Генератор электрического тока своими руками - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Генератор электрического тока своими руками

Онлайн помощник домашнего мастера

Генератор своими руками: лучшие идеи и советы, как изготовить современный генератор своими руками (инструкция с фото и чертежами)

Электрогенераторы – это дополнительный источник энергии для дома. В случае большой удаленности основных электросетей он вполне может их заменить. Частые перебои электроэнергии вынуждают устанавливать генераторы переменного тока.

Стоят они не дешево, есть ли смысл тратить более 10 000 т.р. за устройство, если можно сделать генератор из электродвигателя самому? Разумеется, для этого пригодятся некоторые навыки электротехника, и инструменты. Главное не придется тратить деньги.

Можно собрать простой генератор своими руками, он будет актуален в том случае, если нужно покрыть временную недостачу электроэнергии. Для более серьезных дел он не пригоден, так как не обладает достаточной функциональностью и надежностью.

Естественно, в процессе ручной сборки есть немало трудностей. Требуемые детали и инструменты могут отсутствовать. Неимение опыта и навыков в подобных работах может наводить страх. Но сильное желание будет являться главным стимулом, и поможет преодолеть все трудоемкие процедуры.

Краткое содержимое статьи:

Реализация генератора и принцип его работы

Благодаря электромагнитной индукции в генераторе образуется электрический ток. Это происходит потому, что обмотка движется в искусственно созданном магнитном поле. В этом и есть принцип работы электрогенератора.

Движение генератору придает двигатель внутреннего сгорания малой мощности. Он может работать на бензине, газу или дизельном топливе.

В устройстве электрогенератора имеется ротор и статор. Магнитное поле создается при помощи ротора. На нем крепятся магниты. Статор является неподвижной частью генератора, и состоит из специальных стальных пластин и катушки. Между ротором и статором есть маленький зазор.

Есть два типа электрогенератора. Первый имеет синхронное вращение ротора. У него сложная конструкция, и низкий КПД. Во втором типе ротор вращается асинхронно. По принципу действия – он прост.

Асинхронные двигатели теряют минимум энергии, тогда как в синхронных генераторах показатель потерь доходит до 11%. Поэтому электродвигатели с асинхронным вращением ротора пользуются большой популярностью в бытовых приборах, и на различных заводах.

В процессе работы могут возникать перепады напряжения, они губительно сказываются на бытовых приборах. Для этого на выходных концах стоит выпрямитель.

Асинхронный генератор прост в техническом обслуживании. Его корпус надежен и герметичен. Можно не бояться за бытовые приборы, имеющие омическую нагрузку, и чувствительные к перепадам напряжения. Высокое КПД, и продолжительный период эксплуатации, делают устройство востребованным, к тому же его можно собрать самостоятельно.

Что понадобится для сборки генератора? Во-первых, нужно подобрать подходящий электродвигатель. Его можно взять от стиральной машинки. Самостоятельно делать статор не стоит, лучше воспользоваться готовым решением, где есть обмотки.

Стоит сразу запастись достаточным количество медных проводов, и изолирующими материалами. Так как любой генератор будет производить скачки напряжения, то понадобится выпрямитель.

По инструкции для генератора своими руками требуется сделать расчет мощности. Чтобы будущее устройство выдавало необходимую мощность, ему нужно дать число оборотов чуть больше номинальной мощности.

Воспользуемся тахометром и включим двигатель в сеть, так можно узнать скорость вращения ротора. К полученной величине нужно прибавить 10%, это позволит не доводить двигатель до перегрева.

Поддерживать необходимый уровень напряжения помогут конденсаторы. Они подбираются в зависимости от генератора. Например, для мощности в 2 кВт потребуется емкость конденсаторов в 60 мкФ. Таких деталей нужно 3шт с одинаковой емкостью. Чтобы устройство получилось безопасным, его нужно заземлить.

Процесс сборки

Тут все просто! К электродвигателю подключаются конденсаторы по схеме «треугольник». В процессе работы периодически нужно проверять температуру корпуса. Его нагрев может происходить из-за неправильно подобранных емкостей конденсатора.

За самодельным генератором, не обладающим автоматикой, нужно постоянно следить. Возникающий со временем нагрев будет понижать КПД. Тогда устройству нужно дать время для охлаждения. Время от времени следует замерять напряжение, число оборотов, и силу тока.

Неправильно рассчитанные характеристики не способны придать оборудованию необходимую мощность. Поэтому перед началом сборки, следует провести чертежные работы, и запастись схемами.

Вполне возможно, что самодельное устройство будут сопровождать частые поломки. Не стоит этому удивляться, так как герметичного монтажа всех элементов электрогенератора в домашних условиях получиться практически не может.

Итак, как сделать генератор из электродвигателя теперь надеюсь понятно. Если есть желание сконструировать аппарат, мощность которого должно хватать для одновременной работы бытовых приборов и осветительных ламп, или строительного инструмента, тогда нужно сложить их мощность и подобрать нужный двигатель. Желательно чтобы он был с небольшим запасом мощности.

Если при ручной сборке электрогенератора постигла неудача, не стоит отчаиваться. На рынке есть множество современных моделей, не нуждающихся в постоянном надзоре. Они могут быть различной мощности, и достаточно экономичными. В интернете есть фото генераторов, они помогут оценить габариты устройства. Единственный минус – это их дороговизна.

Как сделать генератор электрического тока в домашних условиях

Электрический генератор – это устройство, предназначенное для получения электроэнергии, расходуемой на конкретные цели. Самодельный аппарат способен выполнять функцию источника лишь при соблюдении определенных условий. Собрать его полностью «с нуля» дома вряд ли удастся. Единственный способ изготовить электрогенератор своими руками – использовать для этих целей другие, работающие по тому же принципу механизмы. Больше всего подходит старый двигатель от мотоблока или ветряной установки. Работы по сборке потребуют больших затрат сил и средств, а также наличия определенного опыта. Если полной уверенности в удаче нет – лучше всего приобрести хоть и дорогое, но эффективно работающее фирменное изделие.

  1. Устройство и принцип работы
  2. Сборка генератора своими руками
  3. Подготовительный этап
  4. Ветряк – простейший вариант
  5. Силовая установка на основе генератора от мотоблока
  6. Достоинства и недостатки
  7. Советы по эксплуатации

Устройство и принцип работы

Генератор постоянного тока

Перед тем как изготовить электрогенератор своими руками в чисто домашних условиях потребуется ознакомиться с его конструкцией и разобраться, как он работает. Основой такого устройства является многосекционная обмотка, располагающаяся на неподвижном статоре. Внутри помещается подвижный якорь (ротор), в конструкции которого предусмотрен постоянный магнит. Эта часть генератора посредством специального приводного механизма связана с движителем, приводимым во вращение от ветряка или бензинового двигателя. В качестве привода допускается использовать альтернативные энергоресурсы (вода или тепло, образуемое при сгорании дров, например).

  • при вращении ротора его магнитные линии пересекают э/м поле статорных катушек;
  • благодаря этому, согласно закону индукции Фарадея, в них наводится ЭДС соответствующей величины;
  • к катушкам статора подключается нагрузка, переменный ток в которой меняется по синусоиде.

В зависимости от числа обмоток статора и схемы включения можно получить однофазный 220 Вольт или трехфазный (380 Вольт) самодельный генератор.

Этот принцип действия распространяется на все образцы электрических машин без исключения (независимо от типа привода).

Эффективно работающий генератор электрического тока, своими руками изготовленный из подсобных деталей, способен решить целый ряд бытовых проблем. Самодельные изделия традиционно используются для выработки электрической энергии, достаточной для питания домашней электросети. Помимо этого от агрегата может работать не очень мощное сварочное оборудование или водяной насос для полива грядок на даче. Изготовленное в виде ветряного генератора изделие допускается эксплуатировать на даче и в походе.

Сборка генератора своими руками

Инструкция по сборке генераторов тока своими руками предполагает выполнение работ в несколько этапов. Они начинаются с подготовительной стадии, на которой необходимо запастись исходными заготовками и требуемым материалом.

Подготовительный этап

Двигатель мотоблока Крот

Для сборки потребуются:

  • Старый электродвигатель от мотоблока или ветряка с рабочей статорной обмоткой. Также популярны варианты использования двигателей от старой стиральной машины или водяного насоса.
  • Для выравнивания выходного тока желательно заранее изготовить выпрямитель (преобразователь).
  • Для облегчения запуска будущего устройства и самовозбуждения его обмоток 220 Вольт потребуется высоковольтный (не менее 400-500 Вольт) конденсатор емкостью 3-7 микрофарад. Точное его значение выбирается в зависимости от планируемой мощности генератора.

Следует заранее побеспокоиться о заземлении корпуса будущего изделия, вырабатывающего напряжение опасной для человека величины.

По завершении подготовки переходят к сборке, порядок которой зависит от выбранного исходного образца.

Ветряк – простейший вариант

Схема ветрогенератора своими руками

Самый простой в исполнении способ – изготовление ветряного генератора, собранного из подручных деталей и готовых модулей. От него могут работать совсем простые электрические нагрузки, мощность которых не превышает 100 Ватт (лампочка, например). Для его изготовления потребуются:

  • (он будет работать в качестве генератора).
  • Каретка и основная звездочка от взрослого велосипеда.
  • Цепь роликовая от старого мотоцикла.
  • Велосипедная рама.
Читайте также  Как замерить напряжение на генераторе мультиметром?

У хорошего мастера все эти подручные заготовки наверняка отыщутся в гараже, из них без труда своими руками собирается электрический генератор.

Для ознакомления с этой процедурой желательно просмотреть видео, в котором подробно рассказывается о порядке изготовления ветряка.

Силовая установка на основе генератора от мотоблока

Строение генератора от мотоблока

Более сложный в исполнении вариант предполагает применение старого мотоблока, используемого в качестве привода. Функцию генератора в этой системе выполняет асинхронный двигатель с частотой вращения до 1600 об/мин и эффективной мощностью до 15 кВт. В процессе сборки его приводной механизм посредством шкивов и ремня связывается с осью мотоблока. Диаметр шкивов выбирается таким, чтобы частота вращения переделанного в генератор электродвигателя была на 15% выше паспортного значения.

Достоинства и недостатки

В отличие от заводских самодельные бензиновые генераторы, изготовленные в домашних условиях, обычно имеют большие габариты и вес

К достоинствам собранного ручным способом изделия следует отнести:

  • Возможность не зависеть от перебоев в работе питающих подстанций, получая необходимый минимум электричества самостоятельно.
  • Генератор-самоделка настраивается на рабочие параметры, соответствующие конкретным запросам пользователя.
  • Его изготовление вместо покупного изделия позволит сэкономить значительные суммы (особенно – в ситуации с асинхронными машинами на 380 Вольт).

Недостатком самостоятельного изготовления считаются возможные сложности со сборкой конкретного типа изделия и необходимость расходования средств на энергоносители (горючее, например).

Советы по эксплуатации

Перед тем как сделать бытовой генератор электричества, нужно ознакомиться с правилами его эксплуатации. Их суть состоит в следующем:

  1. Перед запуском устройства все нагрузки отключаются, чтобы он поработал вхолостую.
  2. Проверяется наличие масла в рабочем отсеке генератора – его уровень должен быть выше установленной отметки;
  3. Устройство остается включенным примерно на 5 минут, после чего допускается подключать нагрузку.

В соответствии с правилами эксплуатации и ухода за такими генераторами, самым подходящим режимом работы считается использование его мощности на 70% от предельного значения. При соблюдении этого требования оборудование не будет перегреваться и легко справится с расчетной нагрузкой.

Как сделать электрогенератор своими силами

Постоянное и бесперебойное обеспечение электричества в доме – залог приятного и комфортного времяпровождения в любую пору года. Чтобы организовать автономное питание загородного участка, нам придется прибегнуть к мобильным установкам – электрогенераторам, которые в последние годы особенно популярны ввиду большого ассортимента самых разных мощностей.

  1. Немного о области применения
  2. Принцип работы генератора
  3. Использование асинхронного двигателя
  4. Этапы работ
  5. Дельные советы

Сфера применения

Многие интересуются, как сделать электрогенератор для дачного участка? Об этом мы и расскажем ниже. Применим в большинстве случаев асинхронный генератор переменного тока, который будет производить энергию для работы электроприборов. В асинхронном генераторе скорость вращения роторов, чем в синхронном и КПД будет выше.

Впрочем, силовые установки нашли свое применение в более широком кругу, как отличное средство для добычи энергии, а именно:

  • Их применяют на ветровых электростанциях.
  • Используются как сварочные агрегаты.
  • Обеспечивают автономную поддержку электричества в доме наравне с миниатюрной ГЭС.

Включается агрегат с помощью входящего напряжения. Зачастую для запуска устройство подключают к питанию, но это не совсем логическое и рациональное решение для мини-станции, которая сама должна вырабатывать электричество, а не потреблять его для запуска. Поэтому в последние годы активно производятся генераторы с самовозбуждением или последовательным переключением конденсаторов.

Как работает электрогенератор

Асинхронный генератор электроэнергии производит ресурс, если скорость вращения мотора быстрее синхронного. Самый обычный генератор работает на параметрах от 1500 оборотов.

Он производит энергию, если ротор при старте быстрее работает, нежели синхронная скорость. Разница между этими показателями называется скольжение и высчитывается в процентном соотношении относительно синхронной скорости. Однако, скорость статора еще выше, чем частота вращения ротора. За счет этого образуется поток заряженных частиц, меняющих полярности.

Смотрим видео, принцип работы:

При возбуждении подключенное устройство электрогенератора берет контроль над синхронной скоростью, самостоятельно управляя скольжением. Выходящая из статора энергия проходит по ротору, однако, активное питание уже переместилось в катушки статора.

Основной принцип работы электрогенератора сводится к преобразованию механической энергии в электрическую. Чтобы запустить ротор для выработки энергии, необходим сильный крутящий момент. Самым адекватным вариантом, по словам электриков, является «вечный ход вхолостую», который поддерживает одну скорость вращения в течение времени работы генератора.

Почему используется асинхронный генератор

В отличие от синхронного генератора, асинхронный имеет огромное количество достоинств и преимуществ. Основным фактором выбора асинхронного варианта стал низкий клирфактор. Высокий показатель клирфактора характеризует количественное наличие высших гармоник в выходном напряжении. Они вызывают бесполезный нагрев мотора и неравномерность вращения. Синхронные генераторы имеют величину клирфактора на уровне 5-15%, в асинхронных он не превышает 2%. Их этого следует, что асинхронный генератор энергии вырабатывает только полезную энергию.

Немного о асинхронном генераторе и его подключении:

Не менее весомым преимуществом данного вида электрогенератора является полное отсутствие вращающихся обмоток и электронных деталей, чувствительных к повреждениям и внешним факторам. Следовательно, данный вид аппаратов не подвержен активному износу и прослужит дольше.

Как сделать генератор своими руками

Приобретение асинхронного электрогенератора – достаточно недешёвое удовольствие для среднестатистического жителя нашей страны. Поэтому многие умельцы прибегают к решению вопроса о самостоятельной сборке аппарата. Принцип работы, как и конструкции – достаточно прост. При наличии всех инструментов сборка не займет более 1-2 часов.

Согласно вышеопределенному принципу действия электрогенератора, следует настроить все оборудование так, чтобы вращения были быстрее, нежели обороты двигателя. Чтобы это сделать, следует подключить двигатель в сеть и завести его. Для вычисления количества оборотов в минуту используйте тахометр или тахогенератор.

Определив значение скорости вращения двигателя, прибавьте к нему 10%. Если скорость вращения 1500 оборотов в минуту, тогда генератор должен работать на 1650 оборотах.

Теперь нужно переделать асинхронный генератор «под себя», используя конденсаторы необходимых емкостей. Для определения типа и емкости используйте следующую табличку:

Надеемся, как собрать электрогенератор своими руками уже понятно, но обратите внимание: емкость конденсаторов не должна быть очень завышенной, в противном случае генератор, работающий на дизельном топливе, будет сильно греться.

Установите конденсаторы согласно расчету. Установка требует достаточного количества внимания. Убедитесь в хорошей изоляции, при необходимости используйте специальные покрытия.

На базе двигателя процесс сборки генератора завершен. Теперь его уже можно использовать как необходимый источник энергии. Помните, что в случае, когда устройство имеет короткозамкнутый ротор и производит достаточно серьезное напряжение, которое превышает 220 вольт, необходимо установить понижающий трансформатор, который стабилизирует напряжение на требуемом уровне. Помните, чтобы все приборы в доме работали, должен быть строгий контроль самодельного электрогенератора на 220 вольт по напряжению.

Смотрим видео, этапы работ:

Для генератора, который будет работать на малых мощностях, в целях экономии можно использовать асинхронные двигатели с одной фазой от старых или ненужных бытовых электроприборов, например, стиральных машин, насосов для дренажа, газонокосилок, бензопил и т.д. Моторы от таких бытовых приборов следует подключать параллельно обмотке. Как вариант, можно использовать конденсаторы, сдвигающие фазы. Они достаточно редко разнятся по необходимой мощности, так что потребуется ее увеличение до требуемых показателей.

Подобные генераторы очень хорошо показывают себя при необходимости питания лампочек, модемов и прочих мелких приборов со стабильным активным напряжением. При определенных знаниях можно подключить электрогенератор к электропечке или обогревателю.

Готовый к эксплуатации генератор следует установить так, чтобы на него не влияли осадки и окружающая среда. Позаботьтесь о дополнительном кожухе, который защитит установку от неблагоприятных условий.

Советы по эксплуатации

Практически каждый асинхронный генератор, будь это бесщеточный, электрический, бензиновый или дизельный генератор, он считается прибором с достаточно высоким уровнем опасности. Обращайтесь с таким оборудованием очень аккуратно и держите всегда защищённым от внешнего погодного и механического воздействия или изготовьте для него кожух.

Читайте также  Технические условия на подключение к электрическим сетям

Смотрим видео, дельные советы специалиста:

Любой автономный агрегат следует оснащать специальными измерительными приборами, которые будут фиксировать и отображать данные об эффективности работы. Для этого можно использовать тахометр, вольтметр и частотомер.

  • Оборудуйте генератор кнопкой включения и выключения по возможности. Для запуска можно использовать ручной старт.
  • Некоторые электрогенераторы требуется заземлять перед использованием, внимательно оцените территорию и выберите место для установки.
  • При преобразовании механической энергии в электроэнергию, иногда коэффициент полезного действия может падать до 30%.
  • Если не уверены в силах или боитесь сделать что-либо не так, советуем приобрести генератор в соответствующем магазине. Порой риски могут обернуться крайне плачевно…
  • Следите за температурой асинхронного генератора и его тепловым режимом.

Итоги

Несмотря на свою простоту реализации, самодельные электрогенераторы – это очень кропотливая работа, требующая полной сосредоточенности на конструкции и правильному подключению. Целесообразна сборка с финансовой точки зрения только, если у вас уже имеется работоспособный и ненужный двигатель. В ином случае вы отдадите за основной элемент установки больше половины ее стоимости, и общие траты могут существенно превысить рыночную стоимость генератора.

Теперь вы знаете, как сделать электрогенератор и если твердо решили создать его, надеемся, вы получили ответы на все интересующие вопросы перед началом сборки и теперь с полным багажом знаний можете приступать к работе.

В заключение хотелось предложить вам сборку замечательного изобретения одного студента-инженера. Это слабенький, генератор, который может вас спасти в трудную минуту без траты денежных средств даже на топливо.

Самодельный малогабаритный электрогенератор. Как сделать походный электрогенератор.

Схема простейшего выпрямителя с фильтром.

С появлением и широким распространением портативных и достаточно экономичных электронных приборов типа мобильный телефон, GPS-навигатор, рации и радиостанции, карманный или портативный компьютер, цифровой фотоаппарат и т.п., возникла и обострилась проблема обеспечения их электропитанием. Если вы отлучаетесь от электросети на 1-2 дня или рядом с вами автомобиль, такого вопроса не возникает — всегда можно взять с собой 1-2 комплекта запасных аккумуляторов или батарей, а так же подзарядиться от бортовой сети автомобиля.

А как быть тем, кто например уходит в поход на неделю или постоянно живет на даче, не имеющей централизованного электроснабжения?

Ну тем, кто находится на одном месте несколько проще — они могут установить либо солнечную батарею либо простейший ветроэлектрогенератор, даже самодельный. А вот тем, кто находится в движении (идет пешком, плывет на байдарке, едет на велосипеде — такой вариант не подойдет.

В этом случае им поможет зарядить аккумуляторы своих телефонов. раций, навигаторов и компьютеров простейший самодельный электрогенератор. Такой генератор может вырабатывать напряжение практически в любых условиях. Разумеется, мощность его невелика (хотя зависит от размеров и конструкции), но он может вполне обеспечить практически постоянную подзарядку аккумуляторов.

