Генератор 3 киловатта своими руками

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

В статье рассказано о том, как построить трёхфазный (однофазный) генератор 220/380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока. Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретённый в конце 19-го века русским учёным-электротехником М.О. Доливо-Добровольским, получил в настоящее время преимущественное распространение и в промышленности, и в сельском хозяйстве, а также в быту.

Асинхронные электродвигатели – самые простые и надёжные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо по условиям электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной мощности, следует применять асинхронные электродвигатели переменного тока.

Различают два основных вида асинхронных двигателей: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора, вращающегося в подшипниках, укреплённых в двух щитах двигателя. Сердечники статора и ротора набраны из отдельных изолированных один от другого листов электротехнической стали. В пазы сердечника статора уложена обмотка, выполненная из изолированного провода. В пазы сердечника ротора укладывают стержневую обмотку или заливают расплавленный алюминий. Кольца-перемычки накоротко замыкают обмотку ротора по концам (отсюда и название — короткозамкнутый). В отличие от короткозамкнутого ротора, в пазах фазного ротора размещают обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Концы обмотки подводят к контактным кольцам, укреплённым на валу. По кольцам скользят щетки, соединяя обмотку с пусковым или регулировочным реостатом.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором являются более дорогостоящими устройствами, требуют квалифицированного обслуживания, менее надёжны, а потому применяются только в тех отраслях производства, в которых без них обойтись нельзя. По этой причине они мало распространены, и мы их в дальнейшем рассматривать не будем.

По обмотке статора, включенной в трехфазную цепь, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле. Магнитные силовые линии вращающегося поля статора пересекают стержни обмотки ротора и индуктируют в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС в замкнутых накоротко стержнях ротора протекает ток. Вокруг стержней возникают магнитные потоки, создающие общее магнитное поле ротора, которое, взаимодействуя с вращающим магнитным полем статора, создает усилие, заставляющее ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля статора.

Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Этот показатель характеризуется скольжением S и находиться для большинства двигателей в пределах от 2 до 10%.

В промышленных установках наиболее часто используются трёхфазные асинхронные электродвигатели, которые выпускают в виде унифицированных серий. К ним относится единая серия 4А с диапазоном номинальной мощности от 0,06 до 400 кВт, машины которой отличаются большой надёжностью, хорошими эксплуатационными качествами и соответствуют уровню мировых стандартов.

Автономные асинхронные генераторы — трёхфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма и, как следствие этого, большая долговечность и надежность.

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим.

Ёмкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор.

Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.

Можно подобрать емкость так, чтобы номинальное напряжение и мощность асинхронного генератора равнялись соответственно напряжению и мощности при работе его в качестве электродвигателя.

В таблице 1 приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750….1500 об/мин). Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:

Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6 ,

где С — ёмкость конденсаторов, мкФ.

Мощность генератора,кВ·А	Холостой ход		Полная нагрузка
	ёмкость, мкФ	реактивная мощность, квар	cos = 1		cos = 0,8
			ёмкость, мкФ	реактивная мощность, квар	ёмкость, мкФ	реактивная мощность, квар
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

Как видно из приведённых данных, индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом.

Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя.

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя-генератора определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоёмкими из них являются:

• бытовые сварочные трансформаторы;
• электропилы, электрофуганки, зернодробилки (мощность 0,3…3 кВт);
• электропечи типа «Россиянка», «Мечта» мощностью до 2 кВт;
• электроутюги (мощность 850…1000 Вт).

Особо хочу остановиться на эксплуатации бытовых сварочных трансформаторов. Их подключение к автономному источнику электроэнергии наиболее желательно, т.к. при работе от промышленной сети они создают целый ряд неудобств для других потребителей электроэнергии.

Если бытовой сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами диаметром 2…3 мм, то его полная мощность составляет примерно 4…6 кВт, мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах 5…7 кВт. Если бытовой сварочный трансформатор допускает работу с электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме — «резки» металла, потребляемая им полная мощность может достигать 10…12 кВт, соответственно мощность асинхронного генератора должна находиться в пределах 11…13 кВт.

