Самодельный генератор из асинхронного электродвигателя

Монтаж системы мотор-генератор

При монтаже генератора с мотором своими руками надо учитывать, что указанное количество номинальных оборотов используемого асинхронного электродвигателя на холостом ходу больше.

Схема мотор-генератора на ременной передаче

На двигателе в 900 об/м при холостом ходе будет 1230 об/м, чтобы получить на выходе генератора, переделанного из этого двигателя достаточную мощность, надо иметь количество оборотов на 10% больше холостого хода:

1230 + 10% =1353 об/м.

Ременная передача рассчитывается по формуле:

Vг = Vм x DмDг

Vг – необходимая скорость вращения генератора 1353 об/м;

Vм – скорость вращения мотора 1200 об/м;

Dм – диаметр шкива на моторе 15 см;

Dг – диаметр шкива на генераторе.

Имея мотор на 1200 об/м где шкив O 15 см, остаётся рассчитать только Dг – диаметр шкива на генераторе.

Dг = Vм x Dм/ Vг = 1200об/м х 15см/1353об/м = 13,3 см.

Принцип действия асинхронного электродвигателя

При подключении питающего напряжения к статору по виткам обмотки протекает ток. Он создает внутри магнитное поле. Поскольку ток переменный, то поле изменяется в соответствии с формой питающего напряжения. Расположение обмоток в пространстве выполнено так, что поле внутри него оказывается вращающимся. В обмотке ротора вращающееся поле наводит ЭДС. А раз витки обмотки накоротко замкнуты, то в них появляется ток. Он взаимодействует с полем статора, это приводит к появлению вращения вала электродвигателя.

Электродвигатель называют асинхронным, потому что поле статора и ротор вертятся с разными скоростями. Эта разница скоростей называется скольжением (S). где: n – частота магнитного поля; nr – частота вращения ротора. Чтобы регулировать скорость вала в широких пределах, асинхронные электродвигатели выполняют с фазным ротором. На таком роторе намотаны смещенные в пространстве обмотки, такие же, как и на статоре. Концы от них выведены на кольца, с помощью щеточного аппарата к ним подключаются резисторы. Чем большее сопротивление подключить к фазному ротору, тем меньше будет скорость его вращения.

Как самостоятельно собрать асинхронный генератор?

Обладая полученными знаниями, смекалкой и умением работать с информацией, можно своими руками собрать/переделать работоспособный генератор из двигателя. Для этого необходимо совершить точные действия следующей последовательности:

1. Вычисляется реальная (асинхронная) частота вращения двигателя, который планируется применить в качестве электрогенератора. Для определения оборотов на подключенном к сети агрегате можно использовать тахограф,
2. Определяется синхронная частота двигателя, которая одновременно будет асинхронной для генератора. Здесь учитывается величина скольжения (2-10%). Допустим, измерения показали скорость вращения на уровне 1450 об/мин. Требуемая частота работы электрогенератора будет составлять:

nГЕН = (1,02…1,1)nДВ= (1,02…1,1)·1450 = 1479…1595 об/мин,

1. Подбор конденсатора необходимой емкости (используются стандартные сравнительные таблицы данных).

На этом можно и поставить точку, но если требуется напряжение однофазной сети 220В, то режим функционирования такого устройства потребует внедрения в приведенную ранее схему понижающего трансформатора.

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.

Принцип работы и устройство

В основу работы положено использование целой гибридной системы, которая занимается преобразованием кинетической энергии в переменный ток.

Мотор работает исключительно на силе магнитного отталкивания от торцов электромагнитов. Для этого создается индукционное поле, которое позволяет продуцировать электрический импульс из магнитных колебаний.

Самая примитивная конструкция генераторов Адамса содержит следующие элементы:

1. Генератор – представляет собой герметично закрытую цилиндрическую емкость, внутри которой создается электромагнитное поле, за счет воздействия наружных катушек.
2. Конвертер-преобразователь напряжения – генерирует электричество, путем преобразования магнитных импульсов в переменный ток.
3. Аккумуляторные батареи – накапливают полученный заряд, позволяя использовать его в любое удобное время.