Немного теории: Вам наверняка известно из школьных уроков физики, что если перемещать проводник в магнитном поле (поперек его магнитных линий), то в проводнике наводится ЭДС – элекродвижущая сила. Она вызывает разность потенциалов на концах проводника, что и порождает движение электронов, т.е. электрический ток.

Настоящие электрогенераторы по такому принципу и построены. Они имеют постоянные магниты или специальные электрические катушки, которые создают магнитное поле. В этом поле движутся (обычно вращаются) другие катушки, в которых и возникает ЭДС.

В нашем случае электрогенератор должен быть максимально компактным, легким, удароустойчивым. Поэтому он состоит собственно из катушки, на которую намотан медный провод. Внутри катушки свободно перемещается постоянный магнит.

Торцы внутренней трубки катушки заглушены, что бы магнит не выпал. Если мы будем трясти такой «электрогенератор», магнит внутри катушки будет перемещаться, а в проводе будет наводиться ЭДС. Т.е. катушка будет вырабатывать электроток.

И напряжение и полярность его будет меняться достаточно хаотично, поэтому что бы с его помощью заряжать аккумулятор потребуется сделать простой выпрямитель — диодный мост. Тогда при любом колебании магнита в катушке на выходе выпрямителя будет вырабатываться импульс тока нужной для зарядки полярности.

Теперь о том, как заставить магнит колебаться в катушке.

Разумеется — самый простой способ – это просто махать катушкой, как шейкером. Как это делает бармен при приготовлении коктейлей. Но такой способ и трудоемок (хотя и самый эффективный) и руки занимает. Нам же интересно, что зарядка происходила автоматически, почти без нашего участия.

Те, кто постарше, возможно помнят интермедию Аркадия Райкина, в которой он говорит:

— Вот балерина крутится! Привяжи к ноге динаму. Пусть она ток вырабатывает и дает в недоразвитые районы!

Вот в нашем случае это оказывается самым действенным приводом!

Допустим, вы сделали такой генератор размером со спичечный коробок. (Кстати, его мощности вполне хватит, что бы за день зарядить ваш, и не только ваш, сотовый телефон). Тогда, приделав к нему ремешок от часов и разместив на руке вы и станете такой «балериной с динамой». Пока вы идете и размахиваете рукой, магнит колышется внутри катушки и катушка вырабатывает ток!

Генератор помощнее можно разместить на ноге и даже на обеих. Тогда электроэнергии хватит и на светодиодный фонарик!

Если вы плывете на байдарке, можно прикрепить его к веслу — оно как раз совершает колебательные движения. И т.д.

Можно разработать всевозможные конструкции. Например — с дебалансом, используя криволинейную форму катушки, с маятником, где магнит пролетает вдоль катушки. Можно сделать кривошипно-шатунный механизм, который будет приводиться в движение ветром или водой, и т.д.

Если вам не удалось достать магнит линейной формы, воспользуйтесь кольцевым, от динамика. Только в этом случае катушка будет перемещаться внутри магнита или придется сделать диаметр генератора побольше.

В одной из статей был описан привод с помощью другого магнита, укрепленного на велосипедном колесе. Когда этот магнит приближался к магниту генератора (а они были повернуты друг к другу одноименными полюсами), то магнит генератора отталкивался от другого и совершал колебательное движение.

Конструкция генератора, как видите, чрезвычайно проста и вы может изготовить его для себя за пару часов. Но несмотря на это, КПД такого генератора очень высок, так как все проводники пересекают практически все магнитные линии.

Генератор не боится влаги, не требует смазки, имеет минимум движущихся частей и при тщательном изготовлении может работать хоть под водой будучи залитым ею. Он не боится грязи (достаточно обернуть его полиэтиленом), дождя, пыли, работает при любых температурах.

Для обеспечения лучших условий для колебания магнита в катушке, можно использовать уже описанный выше принцип — установить 2 магнита одноименными полюсами друг к другу. Можно использовать очень мягкую пружину. Вобщем, все зависит от конструкции генератора и его назначения. А остальное – в ваших руках.

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.

Читайте также  Соединение антенного кабеля между собой

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.

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 ходу Ёмкость конденсатора (мкФ) при средней нагрузке Ёмкость конденсатора (мкФ) при полной нагрузке
2 28 36 60
3,5 45 56 100
5 60 75 138

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: