Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Źródło zasilania jest potrzebne do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego i urządzeń przemysłowych. Generuj prąd elektryczny na kilka sposobów. Jednak najbardziej obiecującym i opłacalnym dotychczas sposobem jest generowanie prądu przez maszyny elektryczne. Najprostszym w produkcji, tanim i niezawodnym działaniem był generator asynchroniczny, który generuje lwią część zużywanej energii elektrycznej.

Zastosowanie maszyn elektrycznych tego typu jest podyktowane ich zaletami. Asynchroniczne generatory elektryczne, w przeciwieństwie do generatorów synchronicznych, zapewniają:

  • wyższy stopień niezawodności;
  • długa żywotność;
  • rentowność;
  • minimalne koszty konserwacji.

Te i inne właściwości asynchronicznych generatorów są włączone do ich konstrukcji.

Urządzenie i zasada działania

Głównymi częściami roboczymi generatora asynchronicznego są wirnik (część ruchoma) i stojan (nieruchomy). Na rysunku 1 wirnik znajduje się po prawej stronie, a stojan po lewej stronie. Zwróć uwagę na urządzenie wirnika. Uzwojenia z drutu miedzianego nie są na nim widoczne. Właściwie są uzwojenia, ale składają się z prętów aluminiowych zwieranych na pierścieniach po obu stronach. Na zdjęciu pręty są widoczne jako ukośne linie.

Konstrukcja zwartych uzwojeń tworzy tak zwaną „klatkę wiewiórki”. Przestrzeń wewnątrz klatki jest wypełniona stalowymi płytami. Aby być precyzyjnym, pręty aluminiowe są wciskane w rowki wykonane w rdzeniu wirnika.

Rys. 1. Wirnik i stojan generatora asynchronicznego

Maszyna asynchroniczna, której urządzenie opisano powyżej, nazywana jest generatorem wirnika klatkowego. Każdy, kto zna konstrukcję silnika asynchronicznego, prawdopodobnie zauważył podobieństwo w strukturze tych dwóch maszyn. W rzeczywistości nie są one różne, ponieważ generator asynchroniczny i zwarty silnik elektryczny są prawie identyczne, z wyjątkiem dodatkowych kondensatorów wzbudzenia stosowanych w trybie generatora.

Wirnik znajduje się na wale, który spoczywa na łożyskach, zaciśnięty po obu stronach pokryw. Cała konstrukcja jest chroniona metalową obudową. Generatory średniej i dużej mocy wymagają chłodzenia, dlatego na wale jest dodatkowo zainstalowany wentylator, a sama obudowa jest użebrowana (patrz rys. 2).

Rys. 2. Asynchroniczny zespół generatora

Zasada działania

Z definicji generator jest urządzeniem, które przekształca energię mechaniczną w prąd elektryczny. Nie ma znaczenia, jaka energia jest używana do obracania wirnika: energia wiatru, energia potencjalna wody lub energia wewnętrzna przetworzona przez turbinę lub silnik spalinowy na energię mechaniczną.

W wyniku obrotu wirnika linie pola magnetycznego utworzone przez magnesowanie szczątkowe płyt stalowych przecinają uzwojenia stojana. EMF powstaje w cewkach, które podczas łączenia obciążeń aktywnych prowadzą do powstawania prądu w ich obwodach.

Ważne jest, aby synchroniczna prędkość obrotowa wału nieznacznie (o około 2 - 10%) przekroczyła synchroniczną częstotliwość prądu przemiennego (ustawioną przez liczbę biegunów stojana). Innymi słowy, konieczne jest zapewnienie asynchroniczności (niedopasowania) częstotliwości obrotu o wielkość poślizgu wirnika.

Należy zauważyć, że tak otrzymany prąd będzie mały. Aby zwiększyć moc wyjściową, konieczne jest zwiększenie indukcji magnetycznej. Osiągnij zwiększoną wydajność urządzenia, podłączając kondensatory do zacisków cewek stojana.

Rysunek 3 przedstawia schemat asynchronicznego alternatora spawalniczego z wzbudzeniem kondensatora (lewa strona obwodu). Należy zauważyć, że kondensatory wzbudzenia są połączone w trójkątny wzór. Prawa strona rysunku to rzeczywisty obwód samej spawarki inwerterowej.

Rys. 3. Schemat spawania asynchronicznego generatora

Istnieją inne, bardziej złożone obwody wzbudzenia, na przykład z wykorzystaniem cewek indukcyjnych i banku kondensatorów. Przykład takiego schematu pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Schemat urządzenia z indukcyjnością

Różnica od generatora synchronicznego

Główna różnica między alternatorem synchronicznym a generatorem asynchronicznym w konstrukcji wirnika. W maszynie synchronicznej wirnik składa się z uzwojeń drutu. Aby wytworzyć indukcję magnetyczną, stosuje się niezależne źródło zasilania (często dodatkowy generator prądu stałego o małej mocy umieszczony na tej samej osi co wirnik).

Zaletą generatora synchronicznego jest to, że generuje on lepszy prąd i jest łatwo synchronizowany z innymi alternatorami tego typu. Jednak alternatory synchroniczne są bardziej wrażliwe na przeciążenia i uszkodzenia. Są droższe od swoich asynchronicznych odpowiedników i bardziej wymagające w utrzymaniu - konieczne jest monitorowanie stanu szczotek.

Współczynnik harmoniczny lub wyraźny współczynnik generatorów asynchronicznych jest niższy niż w przypadku alternatorów synchronicznych. Oznacza to, że produkują prawie czystą energię elektryczną. Takie prądy działają bardziej stabilnie:

  • UPS;
  • regulowane ładowarki;
  • nowoczesne odbiorniki telewizyjne.

Generatory asynchroniczne zapewniają pewny rozruch silników elektrycznych, które wymagają wysokich prądów rozruchowych. Zgodnie z tym wskaźnikiem, w rzeczywistości nie są gorsze od maszyn synchronicznych. Mają mniej obciążeń biernych, co ma pozytywny wpływ na reżim cieplny, ponieważ mniej energii zużywa się na moc bierną. Asynchroniczny alternator ma lepszą stabilność częstotliwości wyjściowej przy różnych prędkościach wirnika.

Klasyfikacja

Generatory typu zwarciowego są najczęściej stosowane ze względu na prostotę ich konstrukcji. Istnieją jednak inne typy maszyn asynchronicznych: alternatory z wirnikiem fazowym i urządzenia wykorzystujące magnesy trwałe, które tworzą obwód wzbudzenia.

Dla porównania na rysunku 5 pokazano dwa typy generatorów: po lewej na podstawie silnika asynchronicznego z wirnikiem klatkowym, a po prawej - maszynę asynchroniczną na podstawie AD z wirnikiem fazowym. Nawet przy szybkim spojrzeniu na schematyczne obrazy widać skomplikowaną konstrukcję wirnika fazowego. Obecność pierścieni stykowych (4) i mechanizmu uchwytów szczotek (5) przyciąga uwagę. Liczba 3 oznacza rowki dla uzwojenia drutu, do których konieczne jest przyłożenie prądu do jego wzbudzenia.

Rys. 5. Typy generatorów asynchronicznych

Obecność uzwojeń wzbudzenia w wirniku generatora asynchronicznego poprawia jakość generowanego prądu elektrycznego, jednak jednocześnie traci się takie zalety, jak prostota i niezawodność. Dlatego takie urządzenia są wykorzystywane jako źródło autonomicznej mocy tylko w tych obszarach, w których trudno się bez nich obejść. Trwałe magnesy w wirnikach są głównie wykorzystywane do produkcji generatorów o małej mocy.

Zakres

Najczęstsze zastosowanie zespołów prądotwórczych z wirnikiem klatkowym. Są niedrogie, wymagają niewielkiej konserwacji. Urządzenia wyposażone w kondensatory rozruchowe mają przyzwoite wskaźniki wydajności.

Asynchroniczne alternatory są często używane jako samodzielne lub zapasowe źródło zasilania. Pracują z nimi przenośne generatory benzynowe, są one używane do wydajnych mobilnych i stacjonarnych generatorów diesla.

Alternatory z trójfazowym uzwojeniem pewnie uruchamiają trójfazowy silnik elektryczny, dlatego są często stosowane w przemysłowych elektrowniach. Mogą również zasilać urządzenia w sieciach jednofazowych. Tryb dwufazowy pozwala zaoszczędzić paliwo ICE, ponieważ nieużywane uzwojenia są w trybie bezczynności.

Zakres zastosowania jest dość obszerny:

  • przemysł transportowy;
  • rolnictwo;
  • kula domowa;
  • wyposażenie medyczne;

Asynchroniczne alternatory są wygodne do budowy lokalnych elektrowni wiatrowych i hydraulicznych.

Asynchroniczny generator zrób to sam

Dokonajmy rezerwacji od razu: nie chodzi o stworzenie generatora od podstaw, ale o ponowne wykonanie silnika asynchronicznego w alternatorze. Niektórzy rzemieślnicy używają gotowego stojana z silnika i eksperymentują z wirnikiem. Chodzi o to, aby zrobić wirniki z magnesami neodymowymi. Coś takiego może wyglądać jak puste miejsce z wklejonymi elementami magnetycznymi (patrz rys. 6):

Rys. 6. Przedmiot obrabiany z wklejonymi magnesami

Przyklejasz magnesy do specjalnie obrabianego przedmiotu osadzonego na wale silnika, zwracając uwagę na ich biegunowość i kąt ścinania. Będzie to wymagało co najmniej 128 magnesów.

Gotowa konstrukcja musi być dostosowana do stojana i jednocześnie zapewniać minimalną szczelinę między zębami a biegunami magnetycznymi wytwarzanego wirnika. Ponieważ magnesy są płaskie, będziesz musiał je szlifować lub szlifować, jednocześnie stale chłodząc strukturę, ponieważ neodym traci swoje właściwości magnetyczne w wysokiej temperaturze. Jeśli zrobisz to dobrze, generator zadziała.

Problem polega na tym, że w warunkach rzemieślniczych bardzo trudno jest stworzyć idealny wirnik. Ale jeśli masz tokarkę i jesteś gotów poświęcić kilka tygodni na dostosowanie i przeróbkę, możesz eksperymentować.

Oferuję bardziej praktyczną opcję - przekształcenie silnika asynchronicznego w generator (patrz film poniżej). W tym celu potrzebny będzie silnik elektryczny o odpowiedniej mocy i dopuszczalnej prędkości wirnika. Moc silnika powinna być co najmniej o 50% wyższa niż wymagana moc alternatora. Jeśli taki silnik elektryczny jest do Twojej dyspozycji, przejdź do recyklingu. W przeciwnym razie lepiej kupić gotowy generator.

Do przetwarzania potrzebne będą 3 kondensatory marki KBG-MN, MBGO, MBGT (można wziąć inne marki, ale nie elektrolityczne). Wybierz kondensatory na napięcie co najmniej 600 V (dla silnika trójfazowego). Moc bierna generatora Q jest związana z pojemnością kondensatora przez następującą zależność: Q = 0, 314 · U2 · C · 10 -6 .

Wraz ze wzrostem obciążenia zwiększa się moc bierna, co oznacza, że w celu utrzymania stabilnego napięcia U konieczne jest zwiększenie pojemności kondensatorów przez dodanie nowych pojemności przez przełączenie.

Wideo: wykonujemy generator asynchroniczny z silnika jednofazowego - część 1

Część 2

Część 3

Część 4

Część 5

Część 6

Aby uprościć wybór kondensatorów, użyj tabeli:

Tabela 1

Moc alternatora (kW-A)Pojemność kondensatora (µF) na biegu jałowymPojemność kondensatora (μF) przy średnim obciążeniuPojemność kondensatora (µF) przy pełnym obciążeniu
2283660
3.54556100
56075138

W praktyce zazwyczaj wybiera się średnią wartość, zakładając, że obciążenie nie będzie maksymalne.

Wybierając parametry kondensatorów, podłącz je do zacisków uzwojeń stojana, jak pokazano na schemacie (rys. 7). Generator jest gotowy.

Rys. 7. Schemat połączeń kondensatorów

Porady dotyczące obsługi

Generator asynchroniczny nie wymaga specjalnej opieki. Jego konserwacja polega na monitorowaniu stanu łożysk. W trybach nominalnych urządzenie może działać przez wiele lat bez interwencji operatora.

Słabym ogniwem są kondensatory. Mogą zawieść, zwłaszcza gdy ich wartości twarzy są nieprawidłowo wybrane.

Podczas pracy generator nagrzewa się. Jeśli często łączysz zwiększone obciążenia, obserwuj temperaturę urządzenia lub zadbaj o dodatkowe chłodzenie.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria: