- Zariadenie a princíp činnosti
- klasifikácia
- oblasť použitia
- Asynchrónny generátor do-it-yourself
- Prevádzkové tipy
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Na napájanie domácich spotrebičov a priemyselných zariadení je potrebný zdroj energie. Generujte elektrický prúd niekoľkými spôsobmi. Ale najsľubnejším a nákladovo najefektívnejším doposiaľ je výroba prúdu elektrickými strojmi. Najjednoduchšou výrobou, lacnou a spoľahlivou prevádzkou bol asynchrónny generátor, ktorý generuje leví podiel spotrebovanej elektriny.
Použitie elektrických strojov tohto typu je diktované ich výhodami. Asynchrónne elektrické generátory na rozdiel od synchrónnych generátorov poskytujú: \ t
- vyšší stupeň spoľahlivosti;
- dlhá životnosť;
- účinnosť;
- minimálne náklady na údržbu.
Tieto a ďalšie vlastnosti asynchrónnych generátorov sú súčasťou ich konštrukcie.
Zariadenie a princíp činnosti
Hlavnými pracovnými časťami asynchrónneho generátora sú rotor (pohyblivá časť) a stator (stacionárny). Na obrázku 1 je rotor umiestnený vpravo a stator vľavo. Dávajte pozor na rotorové zariadenie. Vinutia z medi nie sú na ňom viditeľné. V skutočnosti sú to vinutia, ale pozostávajú z hliníkových tyčí, ktoré sú skratované na krúžkoch umiestnených na oboch stranách. Na fotografii sú prúty viditeľné ako šikmé čiary.
Konštrukcia skrátených vinutí vytvára tzv. Priestor vnútri tejto klietky je vyplnený oceľovými platňami. Presne povedané, hliníkové tyče sú vtlačené do drážok vytvorených v jadre rotora.
Asynchrónny stroj, ktorého zariadenie je opísané vyššie, sa nazýva generátor rotorových klietok. Každý, kto je oboznámený s konštrukciou asynchrónneho motora, si pravdepodobne všimol podobnosť v štruktúre týchto dvoch strojov. V skutočnosti sa nijako nelíšia, pretože asynchrónny generátor a elektromotor s krátkym okruhom sú takmer identické, s výnimkou prídavných budiacich kondenzátorov používaných v režime generátora.
Rotor je umiestnený na hriadeli, ktorý je uložený na ložiskách, zovretý na oboch stranách krytov. Celá konštrukcia je chránená kovovým puzdrom. Generátory stredného a vysokého výkonu vyžadujú chladenie, preto je na hriadeli dodatočne inštalovaný ventilátor a samotný kryt je rebrovaný (pozri obr. 2).
Princíp činnosti
Podľa definície je generátorom zariadenie, ktoré prevádza mechanickú energiu na elektrický prúd. Nezáleží na tom, aká energia sa používa na otáčanie rotora: veterná energia, potenciálna energia vody alebo vnútorná energia premenená turbínou alebo spaľovacím motorom na mechanickú energiu.
V dôsledku otáčania rotora pretína magnetické siločiary tvorené zvyškovou magnetizáciou oceľových dosiek vinutia statora. EMF sa vytvára v cievkach, ktoré pri pripájaní aktívnych záťaží vedú k tvorbe prúdu v ich obvodoch.
Je dôležité, aby synchrónna rýchlosť otáčania hriadeľa mierne (približne o 2 - 10%) prekročila synchrónnu frekvenciu striedavého prúdu (nastavenú počtom pólov statora). Inými slovami, je potrebné zaistiť asynchrónnosť (nesúlad) frekvencie otáčania o množstvo sklzu rotora.
Treba poznamenať, že takto získaný prúd bude malý. Na zvýšenie výstupného výkonu je potrebné zvýšiť magnetickú indukciu. Dosiahnite vyššiu účinnosť zariadenia pripojením kondenzátorov k svorkám cievok statora.
Obrázok 3 znázorňuje schému asynchrónneho alternátora s excitáciou kondenzátora (ľavá strana obvodu). Všimnite si, že budiace kondenzátory sú spojené v trojuholníkovom vzore. Na pravej strane obrázku je skutočný obvod samotného zváracieho stroja meniča.
Existujú ďalšie, zložitejšie budiace obvody, napríklad s použitím induktorov a kondenzátorovej banky. Príklad takejto schémy je znázornený na obr.
Rozdiel od synchrónneho generátora
Hlavný rozdiel medzi synchrónnym alternátorom a asynchrónnym generátorom v konštrukcii rotora. V synchrónnom stroji sa rotor skladá z vinutí drôtu. Na vytvorenie magnetickej indukcie sa používa nezávislý zdroj energie (často prídavný nízkonapäťový generátor jednosmerného prúdu umiestnený na rovnakej osi ako rotor).
Výhodou synchrónneho generátora je, že generuje lepší prúd a je ľahko synchronizovaný s inými alternátormi tohto typu. Synchrónne alternátory sú však citlivejšie na preťaženie a poruchy. Sú drahšie od svojich asynchrónnych náprotivkov a náročnejšie na údržbu - je potrebné monitorovať stav kefiek.
Harmonický koeficient alebo jasný faktor asynchrónnych generátorov je nižší ako koeficient synchrónnych alternátorov. To znamená, že vyrábajú takmer čistú elektrinu. Takéto prúdy fungujú stabilnejšie:
- UPS;
- nastaviteľné nabíjačky;
- moderné televízne prijímače.
Asynchrónne generátory zabezpečujú spoľahlivé spustenie elektromotorov, ktoré vyžadujú vysoké štartovacie prúdy. Podľa tohto ukazovateľa v skutočnosti nie sú horšie ako synchrónne stroje. Majú menej reaktívnych záťaží, čo má pozitívny vplyv na tepelný režim, pretože menej energie sa spotrebuje na jalový výkon. Asynchrónny alternátor má lepšiu stabilitu výstupnej frekvencie pri rôznych otáčkach rotora.
klasifikácia
Generátory vačkového typu sú najpoužívanejšie kvôli jednoduchosti ich konštrukcie. Existujú však aj iné typy asynchrónnych strojov: alternátory s fázovým rotorom a zariadenia využívajúce permanentné magnety, ktoré tvoria budiaci obvod.
Na obr. 5 sú pre porovnanie znázornené dva typy generátorov: vľavo na základni asynchrónneho motora s rotorom vačkovej klietky a vpravo - asynchrónny stroj na báze AD s fázovým rotorom. Aj pri rýchlom pohľade na schematické obrazy je možné vidieť zložitú konštrukciu fázového rotora. Prítomnosť kontaktných krúžkov (4) a mechanizmu držiakov kefiek (5) priťahuje pozornosť. Číslo 3 označuje drážky pre vinutie drôtu, na ktoré je potrebné aplikovať prúd na jeho excitáciu.
Prítomnosť budiacich vinutí v rotore asynchrónneho generátora zlepšuje kvalitu generovaného elektrického prúdu, avšak súčasne sa strácajú také výhody ako jednoduchosť a spoľahlivosť. Preto sa takéto zariadenia používajú ako zdroj autonómnej energie len v tých oblastiach, kde je bez nich ťažké. Trvalé magnety v rotoroch sa používajú hlavne na výrobu nízkoenergetických generátorov.
oblasť použitia
Najbežnejšie použitie generátorových agregátov s rotorom vačkovej klietky. Sú lacné, vyžadujú malú údržbu. Zariadenia vybavené štartovacími kondenzátormi majú slušné výkonové ukazovatele.
Asynchrónne alternátory sa často používajú ako samostatný alebo záložný zdroj energie. Prenosné benzínové generátory s nimi pracujú, používajú sa pre výkonné mobilné a stacionárne naftové generátory.
Alternátory s trojfázovým vinutím s istotou štartujú trojfázový elektromotor, preto sa často používajú v priemyselných elektrárňach. Môžu tiež napájať zariadenia v jednofázových sieťach. Dvojfázový režim umožňuje šetriť palivo ICE, pretože nepoužité vinutia sú v pohotovostnom režime.
Rozsah aplikácie je pomerne rozsiahly:
- dopravného priemyslu;
- poľnohospodárstva;
- sféra domácností;
- zdravotnícke zariadenia;
Asynchrónne alternátory sú vhodné pre výstavbu miestnych veterných a hydraulických elektrární.
Asynchrónny generátor do-it-yourself
Urobme si rezerváciu hneď: to nebude o tom, aby generátor od nuly, ale o prepracovaní indukčného motora na alternátor. Niektorí remeselníci používajú hotový stator z motora a experimentujú s rotorom. Cieľom je vytvoriť póly rotora s neodymovými magnetmi. Niečo podobné by mohlo vyzerať ako prázdne s vloženými magnetmi (pozri obr. 6):
Magnety nalepíte na špeciálne obrábaný obrobok uložený na hriadeli motora, pri dodržaní ich polarity a šmykového uhla. To bude vyžadovať najmenej 128 magnetov.
Hotová konštrukcia musí byť nastavená na stator a súčasne musí byť zabezpečená minimálna medzera medzi zubami a magnetickými pólmi vyrobeného rotora. Vzhľadom k tomu, že magnety sú ploché, budete musieť brúsiť alebo brúsiť, zatiaľ čo neustále chladenie štruktúry, pretože neodym stráca svoje magnetické vlastnosti pri vysokej teplote. Ak to urobíte správne, generátor bude pracovať.
Problém je v tom, že v remeselných podmienkach je veľmi ťažké vytvoriť ideálny rotor. Ale ak máte sústruh a ste pripravení stráviť niekoľko týždňov na úpravu a prepracovanie, môžete experimentovať.
Ponúkam praktickejšiu možnosť - otáčanie asynchrónneho motora na generátor (pozri video nižšie). K tomu budete potrebovať elektromotor s vhodným výkonom a prijateľnou rýchlosťou rotora. Výkon motora by mal byť aspoň o 50% vyšší ako požadovaný výkon alternátora. Ak je takýto elektromotor k dispozícii, pokračujte v recyklácii. Inak je lepšie kúpiť hotový generátor.
Na spracovanie budete potrebovať 3 kondenzátory značky KBG-MN, MBGO, MBGT (môžete si vziať aj iné značky, ale nie elektrolytické). Vyberte kondenzátory pre napätie najmenej 600 V (pre trojfázový motor). Jalový výkon generátora Q súvisí s kapacitou kondenzátora nasledujúcim vzťahom: Q = 0, 314 · U2 · C10 -6 .
Keď sa záťaž zvyšuje, reaktívny výkon sa zvyšuje, čo znamená, že na udržanie stabilného napätia U je potrebné zvýšiť kapacitu kondenzátorov pridaním nových kapacitných prepínačov.
Video: Vyrábame asynchrónny generátor z jednofázového motora - časť 1
Časť 2
Časť 3
Časť 4
Časť 5
Časť 6
Na zjednodušenie výberu kondenzátorov použite tabuľku:
Tabuľka 1
| Výkon alternátora (kW-A) | Kapacitná kapacita kondenzátora (µF) pri voľnobehu | Kapacitná kapacita kondenzátora (μF) pri strednom zaťažení | Kapacitná kapacita kondenzátora (µF) pri plnom zaťažení |
| 2 | 28 | 36 | 60 |
| 3.5 | 45 | 56 | 100 |
| 5 | 60 | 75 | 138 |
V praxi sa priemerná hodnota zvyčajne volí za predpokladu, že zaťaženie nebude maximálne.
Voľbou parametrov kondenzátorov ich pripojte na svorky vinutí statora, ako je znázornené na obrázku (obr. 7). Generátor je pripravený.
Prevádzkové tipy
Asynchrónny generátor nevyžaduje špeciálnu starostlivosť. Jeho údržba je monitorovať stav ložísk. V nominálnych režimoch môže zariadenie pracovať bez zásahu obsluhy.
Slabým článkom je kondenzátor. Môžu zlyhať, najmä ak sú hodnoty ich tváre nesprávne zvolené.
Počas prevádzky sa generátor zahrieva. Ak často pripájate zvýšené záťaže, sledujte teplotu zariadenia alebo sa postarajte o dodatočné chladenie.