Главный конструктивный элемент – безредукторный генератор прямого вращения, который по своей структуре многополюсный. По его внешнему краю располагаются магниты, количество которых подбирается индивидуально, в зависимости от желаемой мощности. В процессе создания электрического поля генератор вращается вокруг своей оси, вырабатывая КПД не менее 91%. Генераторы хорошо соединяются друг с другом, что позволяет получать автономные электросети абсолютно без затрат. Это выгодно в том случае, когда мощность одного генератора не превышает 5 кВт, а для полноценного обеспечения электричеством требуется не менее 10 кВт.

Работа генератора под нагрузкой продемонстрирована на видео

От электродвигателя к электрогенератору

Жизнь человека сегодня немыслима без электричества. Поэтому всюду строятся электростанции, преобразующие энергию воды, ветра и атомных ядер в электрическую энергию. Она стала универсальной, потому что ее можно преобразовать в энергию движения, тепла и света. Это стало причиной массового распространения электродвигателей. Электрогенераторы менее популярны, потому что электричеством государство снабжает централизованно. Но все же иногда случается, что электроэнергия отсутствует, и получить ее неоткуда. В таком случае вам поможет генератор из асинхронного двигателя.

Мы уже говорили выше, что конструктивно электрогенератор и двигатель похожи друг на друга. Отсюда возникает вопрос: нельзя ли это чудо техники использовать в качестве источника как механической, так и электрической энергии? Оказывается, можно. И мы расскажем, как своими руками переделать мотор в источник тока.

Смысл переделки

Если понадобился электрогенератор, зачем его делать из двигателя, если можно купить новое оборудование? Однако качественная электротехника – удовольствие не из дешевых. И если у вас есть не использующийся в данный момент мотор, почему бы ему не сослужить добрую службу? Путем простых манипуляций и с минимальными затратами вы получите отличный источник тока, который сможет питать приборы, обладающие активной нагрузкой. К таким относятся компьютерная, электронная и радиотехника, обыкновенные лампы, обогреватели и сварочные преобразователи.

Но экономия – не единственный плюс. Преимущества электрического генератора тока, сооруженного из асинхронного электродвигателя:

• Конструкция проще, чем у синхронного аналога;
• Максимальная защита внутренностей от влаги и пыли;
• Высокая устойчивость к перегрузкам и короткому замыканию;
• Почти полное отсутствие нелинейных искажений;
• Клирфактор (величина, выражающая неравномерность вращения ротора) не более 2%;
• Обмотки во время работы статичны, поэтому долго не изнашиваются, увеличивая эксплуатационный срок;
• Выработанное электричество сразу обладает напряжением 220В или 380В в зависимости от того, какой двигатель вы решили переделать: однофазный или трехфазный. Это значит, что к генератору можно напрямую подключать потребителей тока, без инверторов.

Даже если электрогенератор не сможет полностью обеспечить ваши нужды, его можно использовать совместно с централизованным электроснабжением. В этом случае речь снова идет об экономии: платить придется меньше. Выгода будет выражаться в разности, полученной путем вычитания выработанного электричества из суммы потребленной электроэнергии.

Что нужно для переделки?

Чтобы своими руками смастерить генератор из асинхронного двигателя, нужно сначала понять, что мешает преобразованию электрической энергии из механической. Напомним, что для образования индукционного тока необходимо наличие изменяющегося со временем магнитного поля. При работе оборудования в режиме мотора оно создается и в статоре, и в роторе за счет питания от сети. Если же перевести технику в режим генератора, окажется, что магнитного поля нет совсем. Откуда же ему взяться?

После работы оборудования в режиме двигателя ротор сохраняет остаточную намагниченность. Именно она от принудительного вращения вызывает индукционный ток в статоре. А для того чтобы магнитное поле сохранялось, потребуется установка конденсаторов, которые обладает током емкостным. Именно он будет поддерживать намагниченность за счет самовозбуждения.

