Достоинства «Г.-д.» с.: наличие хороших динамических свойств, допускающих получение разнообразных характеристик в переходных режимах; простота и экономичность управления; большой диапазон и плавность регулирования скорости. Недостатки: сравнительно низкий кпд (0,6—0,8), большая установленная мощность машин и высокая стоимость оборудования, повышенные расходы на обслуживание и ремонт.

        Лит.: Сиротин А. А., Автоматическое управление электроприводами, М, — Л., 1959; Чиликин М. Г., Общий курс электропривода, 3 изд., М. — Л., 1960; Андреев В. П., Сабинин Ю. А., Основы электропривода, 2 изд., М. — Л., 1963.

        Схема системы «генератор-двигатель»: Г — генератор; Д — электродвигатель; В — возбудитель; РВ, РГ, РД — реостаты; ДА — двигатель асинхронный; овВ, овГ, овД — обмотки возбуждения; срГ, срД — сопротивления регулировочные; В, Н — группы контактов направления вращения (вперёд, назад).

dic.academic.ru

Экспериментальные исследования электро-механических характеристик системы двигатель-генератор с возбуждением от постоянных магнитов

В качестве генератора был использован трехфазный генератор компании TKM Electric Corp. Серии 244-1, модель 5К40028 на 400 Гц, мощность до 5 кВатт при 1714 оборотах в минуту и ток 13,8 Ампер. В роторе генератора были применены неодимовые постоянные магниты. Между двигателем и генератором использовалась клино-ременная механическая передача с передаточным отношением 1/6. Вид испытательного стенда приведен на фото №1.

В качестве измерительных приборов напряжения и тока использовались цифровые мультиметры типа DT9205A. Обороты двигателя измерялись инфракрасным цифровым тахометром типа DT – 2234C. Показания приборов снимались для шести значений оборотов вала генератора — 100, 200, 400, 600, 800 и 1000 об/мин. Все значения оборотов, напряжений и токов заносились в таблицы, по которым затем определялись расчетным путем значения мощностей и коэффициентов КПД и КПЭ. Под КПЭ следует понимать коэффициент преобразования, повышения в генераторе механической энергии, прикладываемой к его валу, в электрическую на его выходе. Сила магнитного поля неодимовых постоянных магнитов способна создавать в генераторе не только дополнительную электрическую энергию и повышать КПД всей системы, но и создавать избыточную энергию, превышающую энергию прикладываемую к валу генератора в несколько раз, что и характеризуется коэффициентом КПЭ. Все измерения проводились на постоянном токе, трехфазное напряжение генератора выпрямлялось и фильтровалось. В качестве нагрузок генератора использовались осветительные лампы накаливания мощностью — 7, 15, 25, 60, 75, 150 и 250 Ватт, а также бытовой масляный обогреватель. В системе двигатель-генератор, на данном испытательном стенде, можно выделить три последовательно соединенные части: элекродвигатель, трансмиссию и сам генератор. Сответственно мы можем говорить о потерях энергии в этих трех частях. Для расчетов и оценке КПЭ такой системы нам необходимо знать электрическую мощность, прикладываемую к валу генератора, эквивалентную механической, и его выходную мощность. Мы не можем пренебрегать потерями энергии во всех частях системы. Что касается КПД всей такой системы, то он будет нас интересовать меньше. Рассматривать КПД такой системы, просто как отношение выходной мощности генератора к входной двигателя, будет некорректно из-за суммирования потерь в этих трех частях и получении избыточной мощности в генераторах на постоянных магнитах, поэтому говорить о таком КПД не стоит. Можно говорить только о КПД каждой из частей или о внутреннем КПД, но это непринципиально в данном исследовании.

Электрическая мощность, прикладываемая к валу генератора в такой системе, может быть рассчитана как разность между мощностью, потребляемой двигателем при нагрузке генератора и мощностью потребляемой двигателем на холостом ходу генератора. Источник питания будет при этом покрывать и собственные потери в двигателе, и механические потери в трансмиссии, и потери в генераторе. Поэтому, если пренебречь не столь значительными неэлектрическими потерями в генераторе на его холостом ходу, и из мощности, потребляемой двигателем под нагрузкой генератора, вычесть мощность холостого хода этого двигателя, то мы и получим электрическую мощность на валу генератора. Все электрические измерения проводились на шести скоростях вала генератора — 100, 200, 400, 600, 800 и 1000 об/мин, и сведены в таблицы 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 приложения. По числовым данным этих замеров были построены графические зависимости напряжения генератора, КПЭ и внутреннего КПД от тока нагрузки генератора, представленные на рисунках №1 и №2. Под внутренним КПД системы будем понимать отношение мощности, потребляемой двигателем на холостом ходу генератора, к мощности, потребляемой им под нагрузкой генератора при данных оборотах. Однако, в таком подходе определения этого КПД возникают тудности. В режиме холостого хода, для точного расчета КПД, нам нужно не учитывать потери энергии до вала двигателя, то есть неэлектрические(механические) потери в генераторе, а в режиме нагрузки надо не учитывать электрические потери в генераторе и трехфазном выпрямителе. Если механические потери в генераторе можно, при данной скорости, считать постоянной величиной, не зависящей от величины нагрузки, то электрические будут уже непостоянны и зависеть от тока нагрузки генератора. До вала генератора, при его загрузке,механические и электрические потери будут складываться и снижать КПД системы больше. Поэтому надо ожидать большого снижения КПД при больших нагрузках. Однако, при очень малых нагрузках генератора, электрическими потерями в нем можно также пренебречь. Поскольку нам не известны ни механические, ни электрические потери в генераторе, то будем пользоваться результатами измерений и расчетов без учета потерь в генераторе вообще. На рисунке № 1 приведены кривые внутреннего КПД системы для 800 и 1000 оборотов в минуту, они близки друг к другу и имеют спадающий характер. По сравнению с внешними характеристиками генератора на том же рисунке они имеют более резкий спадающий характер, что приводит к снижению КПД при максимальных нагрузках до 0,35(35%). Что же касается КПЭ, то он снижается более медленно и практически не зависит от оборотов двигателя. Его кривые идут параллельно кривым внешних характеристик, минимальное значение равно 0,77(77%) при максимальной нагрузке, а по мере её снижения возрастает до 0,96, 0,98(96,98%), приближается к единице, что говорит о поступлении энергии от генератора, доводящем, при совсем малых нагрузках, КПЭ до 0,99(99%). То есть энергия магнитного поля постоянных магнитов подпитывает систему, доводя КПД генератора почти до 100%. Без постоянных магнитов, ни теоретически, ни практически получить такой высокий КПД в генераторах невозможно. Поэтому не следует в таких генераторах путать КПЭ с КПД, внутри обычного генератора энергия только теряется, а при возбуждении от постоянных магнитов она воспроизводится с избытком, покрывает и его внутренние потери, и потери в системе, и может совершать полезную работу в нагрузке. С целью исследования возможности получения значений КПЭ больших единицы были проведены испытания генератора при пагрузках менее 25 Вт и двух значений частоты вращения — 800 и 1000 об/мин. Результаты этих испытаний сведены в таблицу №4, а графики представлены на рисунке №2.

Малые нагрузки сказываются как на внешних характеристиках генератора, так и на его КПД, внешние характеристики становятся более жесткими, и выходное напряжение генератора практически не зависит от тока нагрузки. Как при 800 об/мин, так и при 1000 об/мин, КПД близок к единице, а КПЭ возрастает от единицы, почти до четырех, и такое возрастание более резкое и нелинейное при 800 об/мин. Такое поведение системы можно объяснить различными скоростями изменения мощностей потреблямых двигателем и доходящих до вала генератора, и мощностей отдавемых генератором в процессе изменения его нагрузки. Для этого при 800 оборотах в минуту рассчитывались, во всем диапазоне мощностей нагрузок генератора, приращения мощностей как двигателя, так и генератора, которые сведены в таблицу №5. На основании этих приращений, характеризующих скорости изменения мощностей, были построены графики этих приращений как для двигателя, так и для генератора, представленные на рис.№3. Оказалось, что эти нелинейные кривые пересекают друг друга. При малых нагрузках скорость изменения мощности генератора превышает скорость изменения мощности двигателя. В этих пределах КПЭ больше единицы. При больших нагрузках скорость изменения мощности двигателя превышает скорость изменения мощности генератора, в этих пределах КПЭ меньше единицы. Такая разница в скоростях изменения мощностей видимо объясняется разными зависимостями их мощностей от параметров. Так, мощность на валу двигателя линейно зависит от вращающего момента и частоты вращения, а выходная мощность генератора зависит от квадрата его выходного напряжения, о чем и свидетельствуют нелинейные графики на рис. №3. Квадратурная зависимость приращения мощности генератора придает квадратурный характер и линейному приращению мощности двигателя. Поэтому даже в системе с боьшими внутренними потерями и мягкой внешней характеристикой генератора можно получить высокий КПЭ при малых нагрузках, что свидетельствует о получении значительной электрической энергии из магнитного поля постоянных неодимовых магнитов.

На примере данной системы двигатель-генератор с серийными генератором и двигателем можно расчетным путем оценить энергетическую эффективность влияния вносимых изменений в их электрические и механические параметры, что интересно при создании специальных конструкций таких электрических мащин. Поскольку все три части системы соединены последовательно и по разному влияют на систему в целом, то такую энергетическую оценку следует производить отдельно для каждой части. Причем не только с точки зрения потерь энергии, но с учетом её производства в генераторе. Самые большие потери энергии происходят в трансмиссии при передаче механической энергии от вала двигателя к валу генератора. Эти потери можно просчитать по данным холостого хода системы. В режиме холостого хода генератора при 800 об/мин и соединении валов двигателя и генератора с клиноременной передачей, двигатель потребляет от источника питания мощность в 253,12 Вт, а при снятом ремне этой передачи, когда вращается только один двигатель, он потребляет 62.4 Вт. Без учета сравнительно малых механических потерь в генераторе , потери в клиноременной передаче составляют 190,72 Вт. Оценить влияние потерь в двигателе, которые обусловлены в основном электрическими потерями, в двигателе постоянного тока можно по величине его активного сопротивленя якорной цепи (возбуждение от постоянных магнитов). Данный двигатель имеет активное сопротивление этой цепи, равное 1,8 Ом. С целью выяснения влияния потерь в этой цепи на КПЭ и КПД системы, снизим это сопротивление до 1 Ома. В таблице №6 приведены данные расчетов этих величин при 800 об/мин, как для малых, так и для больших нагрузок генератора. На рис.№4 построены кривые зависимостей КПЭ и КПД для всего диапазона нагрузок. Рассмотрение этих кривых показывает, что существенное повышение КПЭ с 3,92 до 7,23 при сопротивлении в 1 Ом происходит только при самой малой нагрузке в 7 Вт, а при больших нагрузках рост КПЭ незначителен. При нагрузках 25 Вт и более КПЭ лежит ниже единицы и практически не зависит от активного сопротивления якорной цепи двигателя. Следует ожидать существенного влияния на КПЭ и КПД характера нагрузочной характеристики самого генератора, как источника внутренней энергии в системе. Настораживает мягкость внешней характеристики данного генератора, изображенной на рис.№1. При 1000 об/мин и токе 4,25 Ампер напряжение генератора падает с 137 Вольт до 106,8 Вольт, то есть снижается на 30,2 Вольта (Табл №3). И это при номинальном токе генератора в 13,8 Ампера, когда следует ожидать еще больших падений напряжения. Внешняя характеристика генератора оказадась не только мягкой, но и существенно нелинейной, особенно при малых токах нагрузки. Так, при нагрузках менее 25Вт напряжение падает с 112 до 104,7 Вольт со скоростью 14,6 B/А, а при больших нагрузках от 25 до 250Вт напряжение падает с 104,7 до 86,8 Вольт со скоростью 5,42 В/А. Ппри малых токах нагрузки напряжение оказывается значительно выше, возрастает с уменьшением нагрузки, и это, из-за более высокого напряжения, объясняет преобладание электрической мощности генератора над мощностью двигателя (механической на его валу) — Рис.№3, что и выражается в повышениях КПЭ до 3,92. Рассчетно оценим влияние на КПЭ и КПД более жесткой внешней характеристики генератора в данной системе, когда напряжение во всем диапазоне нагрузок не будет так падать, а будет выше на 30 — 33,3 % и, соответственно, будет выше и выходная мощность генератора. Расчеты будем вести для 800 об/мин при постоянстве мощности на валу генератора и во всем диапазоне нагрузок от 7 до 250 Ватт. Результаты этих сравнительных повышений жесткости внешней характеристики генератора приведены в таблице №7, а поведение при этом кривых КПЭ и КПД изображено на рис. №5. Внутренний КПД системы остается близким к единице и мало изменяется, а вот КПЭ во всем диапазоне нагрузок, а не только при малых нагрузках, становится большим единицы, хотя при малых нагрузках по прежнему наблюдается его резкое повышение до 5,23. Таким образом мы можем уже говорить о возможности самовращения генератора электродвигателем, питаемым избыточной энергией генератора. По новым значениям мощности генератора и КПЭ была рассчитана и мощность такого приводного двигателя, приведенная также в таблице №7, и мощность на его валу с учетом его КПД=80%. Полезная мощность в нагрузке генератора, как разность между его выходной электрической мощностью и механической на его валу (эквивалентной электрической на валу приводного двигателя) при этом лежит в пределах 6,21 — 67,93 Ватт. Однако опасно, при самовращении данного генератора, превышать мощность нагрузки в 250 Ватт, когда КПЭ очень близок к единице, что приведет к остановке двигателя. Холостой ход системы менее опасен, поскольку полезная мощность, с уменьшением нагрузки, падает, и наступает баланс этой малой полезной мощности, с мощностью механических потерь в системе. Двигатель не пойдет вразнос, но будет продолжать вращаться, покрывая потери энергии в системе.

Теперь рассмотрим нашу систему в целом, как с точки зрения закона сохранения энергии, так и с точки зрения закона её получения в генераторах на постоянных магнитах. Следует отметить, что закон сохранения энергии говорит только об одном источнике энергии, одном потребителе и потерях энергии между ними, поэтому он применим в нашем случае от источника питания двигателя до вала генератора, и от генератора, как источника питания, до его нагрузки. В этих двух частях системы участвуют две электрические машины — двигатель и генератор, в них обеих имеются потери энергии, и если они одинаковы и составляют около 20% от их мощности, то они одинаково уменьшают как мощность на валу генератора, так и его выходную мощность, и влиять на КПЭ не могут. Но в части нашей системы, до вала генератора, имеется существенный источник потерь, это клино-ременная передача. Потери в ней можно уменьшить или вообще устранить, но в любом случае, поскольку система состоит из последовательно соединенных элементов, эти потери можно без нарушения закона сохранения энергии перемещать внутри всей системы. От источника питания двигателя до нагрузки генератора. Тогда будем считать потери энергии в трансмиссии полезными и приплюсуем их к выходной мощности генератора. Тогда при нагрузке 250Вт выходная мощность генератора увеличится, согласна Табл.№3 при 800об/мин, с 174,82Вт до 365,54Вт, а КПЭ станет равным 1,77, а при нагрузке в 25Вт выходная мощность увеличится с 15,7Вт до 206,42Вт, а КПЭ станет равным 12,5. В системе двигатель — генератор выходная мощность генератора, без режима самовращения, расходуется в первую очередь на покрытие потерь в системе, а затем расходуется полезным образом в нагрузке. В режиме же самовращения часть избыточной выходной мощности генератора поступает на приводной электродвигатель. Полезная мощность в нагрузке уменьшается. Согласно таблице №3, при нагрузке в 250 Вт, необходимая для самовращения мощность на валу генератора равна 206,29 Вт, полезная мощность будет 158,84 Вт. Это очень малая полезная мощность для генератора в 5КВт, но она все же существует, и позволяет говорить о возможности самовращения генератора с одновременным питанием и двигателя и нагрузки. При нагрузке более 250Вт, КПЭ станет равным единице, генератор перестанет выдавать избыточную мощность для самовращения и остановится, однако сможет работать как обычный генератор с обмоткой возбуждения, но с повышенным КПД, при питании двигателя от внешнего источника питания.

Мягкость внешней характеристики генератора, сильная зависимость КПЭ от тока нагрузки, и малая выходная мощность генератора, говорят о низкой эффективности получения электрической энергии, в данном генераторе, из сильного магнитного поля неодимовых магнитов. Классическая конструкция генератора не позволяет получить в нем высокую энергетическую эффективность преобразования механической энергии в электрическую. Для повышения такой эффективности и получения высоких КПЭ при больших нагрузках генератора, следует увеличивать в нем потокосцепление между магнитными полями магнитов и обмоток, снижать в магнитной цепи магнитные сопротивления, а в электрической цепи активные и реактивные сопротивления. Во всей системе преобразования следует уменьшать механические потери как в трансмиссии, так и в электрических машинах, то есть создавать специальные электрические машины.

Игорь Васильевич Сурант

Igor V. Surant

[email protected]

Что только не придумает человечество, для своего удобства, а попросту говоря для лени матушки? Теперь и двери за собой закрывать совсем не обязательно, за Вас это сделают дверные доводчики. Дверные доводчики GEZE с доставкой в любой регион Украины Вы найдете на сайте компании ПластМаркет, именно этим и занимающейся.

zaryad.com

Система генератор – двигатель (ГД)

Теория электропривода

В системе ГД в качестве управляемого преобразователя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения, приводимый во вращение асинхронным или синхронным двигателем. Принципиальная схема системы изображена на рис. В качестве приводного двигателя рабочей машины используется ДНВ.

Пуск системы осуществляется включением сетевого (гонного) двигателя, вращающего генератор. Приводной двигатель перед этим должен быть полностью возбужден, т. е. его магнитный поток должен быть номинальным. Напряжение на обмотке возбуждения генератора ГПТ должно быть равно 0. При подаче напряжения на обмотку возбуждения генератора и его увеличении, он будет развивать ЭДС, появится напряжение на якоре ДПТ и последний будет разгоняться. При номинальном возбуждении генератора напряжение на якоре ДПТ номинальное.

В случае гонного АД с увеличением нагрузки на валу приводного ДПТ возрастает тормозной момент ГПТ, что приводит к снижению скорости гонного АД, следовательно, снижению скорости ГПТ и его ЭДС, что сказывается и на скорости ДПТ. В мощных электроприводах по системе ГД это снижение составляет (1,5¸2)%.

Преимуществом асинхронного гонного двигателя является простота, надежность, малая колебательность. Достоинством гонного синхронного двигателя является его меньшая критичность к колебаниям напряжения сети, возможность работать с опережающим током. Обычно СД используется при мощностях генератора в сотни и тысячи кВт.

Питание обмотки возбуждения ГПТ в современных системах ГД, осуществляется от тиристорного или транзисторного ТВ. Основным видом ТВ является тиристорный преобразователь с раздельным управлением комплектами Вентилей. Зависимость выходного напряжения управления UУ изображена на рис. Ее рабочий участок без особой погрешности можно считать линейным. Динамические процессы ТВ описывается уравнением.

, где

— коэффициент усиления тиристорного возбудителя по напряжению.

Пренебрегая гистерезисом магнитной цепи генератора и считая его ненасыщенным, для линейного участка зависимости EГ=f(UВГ), можно написать:

, где — при wГ=const;

Уравнение механической характеристики двигателя в системе ГД можно получить из уравнения равновесия ЭДС в якорной цепи.

, где еГ и е — соответственно ЭДС генератора и противо ЭДС двигателя.

Т. к. , где Ф – поток двигателя

То .

Здесь

Выразив ток iя через момент двигателя получим: или

Здесь b – модуль статической жесткости механической характеристики двигателя в системе ГД.

Уравнение механической характеристики двигателя для статического режима можно представить в виде: или или

Здесь ФНД – номинальный поток двигателя.

Семейство механических характеристик двигателя в системе ГД, соответствующее различным значениям ЭДС генератора при синхронном гонном двигателе, изображено на рис.

Жесткость основной характеристики двигателя ~ в 2 раза меньше, чем при питанием его от сети с U=const, вследствие того, что в якорной цепи кроме сопротивления якоря двигателя имеется еще и сопротивление якоря генератора, а они ~ одинаковы, т. к. мощность генератора лишь немногим больше мощности двигателя. Но скорость идеального холостого хода, двигателя в разомкнутой системе ГД больше, чем при питании двигателя от сети с U=const, т. к. номинальная ЭДС генератора, определяющая w0 двигателя, больше, чем номинальное напряжение двигателя, определяющее w0 при питании его от сети, т. е.

, ибо

.

Характеристика двигателя при питании его от сети с U=UH изображена пунктиром.

Изменяя поток возбуждения генератора, следовательно, его ЭДС, можно осуществить непрерывное плавное управление моментом и скоростью электропривода во всех 4-х квадрантах координатной системы при b=const. На рис. показано в 1-м квадранте семейство характеристик при ЕГ=var. В разомкнутой системе ГД за счет изменения ЕГ можно получить диапазон регулирования скорости двигателя примерно 10:1. Изменяя же поток двигателя, можно увеличить скорость примерно еще в 3 раза. Т. о. общий диапазон регулирования скорости в такой системе примерно 30:1. На рис. показаны характеристики двигателя и в зоне изменения ФДВ. Они расположены выше основной и жесткость их изменяется.

Механические характеристики двигателя в системе ГД при асинхронном гонном двигателе будут не параллельны, т. к. при изменении нагрузки на валу приводного двигателя будет изменяться скорость гонного двигателя, следовательно и ЭДС генератора, что сказывается и на скорости приводного двигателя. Обычно непараллельностью характеристик при расчетах пренебрегают.

Двигатель в системе ГД может работать во всех режимах. Двигательному режиму соответствует область, заштрихованная в 1 и 3 квадрантах. Режиму динамическому торможению соответствует одна характеристика, проходящая через начало координат. Режиму противовключения соответствует область между осью моментов и характеристикой динамического торможения во 2 и 4 квадрантах.

Генераторному режиму с рекуперацией энергии в сеть соответствует область во 2 и 4 квадрантах, заключенная между осью скоростей и характеристикой динамического торможения.

Основным способом торможения двигателя в системе ГД является торможение с отдачей энергии в сеть. Если уменьшать или снять возбуждения генератора, то ЭДС двигателя станет больше ЭДС генератора. Двигатель превратиться в генератор. Ток в якорной цепи определяемый разностью: изменит направление на противоположное. Генератор превратиться в двигатель, работающий с ослабленным магнитным потоком. Скорость его увеличится и он будет раскручивать гонный двигатель со сверхсинхронной скоростью. Гонный двигатель превращается в генератор. Он будет отдавать в сеть активную энергию, потребляя из сети реактивную энергию.

Кинетическая энергия вращающихся инерционных масс приводным двигателем преобразуется в электрическую, поскольку он теперь работает генератором. В сеть отдается эта энергия за исключением потерь, имеющих место во всех элементах электропривода.

С помощью приведенных выше уравнений динамики для цепи возбуждения генератора, тиристорного возбудителя, уравнения механической характеристики двигателя и уравнения движения электропривода при жестких механических связях, можно построить структурную схему системы ГД, которая имеет вид.

Отпираясь на ранее сделанный анализ переходных процессов в эл. приводе с линейной механической характеристикой при или , можно сказать, что если изменять UУ по закону, обеспечивающему линейное нарастание ЭДС генератора, то в системе ГД и зависимости и будут иметь при прочих равных условиях тот же характер, как и в случае . Отличие структуры системы ГД от рассмотренной ранее структуры разомкнутой системы является наличие в цепи формирования управляющего воздействия 2-х инерционных звеньев с постоянным ТТВ и ТГ=ТВ. При вентильном возбуждении ТТВ@0,01с, а ТВ=(1¸4)с. Поэтому величиной ТВ можно пренибречь и структурную схему системы ГД представить в виде:

Из нее следует, что при изменении управляющего воздействия скачком ЭДС генератора и скорость w0 двигателя в системе ГД изменяются по закону, определяемому переходной функцией апериодического звена с постоянной ТГ=ТВ.

Достоинства системы ГД:

1. Отсутствуют громоздкие пусковые реостаты и потери в них.

2. Управление процессами перенесено в цепи возбуждения, имеющие небольшие токи, что облегчает и удешевляет аппаратуру.

3. Сравнительно высокий диапазон регулирования.

Недостатки системы ГД:

1. Высокая установленная мощность, превышающая в 3 раза мощность приводного двигателя.

2. Сравнительно низкий КПД, равный .

3. Повышенная крутизна механических характеристик.

4. Высокая первоначальная стоимость машинного оборудования.

Производим и продаем частотные преобразователи: Цены на преобразователи частоты(21.01.16г.): Частотники одна фаза в три: Модель Мощность Цена CFM110 0.25кВт 2300грн CFM110 0.37кВт 2400грн CFM110 0.55кВт 2500грн CFM210 1,0 кВт 3200грн …

В большинстве случаев к. з. АД питается от сети с U1=const и f1=const. Поэтому нелинейность их механических характеристик проявляется полностью как в режимах пуска, так и торможения. Магнитный поток в …

Обычно ДНВ работает при Ф=Фн если U=const или U=var. Необходимость ослабления по­тока возникает когда требуется получить скорость, превышающую основную (согласно тре­бованиям технологического процесса ). Если бы поток изменялся мгновенно, то …

msd.com.ua

Как сделать электрогенератор из электродвигателя, разбираем подробно этапы

Ответ на вопрос, как сделать самостоятельно электрогенератор из электродвигателя, основывается на знании устройства этих механизмов. Основная задача заключается в преобразовании двигателя в машину, выполняющую функции генератора. При этом следует продумать способ, как весь этот узел будет приводиться в движение.

Где используется генератор

Оборудование данного вида находит применение в совершенно разных областях. Это может быть промышленный объект, частное или загородное жилье, стройплощадка, причем любых масштабов, гражданские здания разного целевого использования.

Одним словом, совокупность таких узлов, как электрогенератор любого типа и электродвигатель, позволяют реализовать следующие задачи:

• Резервное электроснабжение;
• Автономная подача электроэнергии на постоянной основе.

В первом случае речь идет о страховочном варианте на случай возникновения опасных ситуаций, таких, как перегрузка сети, аварии, отключения и прочее. Во втором случае электрогенератор разнотипный и электродвигатель позволяют получить электричество в местности, где отсутствует централизованная сеть. Наряду с этими факторами присутствует еще одна причина, по которой рекомендуется использование автономного источника электроэнергии – это необходимость подачи стабильного напряжения на вход потребителя. Подобные меры нередко принимаются, когда необходимо ввести в работу оборудование с особо чувствительной автоматикой.

Особенности устройства и существующие виды

Чтобы определиться с тем, какой электрогенератор и электродвигатель выбрать для реализации поставленных задач, следует представлять себе, в чем заключается разница между существующими видами автономного источника энергоснабжения.

Бензиновые, газовые и дизельные модели

Основное отличие – тип топлива. С этой позиции различают:

1. Бензиновый генератор.
2. Дизельный механизм.
3. Устройство на газу.

В первом случае электрогенератор и содержащийся в конструкции электродвигатель по большей части используется для обеспечения электроэнергией на короткие сроки, что обусловлено экономической стороной вопроса ввиду высокой стоимости бензина.

Преимущество дизельного механизма заключается в том, что на его обслуживание и эксплуатацию потребуется значительно меньшее количество топлива. Дополнительно дизельный электрогенератор автономного типа и электродвигатель в нем будут работать длительный период времени без отключений благодаря большим ресурсам двигателя.

Устройство на газу является отличным вариантом на случай организации постоянного источника электроэнергии, так как топливо в данном случае всегда под рукой: подключение к газовой магистрали, использование баллонов. Поэтому стоимость эксплуатации такого агрегата будет ниже ввиду доступности топлива.

Основные конструктивные узлы такой машины тоже отличаются по исполнению. Двигатели бывают:

1. Двухтактные;
2. Четырехтактные.

Первый вариант устанавливается на устройства меньшей мощности и габаритов, тогда как второй – используется на более функциональных аппаратах. В генераторе имеется узел – альтернатор, другое его название «генератор в генераторе». Существует два его исполнения: синхронный и асинхронный.

По роду тока различают:

• Однофазный электрогенератор и, соответственно, электродвигатель в нем;
• Трехфазное исполнение.

Последний из названных вариантов рекомендуется приобретать в случае, когда пользователь планирует подключать к нему трехфазные потребители. Их преимущество заключается в возможности питать также и однофазную технику.

Чтобы понять, как сделать электрогенератор из асинхронного электродвигателя, важно понимать принцип действия этого оборудования. Так, основа функционирования заключается в преобразовании разных видов энергий. В первую очередь происходит переход кинетической энергии расширения газов, возникающих при сгорании топлива, в механическую. Это происходит с непосредственным участием кривошипно-шатунного механизма при вращении вала двигателя.

Преобразование механической энергии в электрическую составляющую происходит посредством вращения ротора альтернатора, в результате чего образуется электромагнитное поле и ЭДС. На выходе после стабилизации выходное напряжение попадает к потребителю.

Делаем источник электроэнергии без узла привода

Наиболее распространенным способом для реализации такой задачи является попытка организовать энергоснабжение посредством асинхронного генератора. Особенностью данного метода является приложение минимума усилий в плане монтажа дополнительных узлов для корректной работы такого устройства. Это обусловлено тем, что данный механизм функционирует по принципу асинхронного двигателя и продуцирует электроэнергию.

Смотрим видео, безтопливный генератор своими силами:

При этом ротор вращается с намного большей скоростью, чем смог бы выдавать синхронный аналог. Сделать электрогенератор из асинхронного электродвигателя своими руками вполне можно, не используя при этом дополнительных узлов или особых настроек.

В результате принципиальная схема устройства останется практически нетронутой, но появится возможность обеспечить электроэнергией небольшой объект: частный или загородный дом, квартиру. Применение таких устройств довольно обширно:

Чтобы организовать действительно автономный источник энергоснабжения, электрогенератор без приводящего в работу двигателя должен функционировать на самовозбуждении. А это реализуется посредством подключения конденсаторов в последовательном порядке.

Смотрим видео, генератор своими руками, этапы работ:

Другая возможность выполнить задуманное – использовать двигатель Стирлинга. Его особенностью является преобразование тепловой энергии в механическую работу. Другое название такого узла – двигатель внешнего сгорания, а если говорить точнее, исходя из принципа работы, то, скорее, двигатель внешнего нагрева.

Это обусловлено тем, что для эффективного функционирования устройства требуется значительный перепад температур. В результате роста этой величины повышается и мощность. Электрогенератор на двигателе внешнего нагрева Стирлинга может работать от любого источника тепла.

Последовательность действий при самостоятельном изготовлении

Чтобы превратить двигатель в автономный источник электроснабжения, следует несколько изменить схему, подключив конденсаторы к обмотке статора:

Схема включения асинхронного двигателя

При этом будет протекать опережающий емкостной ток (намагничивающий). В результате образуется процесс самовозбуждения узла, а величина ЭДС соответственно изменяется. На этот параметр в большей мере влияет емкость подключенных конденсаторов, но нельзя забывать и о параметрах самого генератора.

Чтобы устройство не грелось, что обычно является прямым следствием неправильно подобранных параметров конденсаторов, нужно руководствоваться специальными таблицами при их выборе:

Эффективность и целесообразность

Прежде, чем решать вопрос, где купить автономный электрогенератор без двигателя, нужно определить, действительно ли хватит мощности такого устройства для обеспечения потребностей пользователя. Чаще всего самодельные аппараты этого рода обслуживают маломощных потребителей. Если решено сделать своими руками электрогенератор автономный без двигателя, купить необходимые элементы можно в любом сервисном центре или магазине.

Но преимуществом их является сравнительно небольшая себестоимость, учитывая, что достаточно лишь немного изменить схему, подключив несколько конденсаторов подходящей емкости. Таким образом, при наличии некоторых знаний можно соорудить компактный и маломощный генератор, который будет обеспечивать достаточным количеством электроэнергии для питания потребителей.

generatorvolt.ru

Генератор и двигатель — чем они отличаются

Все электрические машины функционируют в соответствии с законом электромагнитной индукции, а также с законом взаимодействия проводника с током и магнитного поля.

Электрические машины по типу питания подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Постоянный ток создается за счет источников бесперебойного питания. Для машин постоянного тока характерно свойство обратимости. Это означает, что они способны работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Данное обстоятельство можно объяснить с точки зрения аналогичных явлений в работе обеих машин. Более детально конструктивные особенности двигателя и генератора рассмотрим далее.

Двигатель

Двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. В промышленном производстве двигатели применяются в качестве приводов на станках и прочих механизмах, являющихся частью технологических процессов. Также двигатели используются в бытовых приборах, к примеру, в стиральной машине.

Электродвигатель постоянного тока

При нахождении в магнитном поле проводника в виде замкнутой рамки, силы, которые приложены к рамке, приведут данный проводник к вращению. В таком случае, речь будет идти о простейшем двигателе.

Как было указано ранее, работа двигателя постоянного тока осуществляется от источников бесперебойного питания, к примеру, от аккумуляторной батареи, блока питания. У двигателя имеется обмотка возбуждения. В зависимости от ее подключения, различают двигатели с независимым и самовозбуждением, которое, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным.

Подключение двигателя переменного тока производится от электрической сети. Исходя из принципа работы, двигатели подразделяются на синхронные и асинхронные.

Асинхронный двигатель

Главным отличием синхронного двигателя является наличие обмотки на вращающемся роторе, а также имеющийся щеточный механизм, служащий для подведения тока на обмотки. Вращение ротора осуществляется синхронно вращению магнитного поля статора. Отсюда двигатель имеет такое название.

В асинхронном двигателе важным условием является то, что вращение ротора должно быть медленнее вращения магнитного поля. При несоблюдении данного требования наведение электродвижущей силы и возникновение электротока в роторе оказывается невозможным.

Асинхронные двигатели применяются чаще, однако у них имеется один значительный недостаток – без изменения частоты тока невозможно регулирование скорости вращения вала. Данное условие не позволяет достичь вращения с постоянной частотой. Также значительным недостатком является ограничение по максимальной скорости вращения (3000 об./мин.).

В случаях необходимости достижения постоянной скорости вращения вала, возможности ее регулирования, а также достижения скорости вращения, превышающей максимально возможную для асинхронных двигателей, применяют синхронные двигатели.

Генератор

Проводник, перемещаясь между двумя магнитными полюсами, способствует возникновению электродвижущей силы. Когда проводник замыкают, то при воздействии электродвижущей силы в нем возникает ток. На данном явлении основывается действие электрического генератора.

Генератор переменного тока

Генератор способен вырабатывать электрическую энергию из тепловой или химической энергии. Однако наиболее широкое распространение получили генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Основные составные элементы генератора постоянного тока:

• Якорь, выступающий в качестве ротора.
• Статор, на котором располагается катушка возбуждения.
• Корпус.
• Магнитные полюса.
• Коллекторный узел и щетки.

Генераторы постоянного тока используются не так часто. Основные сферы их применения: электрический транспорт, сварочные инверторы, а также ветроустановки.

Генератор постоянного тока

Генератор переменного тока имеет схожую конструкцию с генератором постоянного тока, но отличается строением коллекторного узла и обмотками на роторе.

Схема генератора переменного тока

Так же как и в случае с двигателями, генераторы могут быть синхронными и асинхронными. Разница между данными генераторами заключается в строении ротора. У синхронного генератора катушки индуктивности расположены на роторе, а у асинхронного генератора для расположения обмотки на валу имеются специальные пазы.

Синхронные генераторы применяют, когда необходима выдача тока с высокой пусковой мощностью на короткий промежуток времени, с превышением номинальной. Применение асинхронных генераторов больше предусмотрено в быту, для энергетического снабжения бытовых приборов, а также для освещения, так как электрическая энергия, вырабатывается практически без искажений.

Чем отличается генератор от двигателя?

Подводя итог, важно отметить, что функционирование двигателей и генераторов основано на общем принципе электромагнитной индукции. Конструкция данных электрических машин аналогична, однако имеется различие в конфигурации ротора.

Главным же отличием является функциональное назначение генератора и двигателя: двигатель вырабатывает механическую энергию, потребляя электрическую, а генератор наоборот вырабатывает электрическую энергию, потребляя механическую, либо другой вид энергии.

vchemraznica.ru

Самодельный генератор из асинхронного электродвигателя

В стремлении получить автономные источники электроэнергии специалисты нашли способ как своими руками переделать, трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока в генератор. Такой метод имеет ряд преимуществ и отдельные недостатки.

Внешний вид асинхронного электродвигателя

В разрезе показаны основные элементы:

1. чугунный корпус с радиаторными рёбрами для эффективного охлаждения;
2. корпус короткозамкнутого ротора с линиями сдвига магнитного поля относительно его оси;
3. коммутационно контактная группа в коробке (борно), для коммутации обмоток статора в схемы звезда или треугольник и подключения проводов электропитания;
4. плотные жгуты медных проводов обмотки статора;
5. стальной вал ротора с канавкой для фиксации шкива клиновидной шпонкой.

Детальная разборка асинхронного электродвигателя с указанием всех деталей показана на рисунке ниже.

Детальная разборка асинхронного двигателя

Достоинства генераторов, переделанных из асинхронных двигателей:

1. простота сборки схемы, возможность не разбирать электродвигатель, не перематывать обмотки;
2. возможность вращения генератора электротока ветряной или гидротурбиной;
3. генератор из асинхронного двигателя широко используется в системах мотор-генератор для преобразования однофазной сети 220В переменного тока в трёхфазную сеть с напряжением 380В.
4. возможность использования генератора, в полевых условиях раскручивая его от двигателей внутреннего сгорания.

Как недостаток можно отметить сложность расчёта ёмкости конденсаторов, подключаемых к обмоткам, фактически это делается экспериментальным путём.

Поэтому трудно добиться максимальной мощности такого генератора, бывают сложности с электропитанием электроустановок, которые имеют большое значение пускового тока, на циркулярных электропилах с трёхфазными двигателями переменного тока, бетономешалках и других электроустановках.

Принцип работы генератора

В основу работы такого генератора заложен принцип обратимости: «любая электроустановка преобразующая электрическую энергию в механическую, может сделать обратный процесс». Используется принцип работы генераторов, вращение ротора вызывает ЭДС и появление электрического тока в обмотках статора.

Исходя из этой теории, очевидно, что асинхронный электродвигатель можно переделать в электрогенератор. Чтобы осознано провести реконструкцию необходимо понять, как происходит процесс генерации и что для этого требуется. Все двигатели, которые приводит в движение сила переменного тока, считаются асинхронными. Поле статора движется с небольшим опережением относительно магнитного поля ротора, подтягивая его за собой в сторону вращения.

Чтобы получить обратный процесс, генерацию, поле ротора должно опережать движение магнитного поля статора, в идеальном случае вращаться в противоположном направлении. Добиваются этого включением в сеть питания, конденсатора большой ёмкости, для увеличения ёмкости используют группы конденсаторов. Конденсаторная установка заряжается, накапливая магнитную энергию (элемент реактивной составляющей переменного тока). Заряд конденсатора по фазе противоположный источнику тока электродвигателя, поэтому вращение ротора начинает замедляться, обмотка статора генерирует ток.

Этот принцип работы используется практически в электровозах, трамваях при необходимости плавного торможения. По такому же принципу некоторые «Кулибины», замедляют вращение диска электросчётчиков, пытаясь сократить расходы на электроэнергию.

Преобразование

Как практически своими руками преобразовать асинхронный электродвигатель в генератор?

Для подключения конденсаторов надо открутить верхнюю крышку борно (коробка), где расположена контактная группа, коммутирующая контакты обмоток статора и подключены провода питания асинхронного двигателя.

Открытое борно с контактной группой

Обмотки статора могут быть соединены в схему «Звезда» или «Треугольник».

Схемы включения «Звезда» и «Треугольник»

На шильдике или в паспорте на изделие показаны возможные схемы подключения и параметры двигателя при различных подключениях. Указывается:

• максимальные токи;
• напряжение питания;
• потребляемая мощность;
• количество оборотов в минуту;
• КПД и другие параметры.

Параметры двигателя, которые указаны на шильдике

В трёхфазный генератор из асинхронного электродвигателя, который делают своими руками, конденсаторы подключаются по аналогичной схеме «Треугольником» или «Звездой».

Вариант включения со «Звездой» обеспечивает пусковой процесс генерации тока на более низких оборотах, чем при соединении схемы в «Треугольник». При этом напряжение на выходе генератора будет немного ниже. Подключение по схеме «Треугольника» предоставляет незначительное увеличение выходного напряжения, но требует более высоких оборотов при запуске генератора. В однофазном асинхронном электродвигателе подключается один фазосдвигающий конденсатор.

Схема подключения конденсаторов на генераторе в «Треугольник»

Используются конденсаторы модели КБГ-МН, или другие марки не менее 400 В бесполярные, двухполюсные электролитические модели в этом случае не подходят.

Как выглядит бесполюсный конденсатор марки КБГ-МН

Так как в бытовых условиях рассчитать необходимую ёмкость конденсаторов для используемого двигателя практически невозможно, экспериментальным путём была составлена таблица.

Расчёт ёмкости конденсаторов для используемого двигателя

В синхронных генераторах возбуждение процесса генерации происходит на обмотках якоря от источника тока. 90% асинхронных двигателей имеют короткозамкнутые роторы, без обмотки, возбуждение создаётся остаточным в роторе статическим зарядом. Его достаточно чтобы на первоначальном этапе вращения создать ЭДС, которое наводит ток, и подзаряжает конденсаторы, через обмотки статора. Дальнейшая подзарядка уже поступает от генерируемого тока, процесс генерации будет непрерывным, пока вращается ротор.

Автомат подключения нагрузки к генератору, розетки и конденсаторы рекомендуется установить в отдельный закрытый щит. Соединительные провода от борно генератора до щита проложить в отдельном изолированном кабеле.

Даже при неработающем генераторе необходимо избегать прикосновения к клемам конденсаторов контактов розеток. Накопленный конденсатором заряд остаётся длительное время и может ударить током. Заземляйте корпуса всех агрегатов, мотора, генератора, щита управления.

Монтаж системы мотор-генератор

При монтаже генератора с мотором своими руками надо учитывать, что указанное количество номинальных оборотов используемого асинхронного электродвигателя на холостом ходу больше.

Схема мотор-генератора на ременной передаче

На двигателе в 900 об/м при холостом ходе будет 1230 об/м, чтобы получить на выходе генератора, переделанного из этого двигателя достаточную мощность, надо иметь количество оборотов на 10% больше холостого хода:

1230 + 10% =1353 об/м.

Ременная передача рассчитывается по формуле:

Vг = Vм x Dм\Dг

Vг – необходимая скорость вращения генератора 1353 об/м;

Vм – скорость вращения мотора 1200 об/м;

Dм – диаметр шкива на моторе 15 см;

Dг – диаметр шкива на генераторе.

Имея мотор на 1200 об/м где шкив Ø 15 см, остаётся рассчитать только Dг – диаметр шкива на генераторе.

Dг = Vм x Dм/ Vг = 1200об/м х 15см/1353об/м = 13,3 см.

Генератор на ниодимовых магнитах

Как сделать генератор из асинхронного электродвигателя?

Этот самодельный генератор исключает применение конденсаторных установок. Источник магнитного поля, которое наводит ЭДС и создаёт ток в обмотке статора, построен на постоянных ниодимовых магнитах. Для того чтобы это сделать своими руками необходимо последовательно выполнить следующие действия:

• Снять переднюю и заднюю крышки асинхронного электродвигателя.
• Извлечь ротор из статора.

Как выглядит ротор асинхронного двигателя

• Ротор протачивается, снимается верхний слой на 2 мм больше толщины магнитов. В бытовых условиях сделать расточку ротора своими руками не всегда представляется возможным, при отсутствии токарного оборудования и навыков. Нужно обратиться к специалистам в токарные мастерские.
• На листе обычной бумаги готовится шаблон для размещения круглых магнитов, Ø 10-20мм, толщиной до 10 мм, с силой притяжения 5-9 кг, на кв/см, размер зависит от величины ротора. Шаблон наклеивается на поверхность ротора, магниты размещаются полосами под углом 15 – 20 градусов относительно оси ротора, по 8 штук в полосе. На рисунке ниже видно, что на некоторых роторах отмечены тёмно-светлые полосы смещения линий магнитного поля относительно его оси.

Установка магнитов на ротор

• Ротор на магнитах рассчитывается так, чтобы получилось четыре группы полос, в группе по 5 полосок, расстояние между группами 2Ø магнита. Промежутки в группе 0.5-1Ø магнита, такое расположение снижает силу залипания ротора к статору, он должен проворачиваться усилиями двух пальцев;
• Ротор на магнитах, сделанный по рассчитанному шаблону, заливается эпоксидной смолой. После того как она немного подсохнет цилиндрическая часть ротора покрывается слоем стекловолокна и опять пропитывается эпоксидной смолой. Это исключит вылет магнитов при вращении ротора. Верхний слой на магнитах не должен превышать первоначального диаметра ротора, который был до проточки. В противном случае ротор не встанет на своё место или при вращении будет тереться об обмотку статора.
• После просушки, ротор можно поставить на место и закрыть крышки;
• Испытывать, электрогенератор необходимо – проворачивать ротор электродрелью, измеряя напряжение на выходе. Количество оборотов при достижении нужного напряжения измеряется тахометром.
• Зная необходимое количество оборотов генератора, ременная передача рассчитывается по методике описанной выше.

Интересный вариант применения, когда электрогенератор на основе асинхронного электродвигателя, используется в схеме электрический мотор-генератор с самоподпиткой. Когда часть мощности вырабатываемой генератором поступает на электродвигатель, который его раскручивает. Остальная энергия расходуется на полезную нагрузку. Осуществив принцип самоподпитки практически можно на долгое время обеспечить дом автономным электропитанием.

Видео. Генератор из асинхронного двигателя.

Для широкого круга потребителей электроэнергии покупать мощные дизельные электростанции как TEKSAN TJ 303 DW5C с мощностью на выходе 303 кВА или 242 кВт не имеет смысла. Маломощные бензиновые генераторы дорогие, оптимальный вариант сделать своими руками ветровые генераторы или устройство мотор-генератор с самопдпиткой.

Используя эту информацию можно собрать генератор своими руками, на постоянных магнитах или конденсаторах. Такое оборудование очень полезно на загородных домах, в полевых условиях, как аварийный источник питания, когда отсутствует напряжение в промышленных сетях. Полноценный дом с кондиционерами, электрическими плитами и нагревательными бойлерами, мощный мотор циркулярной пилы они не потянут. Временно обеспечить электроэнергией бытовые приборы первой необходимости могут, освещение, холодильник, телевизор и другие, которые не требуют больших мощностей.

elquanta.ru