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.
Kdo je obeznámen s konstrukcí asynchronního motoru, dobře ví, že v generátorovém režimu nebude fungovat jednoduše. Celým bodem je absence magnetického pole schopného vytvořit elektromotorickou sílu ve vinutí jeho statoru. Co se ale stane, když rotor motoru upravíte permanentními magnety? Výsledkem by měl být v podstatě generátor schopný přeměňovat mechanickou energii na elektrický proud. Pojďme zkontrolovat.
Bude to trvat
- , ve velkém množství a v různých formách lze zakoupit na AliExpress.
- Dvousložkové lepidlo – epoxidová pryskyřice.
- Maskovací páska
Přeměna asynchronního motoru na generátor střídavého proudu
Pro případ poškození statoru kontrolujeme. A rozhodujeme o střídání permanentních magnetů.
Vyvrtáme slepé otvory podle průměru a tloušťky magnetů. Epoxidovou pryskyřici naředíme a magnety vlepíme zarovnaně do prohlubní.
Kontrola generátoru
Nyní připojíme zátěž. Jedná se o zářivku 220V a 5W. Vzhledem k tomu, že motor je třífázový, pro soustředění energie do jednoho bodu přepojíme volné vinutí kondenzátorem.
Výkon, napětí, požadovaný točivý moment – to vše bude záviset na modelu konkrétního elektromotoru.
Závěr
V tomto příkladu máme generátor, který vyžaduje vysoké rychlosti. Teoreticky se to dá samozřejmě použít řekněme ve větrném mlýně a odstranit malé napětí cca 20-30 V. Bude to fungovat docela dobře, jelikož se v něm prakticky nedrží žádné magnetické a vítr roztáčí lopatky bez jakékoli úsilí navíc.
