Двигатель для самодельного генератора

Содержание
  1. Асинхронный электродвигатель в качестве генератора
  2. Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме
  3. Двухфазный режим асинхронного генератора.
  4. Генератор своими руками: пошаговая инструкция по изготовлению в домашних условиях
  5. Преимущества самодельного генератора
  6. Разновидности генераторов электроэнергии
  7. Вариант #1 — асинхронный генератор
  8. Вариант #2 — устройство на магнитах
  9. Вариант #3 — паровой генератор
  10. Вариант #4 — устройство на дровах
  11. Принцип работы электрогенератора
  12. Пошаговая инструкция по сборке
  13. Этап 1 – подготовка радиокомпонентов
  14. Этап 2 – подготовка инструментов и материалов
  15. Этап 3 – подготовительные работы
  16. Этап 4 – изучение схемы звезда и треугольник
  17. Этап 5 – непосредственно сборка
  18. Сборка асинхронного генератора
  19. Собираем генератор на дровах
  20. Нюансы сборки коллекторного генератора
  21. Рекомендации по безопасной эксплуатации
  22. Выводы и полезное видео по теме

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.

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.

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:

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:

Читайте также:  Клапана двигателя чери амулет

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.

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.

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.

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.

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

Генератор своими руками: пошаговая инструкция по изготовлению в домашних условиях

Электроэнергия не всегда подается бесперебойно, например, из-за удаленного расположения ЛЭП от жилых построек. И когда то и дело отключают свет, наверняка вы задумывались о покупке генератора? Конечно, покупное устройство – недешевое решение, да и затраты не всегда оправданы. Более доступный вариант – изготовить генератор своими руками. Такое решение не требует больших вложений на сборку, может преобразовать энергию не только за счет дорогостоящего бензина, дизельного движка, но и более доступных – газа, пара и т.п.

Поэтому он решает проблему с перебоями электричества и экономит энную сумму в бюджете. Но как сделать действительно качественный генератор, какие еще у самоделки преимущества перед покупными устройствами? Мы поможем вам разобраться во всех нюансах – в этой статье приведем схемы сборки электрогенератора, принцип его работы, преимущества использования самоделки. Также рассмотрим пошаговую инструкцию по изготовлению генератора в домашних условиях.

Преимущества самодельного генератора

Самодельный генератор выигрывает у покупного более доступной стоимостью. Безусловно финансовая сторона важна, но устройство, сделанное своими руками – это прибор только с необходимыми и заявленными требованиями.

Стоит учесть, что выбранная конструкция непосредственно сказывается на КПД. Так в асинхронных генераторах потери КПД не превышают 5%. Лаконичность конструкции его корпуса с защитой мотора от влаги, грязи снижает потребность в частом техническом обслуживании. Асинхронный генератор более устойчив против скачков напряжения за счет выпрямителя на выходе, что предотвращает поломки подключенного оборудования.

Такое устройство эффективно питает сварочные аппараты, лампы накаливания, компьютерную и мобильную технику с чувствительностью к перепадам напряжения. Имеет хорошую производительность и моторесурс.

Прибор – хорошая альтернатива обычным источникам электропитания, выручает при аварийном отключении электричества, экономит средства. Мобилен, малогабаритен, с простой конструкцией, легко поддается ремонту – можно своими силами заменить вышедшие из строя детали, узлы.

Кроме прочего, самоделка обладает небольшими размерами, поэтому с легкостью устанавливается даже в небольших помещениях.

В зависимости от от используемого типа топлива генератор требует лишь соблюдения мер предосторожности в процессе использования.

Разновидности генераторов электроэнергии

Обычно самодельный генератор в домашних условиях изготавливают на основе асинхронного двигателя, магнитным, паровым, на дровах.

Вариант #1 — асинхронный генератор

Устройство сможет вырабатывать напряжение 220-380 В, исходя из показателей выбранного мотора.

Для сборки такого генератора потребуется лишь запустить асинхронный двигатель, подключив конденсаторы к обмоткам.

Генератор на основе асинхронного двигателя самостоятельно синхронизируется, запускает роторные обмотки с постоянным магнитным полем.

Читайте также:  Коленвал двигателя д 144

Если ротор короткозамкнутого типа, то обмотки возбуждаются при помощи остаточной силы намагниченности.

Вариант #2 — устройство на магнитах

Для магнитного генератора подходит коллекторный, шаговый (синхронный бесщеточный) двигатель и прочие.

В процессе сборки магниты крепятся на вращающуюся ось и устанавливаются в прямоугольную катушку. Последняя при вращении магнитов вырабатывает электростатическое поле.

Вариант #3 — паровой генератор

Для генератора на пару используют печь с водяным контуром. Работает устройство за счет тепловой энергии пара и турбинных лопастей.

Это замкнутая система с массивной немобильной установкой, требующей контроля и охлаждающего контура для превращения пара в воду.

Вариант #4 — устройство на дровах

Для генератора на дровах используют печи, включая походные. К стенкам печей закрепляют элементы Пельтье и располагают конструкцию в корпус радиатора.

Принцип работы генератора следующий: при нагревании поверхности проводниковых пластин с одной стороны другая охлаждается.

На полюсах пластин появляется электрический ток. Наибольшая разница между температурами пластин обеспечивает генератор максимальной мощностью.

Агрегат более работоспособен при минусовых температурных режимах.

Принцип работы электрогенератора

Работа генераторов реализуется по принципу электромагнитной индукции, когда в замкнутой рамке происходит наводка тока за счет пересечения ее вращающимся магнитным полем. Магнитное поле создают обмотки либо постоянные магниты.

Когда из коллектора электродвижущая сила достигает замкнутого контура и узлов щетки, то ротор начинает вращаться сообща с магнитным потоком. Так создается напряжение в подпружиненных щетках, прижатых к коллекторам пластинчатого вида.

Далее электроток передается к выходным клеммам, проходит в сеть, распространяется по генератору.

Используют генераторы переменного и постоянного тока. Электрогенератор переменного тока малогабаритен, не образовывает вихревые токи, при этом имеет возможность функционировать в экстремальных температурах. Аппарат с постоянным током не требует тщательного контроля, обладает значительным числом ресурсов.

Генератор переменного тока может быть как синхронным, так и асинхронным. Первый – с постоянным электрическим магнитом и количеством вращений статора равных роторным, формирующим магнитное поле. Преимуществами такого генератора называют стабильно высокое напряжение, к недостаткам относят перегрузку по токам из-за завышенной нагрузки на регулятор, повышающий ток обмотки ротора.

Конструкция асинхронного генератора: короткозамкнутый ротор, статор. Когда вращается ротор генератор индуцирует ток, а магнитное поле выдает напряжение синусоидального типа.

Пошаговая инструкция по сборке

Собирать генератор в домашних условиях необходимо после того, как подготовлен комплект из необходимых радиокомпонентов, электроинструментов и материалов.

Этап 1 – подготовка радиокомпонентов

Для сборки модуля механического генератора с электромагнитами потребуется двигатель. Для изготовления маломощного генератора можно использовать электродвигатель от стиралки типа «Ока», «Волга», насоса «Агидель» и прочие.

Ток, вырабатываемый мотором, определяет выбор деталей и узлов. Для преобразования тока из переменного в постоянный необходимы выпрямительные диоды, например, диодный мост высокой мощности в десятки ампер с напряжением не более 50 В. Для полярных конденсаторов постоянного тока важны сглаживающие фильтры со способностью выравнивать пульсацию напряжения постоянного характера.

В качестве дополнительной платы с USB-портом для подключения гаджетов выбирается устройство для преобразования напряжения в 1,5-20 В. Такой список радиокомпонентов достаточен для маломощного генератора напряжением до двух десятков вольт. В случае с асинхронным двигателем подключить мобильные устройства получится напрямую.

Этап 2 – подготовка инструментов и материалов

Из электроинструментов понадобится болгарка, в наборе которой есть отрезные диски по металлу, дереву и шлифовальный диск (твердый или круг-наждачка).

Также необходима электрическая дрель со сверлами по металлу. Может понадобиться перфоратор с ударными сверлами, коронками по бетону. Иногда перфоратор комплектуется переходником с простыми, коническими сверлами, коронками по дереву. Также пригодится шуруповерт с головками под переходник-гайковерт, головкой под гайки.

Для сборки каркаса генератора потребуются материалы. Их выбирают по своему усмотрению. Это может быть трубный прокат разного диаметра, металлическая арматура, профиль и т.п.

Для соединения запасаются крепежами – гайками, шайбами, саморезами, болтами. Это универсальный набор инвентаря, собрав который, можно приступать к изготовлению генераторной установки своими руками.

Этап 3 – подготовительные работы

После подготовки инструментов и материалов приступают к подготовительным работам. Они необходимы перед сборкой генератора потому, что включают первоначальный расчет мощности устройства.

Рассчитывают мощность, подключая двигатель в сеть. Количество выдаваемых вращений определят мощность мотора. Иногда для измерений используют тахометр, а к полученным данным прибавляют 10% для компенсации нагрузки (предотвращение перегрева мотора при использовании).

После того, как мощность точно подсчитана, подбирают конденсатор соответственно ранее полученным данным мощности двигателя.

В завершение подготовительных работ продумывают заземление будущего генератора. Этот процесс помогает избежать травматических ситуаций, продлить эксплуатационные сроки генератора.

Этап 4 – изучение схемы звезда и треугольник

Чтобы собрать генератор в 220, требуется схемы-аналоги производственной модели – звезда или треугольник.

По схеме звезды электросоединение выполняют для каждого из концов обмоток одной точки, для треугольника – соединение последовательного типа.

Этап 5 – непосредственно сборка

Рассмотрим несколько вариантов сборки электрогенератора.

Сборка асинхронного генератора

Изготовление асинхронного генератора не требует переточки ротора под неодимовые магниты, поэтому схему устройства называют переделкой готового асинхронного мотора. В таком варианте нет необходимости в питании роторной обмотки, она снимается с двигателя, а ось ротора протачивается для плоских магнитов.

Читайте также:  Джили эмгранд рестайлинг седан

По схеме сборки асинхронного генератора мощность устройства достигает от 2 до 5 киловатт при емкости конденсаторов от 28 до 138 микрофарад. Для того, чтобы напряжение было статичным, необходима емкость, в зависимости от планируемой нагрузки на генератор.

Сборка агрегата происходит в три этапа. Первый предполагает собрать одну несущую конструкцию, установив в нее двигатель с приводом передаточного типа.

На втором этапе подключают переменные и неполярные конденсаторы к обмоткам. Последние включаются по схеме звезда, когда часть концов соединяют к центру корпуса, а остальные выводятся отдельно.

В заключении к вершинам конденсатора присоединяют свободные обмоточные концы согласно схемы треугольник.

Перед первым запуском новое устройство тестируется, например, обычной лампочкой накаливания в два-три десятка ватт. Это необходимо для проверки генератора на способность обеспечивать бесперебойной выдачей напряжения, 3000 оборотов в одну минуту.

Собираем генератор на дровах

Сборку дровяного генератора рассмотрим на примере буржуйки. Порядок сборки такой: в начале радиатор размещается на стенках буржуйки так, чтобы шипы смотрели внутрь. Далее, в зависимости от размеров радиатора, устанавливаются элементы Пельтье, к одному из которых в последующем крепят еще один радиатор.

Такую установку лучше расположить в тени, возле неутепленной стены небольшой толщины, что обеспечит максимальное охлаждение.

Для запуска генератора на дровах поджигают поленья. Разгораясь они нагревают стенки печки, которые заставляют элемент Пельтье выдавать максимальную мощность. Охлаждается генератор холодным уличным воздухом.

У нас на сайте есть подробная инструкция по изготовлению древесного газогенератора своими руками.

Нюансы сборки коллекторного генератора

Коллекторный генератор собирают по следующей схеме: сначала размещают мотор коллекторного типа на несущую раму, иную конструкцию.

Потом присоединяют к выводам мотора сглаживающий конденсатор, плату DC-инверторного преобразователя. Конденсатор должен быть постоянного тока.

Следующим шагом, если нет USB-порта, будет его подсоединение к выходу от DC-платы. К такому генератору можно подключать мобильные устройства.

Располагается конструкция генератора на велосипедной раме или ветряке.

Вместо коллекторного можно поставить шаговый мотор с более высоким КПД и сроком службы от 10 лет. Предпочтительно выбирать модели с напряжением в 12 В и током от 1,8 до 4,2 ампера. В таких моторах обмоток от 2 до 4, их подключают последовательно для напряжения в 24, 36, 48 В. Если мотор подключают параллельное, то на выходе получается ампераж в большом значении. В связи с этим до нужного напряжения генератор будет разгоняться сложнее.

Помимо этих вариантов у нас на сайте есть подробные инструкции по сборке ветрогенератора и водородного генератора.

Рекомендации по безопасной эксплуатации

Для генераторов, которые будут использоваться в уличной среде, например, ветряная электростанция, велогенератор, следует создать защиту от осадков, пыли, грязи. Устройство размещают в специальном отдельном корпусе.

Если генератор будет работать на улице в многочасовом режиме, испытывая каждодневные нагрузки, ему необходима регулярная смазка подшипников. Манипуляции проводят один-два раза в пол года.

Не допустимо короткое замыкание: проводов двигателя, вспомогательной радиоэлектроники, полупроводников. Это может привести к тому, что сгорят замкнутые обмотки.

Ремонт двигателя может осложняться трудностью доступа к внутренним узлам из-за силы ротора, тормозящей вращение пропорционально нагрузке. Для предотвращения таких ситуаций следует постоянно контролировать температуру двигателя, не давая ему перегреваться.

Также следует постараться не использовать устройство продолжительное время: чем дольше генератор в работе, тем его мощность меньше. Значение оптимальной температуры двигателя от 40 до 45 градусов.

Для самодельного генератора без автоматических приборов управления требуется постоянный пользовательский контроль, в том числе для снятия данных.

Если сборка и использование самодельного электрогенератора вам кажется сложным, рекомендуем присмотреться к покупным аналогам – в следующей статье приведен рейтинг газовых генераторов электроэнергии.

Выводы и полезное видео по теме

Тем не менее, генератор, изготовленный в домашних условиях – это резервный источник электропитания с хорошей производительностью, моторесурсом и экономической выгодой. Даже маломощные генераторы обеспечивают приборы и оборудование работоспособностью, поддерживают на должном уровне комфорт в частном доме, квартире в черте города или за его пределами. Для того, чтобы сделать самодельный генератор, потребуется всего лишь определиться с его конструкцией, видом устройства и подобрать необходимые детали.

А может быть у вас есть свои способы изготовления генератора своими руками или даже хитрости? Поделитесь, пожалуйста, секретами. Это можно сделать в комментариях к данной статье, в блоке, расположенном ниже.

Видео об изготовлении ручного электрогенератора:

Собираем ветрогенератор своими руками:

Генератор, изготовленный в домашних условиях – это резервный источник электропитания с хорошей производительностью, моторесурсом. Даже маломощные генераторы обеспечивают приборы и оборудование работоспособностью, поддерживают на должном уровне комфорт в частном доме, квартире в черте города или за его пределами. Для того, чтобы собрать самодельный генератор, потребуется определиться с его конструкцией, видом и подобрать необходимые детали.

У вас есть опыт изготовления генератора своими руками? Поделитесь своими рекомендациями с другими посетителями нашего сайта. Это можно сделать в комментариях к данной статье – блок расположен ниже. Также здесь вы можете добавить уникальные фото самодельного электрогенератора.

Источник

Ответы на популярные вопросы