В качестве трёхфазной батареи конденсаторов хорошо использовать так называемые ком-пенсаторы реактивной мощности, предназначенные для улучшения соsφ в промышленных осветительных сетях. Их типовое обозначение: КМ1-0,22-4,5-3У3 или КМ2-0,22-9-3У3, которое расшифровывается следующим образом. КМ — косинусные конденсаторы с пропиткой минеральным маслом, первая цифра-габарит (1 или 2), затем напряжение (0,22 кВ), мощность (4,5 или 9 квар), затем цифра 3 или 2 означает трёхфазное или однофазное исполнение, У3 (умеренный климат третьей категории).

В случае самостоятельного изготовления батареи, следует использовать конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на рабочее напряжение не менее 600 В. Электролитические конденсаторы применять нельзя.

Рассмотренный выше вариант подключения трёхфазного электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Существуют и другие способы, которые так же хорошо зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Рис.2 Двухфазный режим асинхронного генератора.

Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трёхфазного напряжения. Этот вариант включения уменьшает рабочую ёмкость конденсаторов, снижает нагрузку на первичный механический двигатель в режиме холостого хода и т.о. экономит «драгоценное» топливо.

В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа «Ока», «Волга», поливальных насосов «Агидель», «БЦН» и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) — больше.

Рис.3 Маломощный генератор из однофазного асинхронного двигателя.

Теперь несколько слов о первичном механическом двигателе, который будет приводить во вращение генератор. Как известно, любое преобразование энергии связано с её неизбежными потерями. Их величина определяется КПД устройства. Поэтому мощность механического двигателя должна превышать мощность асинхронного генератора на 50…100%. Например, при мощности асинхронного генератора 5 кВт, мощность механического двигателя должна быть 7,5…10 кВт. С помощью передаточного механизма добиваются согласования оборотов механического двигателя и генератора так, чтобы рабочий режим генератора устанавливался на средних оборотах механического двигателя. При необходимости, можно кратковременно увеличить мощность генератора, повышая обороты механического двигателя.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других — коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

Если с помощью генератора предполагается запитывать оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети. Отключать надо оба провода: «фазу» и «ноль».

В заключение несколько общих советов.

1. Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

3. Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он «не любит» холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы — 2/3 общей мощности генератора.

5. Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме «холостого хода» должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.

Источник

Изготовим электрогенератор своими руками

Не всегда местные электросети способны полноценно обеспечивать электричеством дома, особенно, если это касается загородных дач и особняков. Перебои с постоянным электроснабжением или же его полное отсутствие заставляет искать альтернативные способы получения электричества. Одним из таких является использование электрогенератора – прибора, способного преобразовывать и накапливать электричество, используя для этого самые необычные ресурсы (энергия солнца, ветра, приливов и отливов). Его принцип работы достаточно простой, что делает возможным сделать электрогенератор своими руками. Возможно, самодельная модель не сможет конкурировать с аналогом заводской сборки, однако это отличный способ сэкономить более 10 000 рублей. Если рассматривать самодельный электрогенератор в качестве временного альтернативного источника электроснабжения, то вполне можно обойтись и самоделкой.

Как сделать электрогенератор, что для этого потребуется, а также какие нюансы придется учитывать, узнаем далее.

Сделать или купить?

Желание иметь в своем пользовании электрогенератор омрачается одной неприятностью – это высокая стоимость агрегата. Как ни крути, но самые маломощные модели имеют достаточно заоблачную стоимость – от 15 000 рублей и выше. Именно этот факт наталкивает на мысль о собственноручном создании генератора. Однако, сам процесс может быть затруднительным, если:

• нет навыка в работе с инструментом и схемами;
• нет опыта в создании подобных приборов;
• не имеется в наличии необходимых деталей и запчастей.

Если же все это и огромное желание присутствуют, то можно попробовать собрать генератор, руководствуясь указаниями по сборке и приложенной схемой.

Не секрет, что покупной электрогенератор будет обладать более расширенным перечнем возможностей и функций, в то время как самоделка способна подводить и давать сбои в самые неподходящие моменты. Поэтому, покупать или делать своими руками – вопрос сугубо индивидуальный, требующий ответственного подхода.

Как работает электрогенератор

Принцип работы электрогенератора основывается на физическом явлении электромагнитной индукции. Проводник, проходящий через искусственно созданное электромагнитное поле, создает импульс, который преобразуется в постоянный ток.

Генератор имеет двигатель, который способен вырабатывать электричество, сжигая в своих отсеках определенный вид топлива: бензин, газ или дизельное топливо. В свою очередь топливо, попадая в камеру сжигания, в процессе горения вырабатывает газ, который вращает коленчатый вал. Последний передает импульс ведомому валу, который уже способен предоставить определенное количество энергии на выходе.

Принцип работы устройства достаточно прост, но ровно до тех пор, пока нет необходимости рассмотрения каждого отдельного процесса. Нужно понимать, что закон Фарадея о принципах магнитной индукции, который используется в электрогенераторе, даст желаемый результат только тогда, когда будут созданы определенные условия. Главным из них является правильный расчет и соединение главных конструктивных единиц.

Независимо от потребляемого топлива и мощности, электрогенераторы имеют два основополагающих механизма: ротор и статор. Ротор необходим для создания электромагнитного поля, поэтому в его основе лежат магниты, равноудаленные от сердечника. Статор неподвижен, позволяет приводить ротор в движение, а также регулирует электромагнитное поле, за счет наличия металлических блоков из стали.

Вариант изготовления электрогенератора своими руками показан на видео

Асинхронный генератор: особенности и преимущества

По типу вращения ротора генераторы бывают синхронными и асинхронными. Первые имеют сложную конструкцию, а также более чувствительны к перепадам напряжения в сети, что сказывается на их продуктивности. Асинхронные, напротив, обладают более простым принципом действия, а также имеют отличные технические характеристики.

На роторе синхронного генератора помещаются магнитные катушки, что усложняет процесс движения ротора, в то время как ротор асинхронного генератора скорее похож на обычный маховик. Конструктивные особенности значительно влияют на КПД, и в синхронном есть его потери (до 11%). В асинхронном показатель потери энергии снижается до 5%, что делает его более востребованным не только в быту, но и в производстве.

Также есть и другие преимущества асинхронных генераторов:

1. Более простой корпус защищает двигатель от попадания влаги и отработанного топлива, снижая необходимость частого технического обслуживания.
2. Генератор устойчив к перепадам напряжения, а также имеет выпрямитель на выходе, который защищает подключенные электроприборы от поломки.
3. Устройство способно служить источником питания для приборов, имеющих омическую нагрузку и высокую чувствительность к скачкам напряжения: сварочные аппараты, компьютерная и вычислительная техника, лампы накаливания.
4. Обладает высоким КПД, который сочетается с минимальным клирфактором (показатель потери энергии, которая затрачивается на нагрев самого прибора).
5. Имеет срок службы не менее 15 лет, поскольку все используемые детали достаточно надежные и не поддаются быстрому износу в процессе эксплуатации.

Все эти преимущества дают повод к использованию именно асинхронного агрегата, а простота его конструкции позволяет собрать в домашних условиях.

Вариант электрогенератора с асинхронным двигателем Toyota

С чего начать и что потребуется?

Для того, чтобы собрать небольшой асинхронный генератор своими руками, потребуются такие конструктивные детали:

1. Двигатель – его можно сделать самостоятельно, но это достаточно длительный и трудоемкий, поэтому лучше сэкономить время и взять двигателя из старых нерабочих бытовых приборов. Хорошо подходят двигателя от стиральной машинки и дренажных насосов.
2. Статор – лучше брать готовый вариант, где уже будет находиться обмотка.
3. Провода электрические, а также изолента.
4. Трансформатор или выпрямитель – нужен в том случае, когда получаемая на выходе электроэнергия имеет различную мощность.

Итак, приступим к работе, предварительно выполнив несколько подготовительных манипуляций, позволяющих произвести расчет мощности будущего генератора:

1. Подключаем двигатель в сеть, чтобы определить скорость вращения. Для этого нужно воспользоваться специальным прибором – тахометром.
2. Записываем полученную величину и прибавляем к ней 10%, так называемая компенсаторная величина, которая позволит исключить перенагрев двигателя в процессе работы.
3. Подбираем конденсаторы, учитывая необходимую мощность. Для удобства величины можно взять из таблицы, расположенной ниже.

Поскольку электрогенератор продуцирует электричество, нужно позаботиться о его заземлении. Отсутствие заземления и плохая изоляция может стать причиной не только быстрого износа прибора, но и представлять опасность для жизни.

Сам процесс сборки крайне прост: к двигателю поочередно подсоединяем конденсаторы, руководствуясь указанной схемой. В схеме отображена поочередность подключения, при этом емкость каждого последующего конденсатора аналогична предыдущему.

Это все, что нужно для получения маломощного генератора, способного снабжать электричеством электропилу, болгарку или циркулярку.

Этот вариант создания генератора самый простой и удобный, но имеет свои нюансы:

1. Во-первых, придется постоянно следить за температурой двигателя, не давая ему перегреваться.
2. Во-вторых, если КПД будет снижаться прямопропорционально продолжительности работы – это норма. Поэтому время от времени генератору нужно давать отдыхать, снижая его температуру до 40-45°С.
3. В-третьих, отсутствие автоматики заставит пользователя самостоятельно контролировать все процессы, периодически подсоединяя измерительные приборы к генератору (вольтметр, амперметр и тахометр).
4. Перед сборкой важно подобрать правильное оборудование, рассчитав его основные показатели и характеристики. Чертеж и схема значительно облегчат процесс работы.
5. Генератор на дровах или ветряной можно собрать подобным образом, однако для получения нужного напряжения на выходе потребуется достаточное количество энергоресурса.

Преимущества и недостатки собственноручной сборки

К положительным сторонам самодельного изготовления электрогенератора своими руками можно отнести:

1. Повышение собственной самооценки, что крайне важно для мужчин. Удачно собранный агрегат может стать предметом не только альтернативного источника питания, но и гордости.
2. Значительная экономия финансов.
3. Способность создать такой аппарат, который бы отвечал всем заявленным требованиям.

Помимо этого, процесс может усложняться и иметь массу негативных последствий:

1. Возможно, агрегат будет часто ломаться, что обусловлено невозможностью герметичного соединения всех отделов генератора.
2. Неправильное подключение или расчет мощности приведет к неисправности генератора, а также снизит его продуктивность на порядок.
3. Требуется определенный навык в работе, а также осторожность, поскольку все работы осуществляются с электричеством, с которым, как известно, шутки плохи.

Интересный вариант. Электрогенератор из велосипеда

Заключение

Его мощности будет достаточно для обеспечения электроэнергией строительных приборов, а также небольших домашних приборов. Поскольку работа производится с электричеством, то у людей, не имеющих ни малейшего представления о серьезности и опасности проделываемых манипуляций, электрогенератор может не получиться.

Не секрет, что сделанный своими руками генератор, будет раз в 5 дешевле, но не факт, что его продуктивность может конкурировать с покупной моделью заводской сборки, оснащенной автоматикой. Отказаться от подобной затеи следует в таких случаях:

• если нет уверенности в собственных силах и знаниях;
• когда несколько попыток сборки не увенчались успехом;
• если нет в наличии соответствующего оборудования и измерительных приборов;
• если нет навыка в расчетах и подборе компонентов прибора, а также в чтении схем.

При наличии всех необходимых конструктивных деталей можно попробовать собрать агрегат своими руками. Если процедура не увенчалась успехом – всегда можно прибегнуть к помощи покупных моделей. Покупка электрогенератора имеет только один минус – это высокую стоимость. Однако в некоторых случаях она вполне оправдана точностью рабочего процесса, а также возможностью самостоятельного контроля всего процесса переработки и преобразования постоянного тока в переменный.

Источник