Однако главное различие заключается в функции генератора и двигателя: двигатель вырабатывает механическую энергию, потребляя электрическую энергию, в то время как генератор вырабатывает электрическую энергию, потребляя механическую или другие виды энергии.
Работа асинхронного двигателя в генераторном режиме
Все электрические машины работают в соответствии с законом электромагнитной индукции и законом взаимодействия между проводником, током и магнитным полем.
В зависимости от источника энергии электрические машины делятся на машины постоянного и переменного тока. Постоянный ток вырабатывается источниками бесперебойного питания. Машины постоянного тока характеризуются своей обратимостью. Это означает, что они могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Этот факт можно объяснить схожими явлениями в работе двух машин. Далее мы более подробно расскажем о конструкции двигателя и генератора.
Двигатель
Двигатель используется для преобразования электрической энергии в механическую. В промышленном производстве двигатели используются в качестве двигателей в станках и других механизмах, являющихся частью технологических процессов. Они также используются в бытовых приборах, таких как стиральные машины.
Двигатель постоянного тока
Когда проводник в виде замкнутой рамки помещается в магнитное поле, силы, действующие на рамку, заставляют ее вращаться. В данном случае это самый простой двигатель.
Как упоминалось ранее, двигатель постоянного тока питается от источника бесперебойного питания, например, аккумулятора. Двигатель имеет обмотку возбуждения. В зависимости от схемы различают двигатели с независимым возбуждением и двигатели с самовозбуждением, которые, в свою очередь, могут быть последовательными, параллельными и смешанными.
Двигатель переменного тока подключен к сети. В зависимости от принципа работы двигатели делятся на синхронные и асинхронные.
Асинхронный двигатель
Основное отличие синхронного двигателя от синхронного заключается в обмотке, которая проходит по ротору, и щеточном механизме, который используется для приведения обмоток в действие. Вращение ротора синхронизировано с вращением магнитного поля статора. Отсюда и название двигателя.
Важным требованием к асинхронным двигателям является то, что вращение ротора должно быть медленнее, чем вращение магнитного поля. Если это условие не соблюдается, движущая сила и электрический ток в роторе не могут двигаться.
Асинхронные двигатели используются чаще, но у них есть существенный недостаток: без изменения частоты тока невозможно управлять скоростью вращения вала. Такая ситуация делает невозможным достижение вращения с постоянной частотой. Другим важным недостатком является ограничение максимальной скорости (3000 об/мин).
Когда требуется постоянная скорость вращения вала, когда она регулируется и когда скорость выше, чем максимально возможная скорость асинхронных двигателей, используются синхронные двигатели.
Схема работы
Асинхронный генератор считается одним из самых простых и надежных генераторов. Режим работы следующий:
- Магнитное поле создается в обмотке якоря с помощью напряжения батареи.
- Вращение элементов поля может быть организовано вручную или процесс может быть автоматизирован с помощью реле.
- Скорость магнитного поля позволяет генерировать электромагнитную индукцию, которая вызывает выработку электричества.
Из-за наличия в устройстве ротора с короткозамкнутым сепаратором не все цепи способны подавать напряжение на обмотку. Таким образом, клеммы обесточены даже при активном вращении вала.
Составляющие элементы
Генератор 220 вольт из асинхронного двигателя легко собрать своими руками, но сначала нужно разобраться в деталях, из которых состоит механизм. Даже простые модели нуждаются в соответствующих компонентах для представления электричества. Типичный асинхронный двигатель включает в себя :
- Статор, состоящий из трехфазной сетевой обмотки. Они устанавливаются на рабочей поверхности в виде обмотки.
- Обмотка в форме звезды, состоящая из контактных колец, имеющих выход на ротор.
- Щетки, которые не выполняют никакой реальной работы, но способствуют активации реостата. Такое устройство влияет на функциональность обмотки и изменяет параметры ее сопротивления.