С вопросом, откуда взялось исходное магнитное поле, мы разобрались. Но как приводить в движение ротор? Конечно, если вы раскрутите его своими руками, можно будет питать небольшую лампочку. Но вряд ли результат удовлетворит вас. Идеальное решение – превращение мотора в ветрогенератор, или ветряк.

Так называют устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую, а затем – в электрическую. Ветрогенераторы снабжены лопастями, которые при встрече с ветром приводятся в движение. Вращаться они могут как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

Если сравнивать асинхронный и синхронный ветрогенераторы, то у асинхронных есть как преимущества, так и недостатки.

Преимущества заключаются в следующем:

• Мощные устройства с простой конструкцией, небольшими размерами и весом.
• Высокий уровень эффективности при выработке энергии.
• Нет необходимости в инверторе, потому что такой ветрогенератор производит переменный ток (220/380В). Он может непосредственно питать бытовые устройства или работать параллельно с сетью централизованного энергоснабжения.
• Выходное напряжение очень стабильно.
• Частота на выходе не зависит от скоростей ротора.
• Обладает высокой устойчивостью к коротким замыканиям, защищен от влаги и грязи.
• Может служить многие годы, так как содержит мало изнашивающихся элементов.
• Работает на конденсаторном возбуждении.

Недостатки такие:

• При отсутствии аккумулятора асинхронный генератор может затухать в моменты перегрузки. Это является ограничителем для использования такого агрегата. Но для ветряка такой недостаток неактуален, потому что его конструкция предполагает накопитель энергии. О том, как выбрать аккумулятор для ветряка, можно прочитать здесь.
• Конденсаторные батареи имеют высокую стоимость, поэтому переделка старого АД — это оптимальное решение вопроса.
• Оборотность генератора находится в обратной зависимости от его массы.

Таким образом, ветрогенератор своими руками из асинхронного трехфазного двигателя — это недорогое и удобное решение для дома.

Конструкция асинхронного электродвигателя

Асинхронный электродвигатель включает в себя две основные детали: неподвижный статор и вращающегося внутри него ротор. Ротор вращается на подшипниках, закрепленных в съемных торцевых частях. Ротор и статор содержат электрические обмотки, витки которых уложены в пазы.

Статорная обмотка подключается к сети переменного тока, однофазной или трехфазной. Металлическая часть статора, куда она уложена, называется магнитопроводом. Он выполнен из отдельных тонких пластин с покрытием, изолирующих их друг от друга. Этим исключается появление вихревых токов, делающих работу электродвигателя невозможной из-за возникновения чрезмерных потерь на нагрев магнитопровода.

Выводы от обмоток всех трех фаз располагаются в специальном боксе на корпусе электродвигателя. Его называют барно, в нем выводы обмоток соединяются между собой. В зависимости от питающего напряжения и технических данных мотора выводы объединяются либо в звезду, либо в треугольник.

Обмотка ротора любого асинхронного электродвигателя похожа на «беличью клетку», так ее и называют. Она выполнена в виде ряда токопроводящих алюминиевых стержней, рассредоточенных по наружной поверхности ротора. Концы стержней замкнуты, поэтому такой ротор называют короткозамкнутым. Обмотка, как и статорная, расположена внутри магнитопровода, также набранного из изолированных металлических пластин.

Тестирование генератора

Перед установкой готового генератора на осевую конструкцию или мачту нужно его протестировать. Для тестирования понадобится дрель или шуруповерт, а также какая-нибудь нагрузка, например, обычная лампочка, которую вы используете в быту. Подсоедините их к вашему агрегату и посмотрите, на каких оборотах лампочка горит ярко и ровно.

Если тестирование показывает хорошие результаты, то можно приступать к монтажу ветряка. Для этого необходимо изготовить лопастные элементы, осевую конструкцию, подобрать аккумулятор. Подробнее о том, как собрать ветрогенератор, можно почитать здесь.

Принцип работы

Генератор вырабатывает электрическую энергию при условии, что количество оборотов ротора несколько выше синхронной скорости. Самый простой тип вырабатывает порядка 1800 об/мин., учитывая, что уровень его синхронной скорости становится 1500 оборотов.

Его принцип действия основывается на переработке механической энергии в электроэнергию. Заставить ротор вращаться, и производить электричество можно с помощью сильного крутящегося момента. В идеальном варианте – постоянный холостой ход, который способен поддерживать одинаковую скорость движения.

Все виды моторов, работающие от силы непостоянного тока, называются асинхронными. У них магнитное поле статора кружится скорее, чем поле ротора, соответственно направляя его в сторону своего движения. Чтобы изменить электромотор на функционирующий генератор понадобится повысить скорость передвижения ротора, чтобы он не следовал за магнитным полем статора, а начал двигаться в другую сторону.

Получить подобный результат можно, подключив прибор к электросети, конденсатор с большой емкостью или целую группу конденсаторов. Они заряжаются и скапливают энергию от магнитных полей. Фаза конденсатора имеет заряд, который противоположен источнику тока мотора, из-за чего происходит замедление работы ротора, и начинается выработка тока статорной обмоткой.

Эффект обратимости

Известно, что принцип работы любого генерирующего электрический ток устройства основан на преобразовании одной формы энергии (тепла, например) в необходимый для электропитания оборудования вид. Можно воспользоваться так называемыми альтернативными (их ещё называют возобновляемыми) источниками энергоснабжения, однако указанный способ связан с ещё большими материальными и производственными издержками.

Гораздо проще и экономнее сделать самодельный генератор тока, воспользовавшись потенциальными возможностями имеющегося в распоряжении пользователя старого асинхронного электродвигателя.

Основанием для такого изготовления является известный в электротехнике принцип обратимости процессов взаимодействия электромагнитных полей, что объясняется спецификой происходящих при этом электрических процессов. Если в двигателе трёхфазную энергию тока используют для превращения её в механическое вращение вала, то в генераторе всё происходит строго наоборот. В этих агрегатах принудительное вращение якоря трансформируется в текущий по фазным обмоткам электрический ток, мощность которого расходуется на обслуживание потребителя (смотрите рисунок ниже).

Принцип работы генератора

Таким образом, перед тем, как сделать образец самодельного электрогенератора из бывшего в употреблении асинхронного двигателя в самом общем случае необходимо проделать следующие манипуляции:

• Клеммы, на которые подаётся трёхфазное (или однофазное – для коллекторных образцов изделий) напряжение нужно превратить в выходные контакты генератора;
• К подвижной части генератора, от которой работал тот или иной механизм (станок, например) следует приспособить привод от внешнего источника механического вращательного импульса;

Дополнительная информация. В качестве такого источника может применяться любой подходящий для конкретных условий движитель, вращающийся под воздействием энергии сгорающего топлива (бензина, газа или солярки). При наличии в частном хозяйстве ветряка или самодельной водяной мельницы решение вопроса с приводом существенно упрощается.

Из-за дороговизны бензина в условиях загородного хозяйства единственно приемлемым вариантом является изготовление небольшой электростанции, работающей от дизельного движка или на газу.

В этом случае работающий на сравнительно дешёвом топливе двигатель через специальную приводную муфту подсоединяется к валу сооружаемой конструкции, которая после небольшой доработки превращается в генератор переменного тока.

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.

Характеристики ветрогенератора

Сначала необходимо определиться с желаемым итоговым результатом. Характеристики электродвигателя, выполняющего роль генератора, могут быть разными, и от этого зависит, сколько электроэнергии устройство будет вырабатывать за единицу времени.

Для производства среднего количества энергии генератор должен иметь приблизительно такие характеристики:

1. Минимальная мощность установки — 1.3 кВт.
2. Желательны неодимовые магниты в конструкции. Их функция заключается в обеспечении электромагнитной движущейся силы. Для этого может применяться и стальная гильза, которая устанавливается на ротор.
3. Расположение магнитов на роторе должно соответствовать схеме. Это значит, что их полюсы должны быть развёрнуты в правильную сторону.
4. Предварительно вал ротора нужно проточить и подогнать размеры под диаметр магнитов.
5. При установке магнитов не всегда требуется переделывать обмотку. Если она состоит из проводов с большим сечением — ничего страшного, это только увеличит мощность. Самым лучшим вариантом обмотки будет устройство, имеющее шесть полюсов, провод с сечением не более 1.2 мм и максимум 24 витка на катушке.

Обслуживание ветрогенератора и меры безопасности

При использовании ветрогенератора следует учитывать следующие моменты по обслуживанию и безопасности:

1. Мачта с установленным генератором должна иметь заземление. При использовании фабричных изделий повреждение молнией может стать причиной отказа в гарантийном обслуживании.
2. При запуске запрещается использовать генератор в роли двигателя (для ускоренной раскрутки).
3. Не рекомендуется эксплуатация установок при ветре со скоростью более 5 м/с. Это особенно касается заводских изделий.
4. Регулярно (через каждые 400 часов работы) нужно добавлять смазку в подшипники ротора. Через 1200 часов подшипники рекомендуется промывать керосином и набивать новым смазочным веществом.
5. Проводить осмотр и подтяжку контактных групп и крепежей генератора. При искрении коллектора выполнить его шлифовку наждачной бумагой.
6. Устанавливать аккумуляторную батарею на расстоянии не больше 25 метров от мачты. Батарея должна располагаться в контейнере или помещении с температурой от +5ºС. Помещение для батареи должно проветриваться, поскольку при зарядке выделяется взрывоопасный газ.
7. Для разъединения устройств должен применяться щиток с переключателями.

 Загрузка …

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.

Места установки

Снижение напряжения тока зависит от расстояния блока до камеры наблюдения и от температуры воздуха. Чем дальше от места наблюдения находится источник питания, тем с большим запасом напряжения должен быть ток на выходе с той целью, чтобы на входе в камеру значение напряжения было 12 вольт. При работе в отрицательных температурах напряжение в питающем кабеле также снижается. Отлично проработавшие в летний сезон камеры не смогут также качественно отслеживать события зимой. И, возможно, в мороз перестанут включаться.

Установлено, что максимальное удаление камеры от блока питания возможно на 100-130 м при использовании кабеля с диаметром проводника 0,5 мм.

При необходимости запитать несколько камер через 1 блок повышенной мощности (13,5 вольт и больше), чтобы приборы не сгорели, нужно подобрать кабель с большим сечением и такой длины, чтобы в них поступил ток с напряжением не больше 12 вольт. Вначале необходим расчет по электротехническим формулам.

Для соединения в системе наблюдения применяют гибкие выводы из коаксильного кабеля, каждый из которых имеет разъем. Их маркирующий цвет: для видеосигнала — желтый, питание — красный, общий — черный. Способы соединения — BNC-разъемов — пайка, обжим, накручивание, под винт. BNC-разъем, используемый для подключения видеокамер, чаще всего под винт или накручивающийся. Что представляет из себя каждый названный разъем? Посмотрите их фото. Но опытные монтажники советуют для соединения в уличных камерах применять разъем способом скрутки.

В зависимости от места установки источников питания существуют:

• для помещения
• для улицы
• стабилизируемые и нестабилизируемые

Плюсы и минусы

Основными плюсами установок являются:

• экологичность и возможность работы без сжигания топлива;
• применение для работы возобновляемого (фактически — неисчерпаемого) источника энергии;
• простота обслуживания.

К отрицательным чертам относят:

• нестабильные мощностные характеристики, которые зависят от силы ветра;
• необходимость аккумулирования избыточной электроэнергии (характерно для крупногабаритных установок);
• шумность при работе (проблема касается генераторов с большими диаметрами колес);
• высокая стоимость.

Общие принципы работы автономного ветрогенератора изложены в видеоролике от автора Darkhan Dogalakov.

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.