Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Самодельный ветрогенератор: принцип работы, как сделать своими руками

Самодельный ветрогенератор: принцип работы, как сделать своими руками?

в Электрика 20.05.2017 662 Просмотров

Самодельный ветрогенератор представляет собой установку для выработки электрической энергии за счет использования ветра. Подобные устройства обычно используются в качестве альтернативного источника электроэнергии. Самодельный ветрогенератор для дома способен полностью обеспечивать электричеством семью из нескольких человек. Такие установки являются эффективным способом генерации электроэнергии в населенных пунктах, которые удалены от центральных энергосетей. Ветрогенератор приводится в движение силой ветра, которая затем преобразуется в энергию вращательного движения. Установки на 30 кВт способны использоваться в качестве автономного источника электричества для обеспечения потребностей промышленных и жилых объектов.

Особенности самодельных ветрогенераторов

Для того, чтобы обеспечить электроэнергией частный дом можно использовать вертикальный ветрогенератор мощностью до 2 кВт. Принцип работы ветроэлектрической установки заключается в преобразовании кинетической энергии ветряного потока в механическую энергию лопастей. Механическая энергия в свою очередь вращает ротор и генерирует электрический ток.

Стандартный ветрогенератор состоит из следующих узлов:

  • вращающиеся лопасти
  • ротор турбины
  • генератор и его ось
  • инвертор, преобразующий переменный ток в постоянный
  • аккумулятор

Ветрогенератор может быть дополнительно оснащен контроллером. Самодельный контроллер для ветрогенератора используется для заряда аккумулятора и контроля за состоянием батареи. При полном заряде аккумулятора контроллер останавливает ветряк.

Работа ветряного генератора осуществляется следующим образом. При вращении ротора генерируется трехфазный переменный ток, который направляется через контроллер и затем подзаряжает батарею постоянного тока. После инвертор преобразует ток для потребления и пускает его для того, чтобы обеспечить освещение и электропитание для телевизора, холодильника и другой бытовой техники.

Виды ветрогенераторов

Ветряки могут различаться по следующим параметрам:

  • количество лопастей
  • материалы изготовления
  • ориентация оси вращения относительно поверхности земли
  • шаговый признак винта

Многолопастные модели более эффективны по сравнению с двух- или трехлопастными, поскольку они приводятся в движении при самых малых проявлениях воздушных потоков. Лопасти могут быть жесткими или парусными. Жесткие обычно делаются из металла или стеклопластика. По направлению оси вращения различаются вертикальные и горизонтальные модификации.

Более широкое применение получили ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора. Такие установки отличаются высоким КПД, улучшенной защитой от ураганных порывов ветра и простой регулировкой мощности. Вертикальные модели просты в монтаже, бесшумны и могут работать даже при слабых порывах ветра.

Модель на неодимовых магнитах

Самодельный ветрогенератор на неодимовых магнитах становится все более популярным во многих российских регионах. В качестве основы такого устройства необходимо использовать ступицу от авто с тормозными дисками. Деталь лучше разобрать и проверить на исправность, смазав подшипники и удалив ржавчину.

Неодимовые магниты наклеиваются на диски ротора. К примеру можно взять двадцать магнитов небольшого размера. При выборе количества магнитов нужно помнить, что в однофазном генераторе количество полюсов должно совпадать с числом магнитных элементов. Для трехфазной модели это соотношение может быть 2 к 3 или 4 к 3. В процессе установки магнитов нужно чередовать их полюса. Чтобы не ошибиться желательно использовать прямоугольные магниты. Для крепления магнитов нужно использовать самый надежный клей.

Ролик по сборке такого генератора можно посмотреть тут:

Генератор на магнитах будет работать эффективно, если статорные катушки будут правильно рассчитаны. По опыту известно, что для зарядки аккумулятора на 12 В, в катушках должно быть поровну распределено около 1000 витков. Намотка катушек осуществляется толстыми проводами, чтобы снизить сопротивление. Мачта ветрогенератора должна быть высотой от шести и более метров. Под мачту нужно вырыть яму с дальнейшей заливкой бетона. Лопасти для устройства изготавливаются из поливинилхлоридных труб.

Модель из автомобильного генератора

Самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора необходимо делать из комплектующих ( аккумулятор, реле и прочее) с одной машины. При этом для создания ветряка лучше использовать автомобильный генератор от мощной техники ( например от трактора).

Поскольку потребителям необходим переменный ток, то необходимо предусмотреть инвертор или преобразователь. В регионах с высокой скоростью ветра можно устанавливать ветрогенераторы для выработки больших мощностей.

Для сборки такой модели понадобится следующее:

  • автомобильный генератор на 12 В
  • аккумулятор
  • вольтметр
  • реле аккумуляторной зарядки
  • лопасти
  • крепежный материал

В начале делается ротор. Оптимальным решением будет создание роторного колеса из четырех лопастей. Этот элемент делается из листового железа. При возможности можно использовать железную бочку.

Готовый ветряк соединяется с осью генератора. Для этого высверливается отверстие, соединение фиксируется болтами. После этого собирается электрическая схема и устанавливается мачта. Затем нужно закрепить автомобильный генератор с проводами, которые подсоединяются к аккумулятору и преобразователю напряжения. Для правильной сборки лучше использовать подготовленные чертежи.

Подобная установка монтируется достаточно быстро без особых сложностей. Такой ветрогенератор хорош простотой, надежностью и бесшумной работой.

Видео со сборкой такого ветрогенератора можно посмотреть здесь:

Модель из асинхронного двигателя

Самодельные ветрогенераторы из асинхронного двигателя до 10квт нашли широкое применение для бытовых целей. Для изготовления такого устройства в первую очередь необходимо подобрать электродвигатель с низкими оборотами, у которого имеется три или четыре пары полюсов.

Для изменения двигателя под нужды генератора необходимо проточить ротор и приклеить к нему магниты при помощи эпоксидного клея. Статор перематывается более толстым проводом, чтобы повысить ток. Проточку ротора можно осуществить на токарном станке.

Перед тем, как наклеить магниты ротор нужно разметить на полюса. Для того, чтобы рассчитать необходимое количество магнитов нужно определить длину окружности ротора после проточки. Эта длина соответствует высоте втулки. Толщина магнитов должна находится в диапазоне ( 0,1- 0,15) D, где D – это диаметр окружности ротора. После этого рассчитывается число секций, куда будут приклеиваться магниты с одним полюсом. Число секций составит L/p, где p – число полюсов электродвигателя, а L- высота втулки.

Магниты должны располагаться под небольшим скосом. Полюса должны чередоваться. Магниты располагаются плотно друг к другу и после приклеивания на эпоксидку заматываются скотчем.

Видео с такой моделью ветрогенератора можно посмотреть тут:

По завершению сборки ветрогенератора его нужно проверить на выходную мощность. Для этого ротор приводится во вращении со скоростью, которая соответствует номинальной скорости модифицированного электродвигателя. Такие испытания можно сделать при помощи дрели и лампочек с разной мощностью.

Оптимальный вариант ветрогенератора нужно выбирать исходя из необходимой мощности из климатических условий конкретного региона.

Самодельный генератор для ветряка своими руками

Собрать ветрогенератор с низкими оборотами достаточно просто, но при этом необходимо учитывать некоторые особенности. Не имея определенных знаний и опыта, соорудить такое устройство с хорошими показателями не всегда получается, но зная важные моменты и нюансы, можно попробовать это сделать.

Изначально необходимо найти подходящего донора для ветрового генератора. Если в планах стоит конструирование мощного устройства, тогда можно использовать асинхронный двигатель с низкими оборотами, а для ветряка послабее подойдет обычный генератор от автомобиля. Отличным вариантом будет асинхронный двигатель с 12-ю полюсами. Он не нуждается в перематывании, а ротор требует небольшой проточки и прикрепления неодимовых магнитов.

Магниты и полюса

Первым делом необходимо определить количество зубов на статоре с медной обмоткой. Исходя из их числа определяется количество магнитных полюсов на роторе. Отношение должно быть 2/3, в котором пара магнитных полюсов на три катушки. В зависимости от величины зубов статора и его размера, оно может быть и 4/3.

Читать еще:  Что скрипит при запуске холодного двигателя

Если на статоре 36 зубов, следовательно, нужно сделать 24 магнитных полюса. Для этого требуется купить неодимовые магниты любого размера и формы. Рекомендуется приобретать магниты в виде прямоугольника, так как их можно плотно установить на поверхности ротора, что увеличивает производительность генератора. Но зачастую используют круглые, так как их меньше помещается, что удешевляет конструкцию.

Крепление магнитов на роторе

Для расположения магнитов на поверхности ротора необходимо его изначально проточить на их толщину. Желательно, чтобы проточка проходила с учетом крепления на ротор металлической гильзы, на которую будут устанавливаться магниты. Как правило, ее делают одинаковой толщины с магнитами или же немного тоньше. После этого необходимо изготовить каркас для магнитов. Для этого необходимо намотать на гильзу бинт, пропитанный эпоксидной смолой.

Предварительно ротор нужно обернуть пленкой. Наматывать необходимо толстым слоем. После чего нужно обточить ее до требуемого диаметра и аккуратно снять с ротора. Затем в этой болванке проделываются отверстия под магниты.

Полюса

Следующим шагом является разделение ротора на полюса. На полученную площадь необходимо вместить магниты, чем больше, тем лучше. Первая часть магнитов клеится северным полюсом вверх, следующая – южным. Таким образом обрабатывается вся поверхность ротора. Клеить магниты можно эпоксидной смолой или супер клеем.

Скос и залипание

Одним из недостатков генераторов на постоянных магнитах это залипание. Они притягиваются к металлическим частям статора, чем усложняют старт ветряка при небольшом ветре. Для предотвращения этого делают скос на воображаемый магнит на ширину полюса. Это действие немного уменьшает производительность генератора, так как теряется эффективность магнитов. Потеря зависит от величины скоса.

Рекомендуется изначально расположить магниты без скоса и проверить момент старта. Если он превышает 0,4 Нм, тогда следует делать скос, поскольку винт не тронется на слабом ветру. Но тут уже каждый выбирает, что нужно – либо работа при маленьком ветре, либо мощность при сильном.

Ротор с прямоугольными магнитами

При использовании прямоугольных магнитов переделка ротора походит немного легче, при этом площадь полюсов эффективно заполняется. Необходимо также рассчитать их количество. Для заполнения полюсов желательно выбирать цельные магниты. Для их установки не нужно создавать каркас. Магниты просто клеятся на клей, после чего обматываются скотчем и заливается эпоксидной смолой.

Обмотка

В основном асинхронные двигателя оснащаются трехфазной обмоткой, которую можно не перематывать. Но существуют модели с четырех-полюсной обмоткой, но при этом она слишком тонкая и будет выдавать небольшой ток, так как обладает большим сопротивлением. В таком случае без перемотки не обойтись. Ее выполняют под необходимое количество полюсов и каждый зуб. Для того, чтобы повысить мощность генератора на малых оборотах, необходимо увеличить число катушек полюсов.

После проведения всех расчетов следует начинать перемотку. Изначально нужно удалить старую обмотку. Существует два способа перемотки – сразу на зуб и всыпная. Она выполняется следующим образом, изначально наматываются катушки, а после они вставляются в пазы статора. Изолируют их пленкоэлектрокартоном или обычным картоном.

При другом методе намотка проводится прямо на зуб. При этом проволока должна плотно ложится друг к другу. К тому же этот способ обладает некоторыми преимуществами. В таких катушках меньшее сопротивление, а также наматывается больше проволоки, что увеличивает мощность генератора. Даже пара лишний витков дает повышение производительности.

Как сделать ветряной генератор своими руками

Здесь вы узнаете:

  • Ветрогенератор – источник электроэнергии
  • Самодельный ветрогенератор для дома и его особенности
  • Схема самодельного ветрогенератора – основные узлы
  • Пошаговая инструкция по сбору ветрогенератора
  • Делаем генератор для ветряка
  • Изготавливаем лопасти
  • Запуск и проверка
  • Подключение потребителей

Ветряные электрогенераторы продолжают набирать свою популярность. Ими чаще всего интересуются люди, проживающие в сельской местности и имеющие возможность устанавливать на своих участках столь внушительные конструкции. Но, учитывая высокую стоимость данного оборудования, позволить себе его покупку может далеко не каждый. Давайте посмотрим, как сделать ветрогенератор своими руками и сэкономить деньги на создании собственного альтернативного источника электрической энергии.

Ветрогенератор – источник электроэнергии

Тарифы на коммунальные услуги поднимаются как минимум один раз в год. А если присмотреться, то в некоторые годы та же электроэнергия поднимается в цене два раза – цифры в платежных документах растут как грибы после дождя. Естественно, все это ударяет по карману потребителя, доходы которого не показывают столь устойчивого роста. А реальные доходы, как показывает статистика, показывают тенденцию к падению.

Еще совсем недавно бороться с ростом тарифов на электроэнергию можно было одним простым, но незаконным способом – с помощью неодимового магнита. Это изделие прикладывалось к корпусу расходомера, в результате чего тот останавливался. Но пользоваться данной методикой мы настоятельно не рекомендуем – это небезопасно, незаконно, а штраф при поимке будет таким, что мало не покажется.

Схема была просто великолепная, но впоследствии она перестала работать по следующим причинам:

Участившиеся контрольные обходы стали массово выявлять недобросовестных хозяев.

  • Участились контрольные обходы – по домам ходят представители контролирующих органов;
  • На счетчики стали наклеиваться специальные стикеры – под действием магнитного поля они темнеют, разоблачая нарушителя;
  • Счетчики стали невосприимчивыми к магнитному полю – здесь устанавливаются электронные учетные узлы.

Поэтому люди стали уделять внимание альтернативным источникам электроэнергии, например, ветрогенераторам.

Ветряки для дома становятся привычным явлением в районах, где часто дуют ветра. Ветровой электрогенератор использует для выработки электроэнергии энергию ветровых потоков воздуха. Для этого они оснащаются лопастями, которые приводят в движение роторы генераторов. Полученная электроэнергия преобразуется в постоянный ток, после чего передается потребителям или запасается в аккумуляторных батареях.

Ветрогенераторы для частного дома, как самодельные, так и заводской сборки, могут основными или вспомогательными источниками электроэнергии. Вот типичный пример работы вспомогательного источника – он греет воду в бойлере или питает низковольтные домашние светильники, в то время как остальная домашняя техника работает от основной электросети. Также возможна работа как основного источника электричества в домах, не подключенных к электрическим сетям. Здесь они питают:

  • Люстры и светильники;
  • Крупную бытовую технику;
  • Отопительные приборы и многое другое.

Соответственно, для того чтобы обогревать свое жилье, необходимо сделать или приобрести ветряную электростанцию на 10 кВт – этого должно хватить на все нужды.

Ветровая электростанция может питать как традиционные электроприборы, так и низковольтные – они работают от 12 или 24 вольт. Ветряной генератор на 220 В выполняется по схеме с применением инверторных преобразователей с накоплением электроэнергии в аккумуляторах. Ветрогенераторы на 12, 24 или 36 В устроены проще – здесь применяются более простые контроллеры заряда батарей со стабилизаторами.

Самодельный ветрогенератор для дома и его особенности

Прежде чем мы расскажем, как сделать ветряк для получения электричества, поговорим о том, почему нельзя воспользоваться заводской моделью. Заводские ветрогенераторы действительно более эффективнее своих самодельных аналогов. Все, что можно сделать на производстве, будет надежнее того, что можно сделать в кустарных условиях. Это правило работает и в отношении ветрогенераторов.

Самостоятельное изготовление ветрогенератора выгодно своей дешевизной. Заводские образцы мощностью от 3 кВт до 5 кВт обойдутся в 150-220 тыс. рублей, в зависимости от производителя. Столь высокая цена и объясняет недоступность магазинных моделей для большинства потребителей, ведь она влияет и на срок окупаемости – в некоторых случаях он достигает 10-12 лет, хотя некоторые модели «отбивают» себя намного раньше.

Читать еще:  Газель двигатель 405 евро 3 на холодную стреляет в впускной коллектор

Заводские ветряные электростанции для дома более надежные и реже ломаются. Зато каждая поломка может привести к гигантским расходам на запасные узлы. Что касается самоделок, то их легко отремонтировать самостоятельно, так как собираются они из подручных материалов. Этим и оправдывается далеко не самая совершенная конструкция.

Схема самодельного ветрогенератора – основные узлы

Сделать самодельный ветрогенератор в домашних условиях сравнительно легко. Ниже вы можете увидеть простой чертеж, объясняющий расположение отдельных узлов. Согласно этому чертежу, нам необходимо сделать или подготовить следующие узлы:

Схема самодельного ветряка.

  • Лопасти – они могут быть изготовлены из самых разных материалов;
  • Генератор для ветрогенератора – можно приобрести готовый или сделать самостоятельно;
  • Хвостовая часть – направляет лопасти по направлению ветра, позволяя добиться максимального КПД;
  • Мультипликатор – повышает обороты вращения вала (ротора) генератора;
  • Крепежная мачта – на ней будут удерживаться все вышеперечисленные узлы;
  • Натяжные тросы – удерживают всю конструкцию и не дают упасть от порывов ветра;
  • Контроллер заряда, аккумуляторы и инвертор – обеспечивают преобразование, стабилизацию и накопление полученной электроэнергии.

Мы попробуем сделать с вами простой роторный ветрогенератор.

Пошаговая инструкция по сбору ветрогенератора

Делаем генератор для ветряка

Сделать ветряную электростанцию из автогенератора тоже не получится – здесь используется обмотка возбуждения, питающаяся от аккумулятора, поэтому он нам не подходит. Из вентилятора бытового у нас получится сделать разве что пугач для птиц, атакующих огород. Поэтому нужно поискать нормальный самовозбуждающийся генератор подходящей мощности. А еще лучше потратиться и приобрести покупную модель.

Давайте посмотрим, как сделать генератор для нашего ветряка своими руками.

Размещаем статоры и ротор – сам ротор вращается между статорами. Между этими элементами выдерживается расстояние 2 мм. Все обмотки мы соединяем по нижеприведенной схеме, чтобы у нас получился однофазный источник переменного тока.

Изготавливаем лопасти

В этом обзоре мы делаем довольно мощный ветрогенератор – его мощность составит до 3-3,5 кВт при сильном ветре или до 1,5 или 2 кВт при ветре средней силы. Причем он получится достаточно бесшумным, в отличие от генераторов на электродвигателях. Далее нужно подумать о расположении лопастей. Мы с вами задумали сделать простой трехлопастной горизонтальный ветрогенератор. Можно было бы подумать и над вертикальным ветрогенератором, но в этом случае коэффициент использования энергии ветра будет более низким – в среднем 0,3.

В домашних условиях проще всего сделать простые лопасти. Для их изготовления можно использовать различные материалы:

  • Дерево – правда, со временем оно может потрескаться и рассохнуться;
  • Полипропилен – этот вид пластика подходит для маломощных генераторов;
  • Металл – надежный и долговечный материал, из которого можно сделать лопасти любого размера (хорошо подходит дюралюминий, используемый в авиации).

Прикинуть диаметр лопастей поможет небольшая таблица. Уточните примерную скорость ветра в вашей местной и узнайте, какого диаметра нужно сделать лопасти для ветрогенератора.

Сделать лопасти для ветрогенератора не так уж и сложно. Гораздо сложнее сделать так, чтобы вся наша конструкция получилась сбалансированной – иначе ее быстро разобьют сильные порывы ветра. Балансировка выполняется путем коррекции длины лопастей. После этого объединяем лопасти с ротором нашего ветрогенератора и устанавливаем конструкцию на монтажной площадке, к которой крепится хвостовая часть.

Запуск и проверка

Самое главное в дальнейшем – выбрать правильное место для установки мачты. Она должна располагаться строго вертикально. Генератор с лопастями размещается как можно выше, где ветер более сильный. Проследите, чтобы рядом не было лесопосадок, отдельно стоящих деревьев, домов и крупных сооружений, загораживающих воздушные потоки – при наличии каких-либо помех разместите ветрогенератор на удалении от них.

Как только ветрогенератор придет в движение, необходимо сделать следующее – подключить к отводу генератора мультиметр и проверить наличие напряжения. Теперь система готова к полноценной эксплуатации, остается только определиться, какое напряжение будет подаваться в дом и как это будет происходить.

Подключение потребителей

У нас уже получилось сделать малошумный ветряк, причем довольно мощный. Настало время подключить к нему электронику. Собирая ветрогенераторы своими руками на 220В, необходимо позаботиться о приобретении инверторных преобразователей. КПД данных приборов достигает 99%, поэтому потери на преобразовании подаваемого постоянного тока в переменный ток с напряжением 220 Вольт будут минимальными. Итого в системе будут три дополнительных узла:

  • Блок аккумуляторов – накапливает излишки генерируемой электроэнергии впрок. Эти излишки используются для питания потребителей в периоды безветрия или в моменты, когда он дует очень слабо;
  • Контроллер заряда – контролирует зарядный ток, продлевая срок службы аккумуляторных батарей;
  • Преобразователь – преобразует постоянный ток в переменный.

Также возможна схема, когда в доме устанавливаются бытовая техника и осветительные приборы, способные работать с напряжением 12 или 24 Вольта. В этом случае надобность в инверторном преобразователе отпадает. Что касается питания приборов для приготовления еды, то для того чтобы не создавать излишней нагрузки на ветрогенератор, советуем использовать газовое оборудование, питающееся от баллона со сжиженным газом.

Самодельный асинхронный генератор

Для питания бытовых устройств и промышленного оборудования необходим источник электроэнергии. Выработать электрический ток возможно несколькими способами. Но наиболее перспективным и экономически выгодным, на сегодняшний день, является генерация тока электрическими машинами. Самым простым в изготовлении, дешёвым и надёжным в эксплуатации оказался асинхронный генератор, вырабатывающий львиную долю потребляемой нами электроэнергии.

Применение электрических машин этого типа продиктовано их преимуществами. Асинхронные электрогенераторы, в отличие от синхронных генераторов, обеспечивают:

  • более высокую степень надёжности;
  • длительный срок эксплуатации;
  • экономичность;
  • минимальные затраты на обслуживание.

Эти и другие свойства асинхронных генераторов заложены в их конструкции.

Устройство и принцип работы

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.

Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.

Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).

Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе

Принцип действия

По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.

Читать еще:  Что такое dohc на двигателях тойота

В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.

При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.

Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.

На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.

Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора

Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями

Отличие от синхронного генератора

Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).

Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.

Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:

  • ИБП;
  • регулируемые зарядные устройства;
  • современные телевизионные приёмники.

Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.

Классификация

Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.

На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.

Рис. 5. Типы асинхронных генераторов

Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.

Область применения

Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.

Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают переносные бензиновые генераторы, их используют для мощных мобильных и стационарных дизельных генераторов.

Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.

Сфера применения довольно обширная:

  • транспортная промышленность;
  • сельское хозяйство;
  • бытовая сфера;
  • медицинские учреждения;

Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.

Асинхронный генератор своими руками

Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):

Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами

Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.

Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.

Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.

Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.

Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6 .

При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.

Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1
https://www.youtube.com/watch?v=ZQO5S9F72CQ

Часть 2
https://www.youtube.com/watch?v=nDCdADUZghs

Часть 3
https://www.youtube.com/watch?v=6M_w1b2xyM8

Часть 4
https://www.youtube.com/watch?v=CONHg7p-IYE

Часть 5
https://www.youtube.com/watch?v=z2YSqVh1vM8

Часть 6
https://www.youtube.com/watch?v=FNU83kOeSbA

Для упрощения подбора конденсаторов воспользуйтесь таблицей:

Мощность альтернатора (кВт-А)Ёмкость конденсатора (мкФ) на холостом ходуЁмкость конденсатора (мкФ) при средней нагрузкеЁмкость конденсатора (мкФ) при полной нагрузке
2283660
3,54556100
56075138

На практике, обычно выбирают среднее значение, предполагая, что нагрузка не будет максимальной.

Подобрав параметры конденсаторов, подключите их к выводам обмоток статора так, как показано на схеме (рис. 7). Генератор готов.

Рис. 7. Схема подключения конденсаторов

Советы по эксплуатации

Асинхронный генератор не требует особого ухода. Его обслуживание заключается в контроле состояния подшипников. На номинальных режимах устройство способно работать годами без вмешательства оператора.

Слабое звено – конденсаторы. Они могут выходить из строя, особенно тогда, когда их номиналы неправильно подобраны.

При работе генератор нагревается. Если вы часто подключаете повышенные нагрузки – следите за температурой устройства или позаботьтесь о дополнительном охлаждении.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector