkodobě zvýšit výkon generátoru zvýšením otáček mechanického motoru.

Každá autonomní elektrárna musí obsahovat nezbytné minimum nástavců: střídavý voltmetr (se stupnicí do 500 V), měřič frekvence (nejlépe) a tři spínače. Jeden spínač připojuje zátěž ke generátoru, další dva spínají budicí obvod. Přítomnost spínačů v budicím obvodu usnadňuje start mechanického motoru a také umožňuje rychle snížit teplotu vinutí generátoru, po skončení práce se rotor nevybuzeného generátoru otáčí z mechanického motoru pro některé čas. Tento postup prodlužuje aktivní životnost vinutí generátoru.

Pokud má generátor napájet zařízení, které je běžně připojeno k elektrické síti (například osvětlení v obytném domě, domácí spotřebiče), je nutné zajistit dvoufázový spínač, který toto zařízení odpojí od průmyslové sítě. během provozu generátoru. Oba vodiče musí být odpojeny: „fáze“ a „nula“.

Na závěr několik obecných rad.

1. Alternátor je nebezpečné zařízení. 380V používejte pouze v případě, že je to nezbytně nutné, jinak použijte 220V.

2. Podle bezpečnostních požadavků musí být generátor vybaven uzemněním.

3. Věnujte pozornost tepelnému režimu generátoru. „Nemá rád“ volnoběh. Snížit tepelné zatížení je možné pečlivějším výběrem kapacity budicích kondenzátorů.

4. Nenechte se mýlit výkonem elektrického proudu generovaného generátorem. Pokud se během provozu třífázového generátoru použije jedna fáze, pak její výkon bude 1/3 celkového výkonu generátoru, pokud dvě fáze – 2/3 celkového výkonu generátoru.

5. Frekvence střídavého proudu generovaného generátorem může být nepřímo řízena výstupním napětím, které by v „klidovém“ režimu mělo být o 4 . 6 % vyšší než průmyslová hodnota 220/380 V.