- Иногда в механизм может быть встроено специальное автоматическое устройство для короткого замыкания обмотки и остановки реостатного элемента, даже когда компонент находится в рабочем состоянии.
Если щетки и контактные кольца закорочены, можно установить дополнительные элементы для их замыкания. Не все генераторы переменного тока оснащены такими компонентами, адаптация может наблюдаться в более новых моделях.
Секреты и тонкости
Чтобы собрать асинхронный двигатель в режиме генератора, необходимо не только изучить модель агрегата, но и подобрать необходимые компоненты. Эксперты советуют использовать неполярные батареи конденсаторов, так как электролитические элементы не подходят для этой схемы.
В трехфазном исполнении части конденсатора расположены в конфигурации звезды. Это позволяет вести производственный процесс при низкой скорости вращения ротора, но это отрицательно сказывается на выходном напряжении.
Можно построить генератор и с однофазным механизмом, но только при наличии короткозамкнутых роторов. Коллекторные двигатели не следует использовать в качестве генератора, так как их мощность слишком велика для такого механизма. Определить емкость конденсаторной батареи в домашних условиях невозможно. Это следует иметь в виду при переходе.
Определить, подходит ли батарея для генератора переменного тока, можно по ее весу. Вес компонента должен соответствовать весу электродвигателя.
Важным требованием к асинхронным двигателям является то, что вращение ротора должно быть медленнее, чем вращение магнитного поля. Если это условие не соблюдается, движущая сила и электрический ток в роторе не могут двигаться.
Работа асинхронного двигателя в генераторном режиме
Трехфазные асинхронные двигатели широко используются в промышленности и в частных домах. Они отличаются простотой, эксплуатационной надежностью и высокой производительностью. Одним из преимуществ этих устройств является то, что асинхронный двигатель работает в режиме генератора.
В зависимости от конструкции, все асинхронные двигатели могут иметь короткозамкнутый сепаратор или фазные роторы. В первом случае основными компонентами двигателя являются статор в виде неподвижной части и ротор, вращающийся вокруг вала, установленного на подшипниках. Их сердечники состоят из электрических слоев, изолированных друг от друга. Обмотка ротора замыкается короткими замыканиями в виде колец, отсюда и название этого типа двигателя. Фазированный ротор отличается от первого типа тем, что обмотка наматывается в его пазах. Обмотка этого типа изготавливается так же, как и обмотка статора. На концах он соединен контактными кольцами, которые закреплены на валу. По этим втулкам скользят щетки, соединяющие обмотку с регулятором или реостатом стартера. Фазные двигатели стоят дороже и требуют специального обслуживания. Поэтому они используются гораздо реже, чем обычные конструкции двигателей.
Генераторный режим асинхронных двигателей
Основная функция автономных трехфазных асинхронных генераторов заключается в преобразовании механической энергии исходного двигателя в электрическую энергию. Работа асинхронного двигателя в режиме генератора имеет большое значение для производства электроэнергии благодаря своим преимуществам при определенных условиях.
По сравнению с другими типами генераторов, здесь отсутствует механизм захвата щеток, что означает более надежную и длительную работу устройства. В случае асинхронного двигателя, который отключен от сети, для обеспечения вращения используется несколько двигателей. В этом случае вступает в действие принцип обратимости, наблюдаемый в электродвигателях. Когда скорость становится синхронной, остаточное магнитное поле, действующее на выводы обмотки статора, создает определенную электродвижущую силу.
При подключении серии конденсаторов к выводам обмотки начинает протекать емкостной ток. Действие конденсаторов приводит к самовозбуждению генератора. В результате получается трехфазная система с симметричным напряжением на всех обмотках статора. Значение результирующего напряжения зависит от емкости отдельных конденсаторов и технических параметров машины. Таким образом, асинхронный двигатель становится асинхронным генератором.
Также можно построить генератор из однофазного асинхронного двигателя. Но для этой цели подходят только те, у которых ротор с короткозамкнутым сепаратором, а для запуска используется фазосдвигающий конденсатор. Однофазные двигатели с коммутатором не подходят для преобразования в генератор.
Описание генераторного режима асинхронного двигателя
Устройство представляет собой модель, способную вырабатывать электроэнергию с помощью переменного напряжения. Функция генератора асинхронного двигателя включает в себя две активные обмотки, которые инициируют работу устройства. Это обмотка возбуждения и статорная версия.
Асинхронный генератор считается одним из самых простых и надежных генераторов. Режим работы следующий:
- Магнитное поле создается в обмотке якоря с помощью напряжения батареи.
- Вращение элементов поля может быть организовано вручную или процесс может быть автоматизирован с помощью реле.
- Скорость магнитного поля позволяет генерировать электромагнитную индукцию, которая вызывает выработку электричества.
Из-за наличия в устройстве ротора с короткозамкнутым сепаратором не все цепи способны подавать напряжение на обмотку. Таким образом, клеммы обесточены даже при активном вращении вала.
Составляющие элементы
Генератор 220 вольт из асинхронного двигателя легко собрать своими руками, но сначала нужно разобраться в деталях, из которых состоит механизм. Даже простые модели нуждаются в соответствующих компонентах для представления электричества. Типичный асинхронный двигатель включает в себя :
- Статор, состоящий из трехфазной сетевой обмотки. Они устанавливаются на рабочей поверхности в виде обмотки.
- Обмотка в форме звезды, состоящая из контактных колец, имеющих выход на ротор.
- Щетки, которые не выполняют никакой реальной работы, но способствуют активации реостата. Такое устройство влияет на функциональность обмотки и изменяет параметры ее сопротивления.
- Иногда в механизм может быть встроено специальное автоматическое устройство для короткого замыкания обмотки и остановки реостатного элемента, даже когда компонент находится в рабочем состоянии.
Если щетки и контактные кольца закорочены, можно установить дополнительные элементы для их замыкания. Не все генераторы переменного тока оснащены такими компонентами, адаптация может наблюдаться в более новых моделях.
Секреты и тонкости
Чтобы собрать асинхронный двигатель в режиме генератора, необходимо не только изучить модель агрегата, но и подобрать необходимые компоненты. Эксперты советуют использовать неполярные батареи конденсаторов, так как электролитические элементы не подходят для этой схемы.
В трехфазном исполнении части конденсатора расположены в конфигурации звезды. Это позволяет вести производственный процесс при низкой скорости вращения ротора, но это отрицательно сказывается на выходном напряжении.
Можно построить генератор и с однофазным механизмом, но только при наличии короткозамкнутых роторов. Коллекторные двигатели не следует использовать в качестве генератора, так как их мощность слишком велика для такого механизма. Определить емкость конденсаторной батареи в домашних условиях невозможно. Это следует иметь в виду при переходе.
Процесс изготовления
Для этого можно использовать механизм бытового прибора, например, стиральной машины. Сначала снимается верхний слой сердечника двигателя, чтобы обеспечить доступ ко всем компонентам. Затем необходимо просверлить дополнительные отверстия вокруг сердечника и создать небольшое углубление.
Размеры снимаются с ротора, и создается шаблон полосы, который соответствует реальным параметрам механизма. К каждому полюсу полученного пространства должен быть прикреплен неодимовый магнит. Для этого процесса может потребоваться от 8 до 10 магнитов.
Предпочтительно, магниты крепятся с помощью суперклея, но можно использовать и другие варианты доступных средств. Для герметизации устройства можно обернуть ротор бумагой, а торцевую часть заклеить пластилином.
Промежутки между магнитами следует обработать эпоксидной смолой. Как только грунтовка высохнет, бумажное покрытие, на которое был налит состав, можно снять. Затем начинается этап шлифования поверхности ротора. Заготовка должна быть закреплена в тисках. Затем определяется состояние кабелей и тестируется генератор переменного тока.
Процесс преобразования асинхронного двигателя в генератор того же типа завершен. Устройство можно использовать в различных областях.
С точки зрения эффективности трехфазный мотор-генератор не отличается от асинхронного двигателя. Одним из преимуществ первой модели является наличие конденсаторной установки, которая улучшает работу генератора и считается одним из самых сложных технических элементов устройства с точки зрения его структуры.
Трехфазные асинхронные двигатели широко используются в промышленности и в частных домах. Они отличаются простотой, эксплуатационной надежностью и высокой производительностью. Одним из преимуществ этих устройств является то, что асинхронный двигатель работает в режиме генератора.
Режимы работы асинхронных двигателей
Лекция № 19 Слип. Запуск асинхронных машин
Скольжение
Отличительным признаком асинхронного двигателя является всегда существующая положительная разность, n1 – n2> 0. Ротор никогда не сможет достичь скорости вращения магнитного поля n1, потому что при равенстве n1= n2 электромагнитные силы, движущие его, исчезают.
Разница в частоте вращения между магнитным полем и ротором
n1 — n2 = ns
называется частотой скольжения. Такая же разница в скорости
Ω1 — Ω2 = Ωs
называется скоростью скольжения.
Отношение между частотой скольжения и частотой поля n1 обозначается s и называется скольжением:
Очевидно, что при первом запуске двигателя s = 1. Асинхронные двигатели проектируются таким образом, чтобы при нулевой нагрузке сх = 0,001 ÷ 0,005, а при номинальной нагрузке ѕном = 0,05.
При устойчивом состоянии ns, Ωs
и s постоянны. Это означает, что момент двигателя M уравновешивает противодействующий момент Mp. Если противодействующий момент по какой-то причине увеличивается, ротор замедляется, т.е. скорость Ω2 уменьшается, а скорость скольжения увеличивается. Последнее, однако, приводит к изменению ряда взаимосвязанных величин. При этом увеличиваются постоянные токи e2 и I2 в проводниках обмотки ротора, электромагнитные силы Fem2 и вращающий момент M. Когда крутящий момент M равен противодействующему моменту Mpr, колебания прекращаются. Двигатель возвращается в устойчивое состояние. Но скорость ротора Ω2 теперь меньше. При уменьшении противодействующего крутящего момента происходят аналогичные, но противоположные физические процессы. Это означает, что асинхронный двигатель обладает свойством автоматического изменения момента, т.е. свойством саморегулирования.
Режимы работы асинхронных двигателей
Работа двигателя: При n1 линии поля статора также перемещаются по часовой стрелке относительно ротора со скоростью от n=0 до n=n1, т.е. скользят от s=+1 до s=0.
Когда ротор неподвижен или его скорость меньше синхронной скорости, вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них электромагнитное напряжение, которое вызывает ток в обмотке ротора. На токоведущие проводники этой обмотки (точнее, на зубцы сердечника ротора) действуют электромагнитные силы; их суммарная сила создает электромагнитный момент, который увлекает ротор вслед за магнитным полем. Когда этот момент достаточен для преодоления сил трения, ротор начинает вращаться, и установившаяся скорость n2 об/мин соответствует равенству электромагнитного момента с тормозным моментом, создаваемым нагрузкой на валу, силами трения на подшипниках, вентиляцией и т.д.
Торможение противовключением асинхронных двигателей.
Торможение может быть достигнуто двумя способами: чередованием двух фаз питающего напряжения (рис. 1, кривая A) или активным моментом нагрузки на валу двигателя, например, подъемным механизмом (рис. 1, кривая B).
Это торможение служит для остановки двигателя.
Подумайте о первом способе. На рисунке 1 показаны механические характеристики асинхронного двигателя при торможении с помощью антиблокировочной тормозной системы.
Предположим, что двигатель сейчас находится в точке 1 — номинальный режим работы асинхронного двигателя. После смены двух фаз текущее направление вращения магнитного поля статора меняется, и двигатель перемещается в точку 2. Обратите внимание, что он будет перемещаться из точки 1 в точку 2 с той же скоростью вращения вала. Затем скорость начинает снижаться, и как только двигатель достигнет точки 3 (ноль), его необходимо отключить от сети, иначе он начнет ускоряться и вернется в режим двигателя, точка 4, но направление будет противоположным предыдущему.
В этом случае скольжение изменяется с S=2 на S=1. Обратите внимание, что ток в обмотке двигателя в 6-8 раз превышает номинальный ток двигателя, когда тормоз нажат по часовой стрелке. В этом режиме двигатель сильно нагревается, что влияет на износ двигателя. В этот момент короткое замыкание в клетке асинхронных двигателей превысит ток, из-за эффекта смещения тока активное сопротивление ротора увеличится.
Для увеличения тормозного эффекта короткозамкнутых асинхронных двигателей в цепь ротора необходимо вставить резистор для ограничения тока и увеличения крутящего момента.
Рассмотрите второй вариант. Как упоминалось ранее, этот метод используется, когда к валу прикладывается момент активной нагрузки.
Например, необходимо асинхронным двигателем пропустить нагрузку, обеспечивающую торможение с постоянной скоростью, и поэтому для этого вводим дополнительное (добавочное) сопротивление в цепь ротора, в результате чего двигатель переходит в искусственную механическую характеристику (рис. 1, кривая В), нагрузка пропускается с постоянной скорость ю-n (cp). Скольжение можно варьировать от S=1 до S=2.
Принцип работы и запуск однофазного асинхронного двигателя.
Работа трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети.
Современные генераторы. Определение, устройство, принцип работы, типы и применение современных генераторов.
Этот тип производства электроэнергии не является производством электроэнергии в чистом виде. Чтобы преобразовать работу асинхронного двигателя в работу генератора, необходимо применить метод самовозбуждения.
Чем отличается от синхронного?
Основное различие между асинхронным и синхронным генератором заключается в изменении конструкции ротора. В последнем случае в роторе используются проволочные обмотки. Для организации вращательного движения вала и создания магнитной индукции в машине используется независимый источник питания, которым часто является генератор меньшей мощности. Он устанавливается параллельно валу, на котором сидит ротор.
Преимущество современного генератора в том, что он производит чистую электроэнергию. Кроме того, его можно легко синхронизировать с другими подобными устройствами, что также является его особенностью.
Единственным недостатком является восприимчивость к перегрузкам и коротким замыканиям. Кроме того, следует отметить, что разница между этими двумя типами устройств заключается также в цене. Современные устройства стоят дороже, чем асинхронные устройства.
Что касается маржи, то асинхронные агрегаты намного дешевле. Поэтому можно сказать, что данный тип установок производит чистую электроэнергию без примесей. Благодаря действию такой машины можно обеспечить более надежную работу:
- ИБП,
- ИБП, зарядные устройства,
- Телевизионные приемники нового поколения.
Асинхронные модели быстро запускаются, но требуют более высокого пускового тока для инициирования вращения вала. Положительным моментом является то, что конструкция имеет меньшие инерционные нагрузки во время работы, что повышает тепловую эффективность. Кроме того, асинхронные генераторы более стабильны, независимо от скорости, с которой вращается подвижный элемент.
Существует несколько классификаций асинхронных генераторов. Они могут различаться по следующим факторам.
- Тип ротора — вращающаяся часть конструкции. Генераторы этого типа выпускаются с фазным или короткозамкнутым сепараторным ротором. Первый оснащен индуктивной обмоткой, состоящей из изолированного кабеля. Это создает динамическое магнитное поле. Второй вариант представляет собой простую цилиндрическую конструкцию. Внутри цилиндрической конструкции находятся штифты с двумя стопорными кольцами.
- Количество рабочих фаз. Это выходные или статорные обмотки, расположенные внутри устройства. Выходные обмотки могут иметь одну или три фазы. Это определяет назначение генератора. Первая версия доступна для работы при напряжении 220 В, вторая — при напряжении 380 В.
- Схема переключения. Существуют различные способы организации работы трехфазного генератора. Катушки можно подключать к устройству по схеме «звезда» или «треугольник». Они также могут быть размещены на полюсах неподвижного элемента — статора.
Схема подключения
Сегодня существует несколько вариантов асинхронного двигателя. Он может быть подключен к однофазной или трехфазной сети. Возможна поставка различных обмоток или дооснащение ротора. В обоих случаях, однако, проводка устройства остается неизменной.
К распространенным системам относятся следующие.
- «Звезда». В этом случае необходимо взять концы обмоток статора и соединить их в одной точке. Метод наиболее подходит для трехфазных генераторов, которые необходимо подключить к трехфазной сети с более высоким напряжением.
- «Дельта». Последовательность первого варианта, с той разницей, что подключение производится последовательно. В результате конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй обмотки — с началом третьей и так далее. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет вырабатывать максимальную мощность, когда устройство находится в рабочем состоянии.
- «Звездные дельфины». Этот метод сочетает в себе преимущества двух предыдущих методов. Он обеспечивает плавный запуск и достижение высокой мощности. Подключение требует использования реле времени.
Следует отметить, что генераторы с несколькими скоростями также имеют свои варианты подключения. В основном это комбинации соединений «звезда» и «треугольник» с различными модификациями.
Каждый генератор подключается к системе через определенную цепь, которая определяет способ получения тока. В обоих методах провода обмотки неподвижного элемента рационально размещаются между полюсами его сердечника, за исключением того, что эти провода соединяются разными способами.
Как сделать своими руками?
С самого начала следует уточнить, что построить асинхронную мобильную электростанцию с нуля невозможно. Максимум, что можно сделать, это изготовить немодифицированный ротор или переделать асинхронный двигатель под альтернативную конструкцию.
Для переоборудования ротора достаточно купить готовый статор двигателя и поэкспериментировать. Основная идея при сборке самодельного генератора заключается в использовании неодимовых магнитов. С их помощью можно будет обеспечить необходимое количество полюсов ротора для выработки электроэнергии.
Приклеив магниты к заготовке, которую предварительно нужно поместить на вал, и соблюдая полярность и угол смещения, можно получить желаемый результат. Необходимо много магнитов, минимальное количество — 128. Окончательная конструкция ротора устанавливается на статор. Во время этого процесса между зубьями и магнитными полюсами ротора должен быть зазор. Это должно быть сведено к минимуму.
Следует отметить, что из-за плоской поверхности магнитов требуется шлифовка. Кроме того, элементы должны быть отшлифованы.
Во время процесса важно регулярно охлаждать конструкцию, чтобы избежать деформации и потери магнитных свойств. Если все сделано правильно, генератор будет работать безупречно.
При создании асинхронного генератора может возникнуть только одна проблема. В домашних условиях трудно создать идеальную конструкцию ротора. Поэтому, если есть возможность использовать токарный станок, без него не обойтись. Кроме того, потребуется много времени на установку и доработку компонентов.
Другой способ получения генератора — переоборудование асинхронного двигателя, используемого в автомобилях. Кроме того, следует приобрести электромагнит, мощность которого соответствует требованиям будущего оборудования. При выборе двигателя имейте в виду, что его мощность — это только половина того, чего вы хотите достичь с помощью генератора.
Чтобы получить правильную конструкцию и организовать ее эффективную работу, необходимо приобрести 3 модели конденсаторов. Каждый элемент должен выдерживать напряжение 600 В и более.
Реактивная мощность асинхронного генератора связана с емкостью конденсатора и поэтому может быть рассчитана по следующей формуле. Следует отметить, что с увеличением нагрузки увеличивается и мощность генератора. Поэтому для достижения постоянного напряжения в сети необходимо увеличить емкость конденсаторов.
В следующем видеоролике вы можете увидеть, как работает асинхронный генератор.
