Генератор в асинхронный двигатель: как переделывать. Ветрогенератор с асинхронным двигателем: полезная энергия ветра Генератор из асинхронного для ветряка

Ветрогенератор является довольно простой и надежной конструкцией в плане источника автономной электрический энергии. Описанный в данной статье, тип генератора работает на постоянных магнитах и является переделанной моделью из асинхронного двигателя. Генератор сделан из старого четырех полюсного двигателя. Так как тут попытка такого преобразования – первая, то здесь не имела значения мощность двигателя, скорее дело в практическом применении и чистого интереса. Первым делом необходимо было разобрать двигатель. Удивило состояние деталей внутри конструкции – они были практически новые, что не могло не радовать.

Теперь необходимо было проточить ротор. Зачастую такую работу необходимо производить только, если имеются навыки токарного дела.Так как, таких навыков не имеется, пришлось обращаться за помощью к знакомому токарю.

Далее нужно было подобрать магниты и рассчитать скос магнитного полюса. Скос делается для того, чтобы не происходило залипание. Как только все расчеты были проведены, тут же распечатал шаблон и пробил отверстия.

Данный шаблон нужен для того, что бы показать места, где именно нужно клеить магниты. Если правильно рассчитать угол скоса, то проблем при проклейке магнита не должно возникать. В основном, такая работа займет не более двух часов.

Далее плотно обмотал ротор скотчем. Делать это следует снизу, плавно двигаясь вверх. И только на самом верху оставить зазор. Следом спокойно залил все это эпоксидной смолой, для достижения большей герметичности и надежности. Когда производится процесс проточки ротора, то необходимо брать запас раза в 1,5 – 2 больше расчетного. Все дело в том, что если мало сточить, что ротор просто не сможет войти. Можно, конечно сточить магниты, но в дальнейшем это может быть чревато перегревом генератора, так что лучше заранее позаботиться обо всех нюансах.

Теперь следует собрать генератор воедино и проверить возможность его оборотов. Достаточно просто провернуть ротор двумя пальцами. Обороты должны проходить легко, без залипания и трения. Теперь, когда конструкция полностью готова, можно приступать к процессу съема характеристик.

Естественно, при первых замерах нельзя гарантировать точные характеристики генератора, но все же примерно прикинуть достаточно. После того, как все характеристики сняты, можно приступать к изготовлению лопастей.

По данным характеристики можно отметить, что диаметр турбины будет соответствовать 1,7 метра, а быстроходность Z 5.

Изготовив полностью всю конструкцию, необходимо проверить ее работоспособность. Достаточно проверить ее работу, заменив обычный флюгер. Здесь достаточно небольшого ветра, что бы генератор пришел в действие. Поэтому необходимо аккуратно установить конструкцию вместо флюгера и привести в действие. Как уже говорилось, наличие ветра лишь придаст эффектным оборотам данной конструкции, но главное, что бы в это время генератор был уже закреплен.

Данная конструкция сможет спокойно отработать в течении нескольких месяцев, причем без ремонта или замены конструктивных частей. Конечно, при условии, что все сделано правильно. После нескольких месяцев работы следует полностью проверить генератор.

Этап 1: ознакомление с комплектующими

Из асинхнонного двигателя можно своими руками собрать ветрогенератор мощностью до 1 кВт. При такой небольшой мощности возможно запитать дома или на даче некоторые бытовые приборы, уличное освещение в саду.

Изготовление самодельного ветряка может решить проблему получения основного или дополнительного бесплатного источника энергии для индивидуального использования. Ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками вполне можно сделать в домашних условиях. При выработке электроэнергии генератор мощностью до 1 кВт он вполне способен обеспечить электропитанием некоторые бытовые приборы, отопление или освещение.

Из чего состоит

1. Ротор с лопастями и ветротурбиной, оснащенный специальным хвостом для ориентации против ветра или ветроколесо;
2. Мачта с растяжками или без таковых, на которой закрепляется ротор. Обычно строят мачты высотой от 3 до 7 м;
3. Аккумуляторные батареи (чаще всего используют свинцовые стартерные кислотные аккумуляторы);
4. Электрогенератор переменного тока, для которого используется асинхронный двигатель;
5. Устройство для контроля заряда аккумуляторов (контроллер);
6. Преобразователь, подключенный к бытовой сети (инвертор), мощностью от 600 до 1500Вт;
7. Молниеотводящая система (заземление).

Принцип работы

Домашние ветряки не имеют принципиальных отличий от ветрогенераторных установок, используемых в промышленных масштабах. Главное — получение переменного напряжения с помощью преобразования кинетической энергии в электрическую. Чистая энергия ветра через крутящий момент ветроколеса роторного типа передается на генератор, в качестве которого чаще всего используется асинхронный двигатель.

Генератор вырабатывает ток, поступающий в аккумуляторные батареи с модулем и контроллером заряда, и далее — в инвертор постоянного напряжения, подключенный к сети. На выходе получается переменное напряжение, используемое для бытовых нужд (220В 50Гц). Переменное напряжение от генератора с помощью контроллера преобразуется в постоянное для зарядки аккумуляторов (обычно на 12-24В). Инверторы могут работать в качестве источника бесперебойного питания, то есть переключать при необходимости питание бытовых приборов на аккумуляторы или на генератор.

Пример постройки

Материалы и инструменты

Для устройства самодельного ветрогенератора на базе асинхронного двигателя помимо электроники понадобятся:

1. Труба металлическая диаметром не менее 7 см с соответствующей толщиной стенок для создания мачты;
2. Стальная или поливинилхлоридная труба для лопастей. Также могут быть использованы деревянная доска, профиль из стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой или готовые лопасти;
3. Бетон, дерево или металл для устройства опоры;
4. Дрель с подходящими сверлами, ножовка, рулетка, разводной ключ, газовый ключ;
5. Металлическая рама или станина для закрепления лопастей и генератора с поворотным узлом; металлический лист для изготовления хвоста; инструмент для резки металла;
6. Костыли и хомуты для крепления растяжек.;
7. Стальной трос (оцинкованный) сечением 12 мм для изготовления растяжек.

Характеристики

1. Мощность от 1,32 кВ.
2. Наличие неодимовых магнитов, обеспечивающих оптимальную электромагнитную электродвижущую силу (ЭДС), либо металлической гильзы для магнитов, надеваемой на ротор (магниты используются чаще).
3. Правильное размещение магнитов на роторе, то есть полюсное чередование NS.
4. Ротор перед размещением магнитов должен быть проточен на толщину используемых магнитов.
5. Переделка обмотки статора не всегда требуется в случае использования неодимовых магнитов. Однако обмотка с использованием провода большей толщины улучшает рабочие показатели. Оптимальна перемотка статора на 6 полюсах проводом толщиной до 1,2 мм, до 24 витков на катушках.

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 , 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.

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).

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.

Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.

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:

• 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 , 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.

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 , их используют для мощных мобильных и .

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):

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

Часть 2

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.

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.

В качестве генератора для ветряка было решено переделать асинхронный двигатель. Такая переделка очень проста и доступна, поэтому в самодельных конструкциях ветрогенераторов часто можно видеть генераторы сделанные из асинхронных двигателей.

Переделка заключается в проточке ротора под магниты, далее магниты обычно по шаблону приклеивают к ротору и заливают эпоксидной смолой чтобы не отлетели. Так-же обычно перематывают статор более толстым проводом чтобы уменьшить слишком большое напряжение и поднять силу тока. Но этот двигатель не хотелось перематывать и было решено оставить все как есть, только переделать ротор на магниты. В качестве донора был найден трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1,32Кв. Ниже фото данного электродвигателя.

асинхронный двигатель переделка в генератор Ротор электродвигателя был проточен на токарном станке на толщину магнитов. В этом роторе не применяется металлическая гильза, которую обычно вытачивают и надевают на ротор под магниты. Гильза нужна для усиления магнитной индукции, через нее магниты замыкают свои поля питая из под низа друг друга и магнитное поле не рассеивается, а идет все в статор. В этой конструкции применены достаточно сильные магниты размером 7,6*6мм в количестве 160 шт., которые и без гильзы обеспечат хорошую ЭДС.

Сначала, перед наклейкой магнитов ротор был размечен на четыре полюса, и со скосом были расположены магниты. Двигатель был четырех-полюсной и так как статор не перематывался на роторе тоже должно быть четыре магнитных полюса. Каждый магнитный полюс чередуется, один полюс условно "север", второй полюс "юг". Магнитные полюса сделаны с промежутками, так в полюсах магниты сгруппированы плотнее. Магниты после размещения на роторе были замотаны скотчем для фиксации и залиты эпоксидной смолой.

После сборки ощущалось залипание ротора, при вращение вала чувствовались залипания. Было решено переделать ротор. Магниты были сбиты вместе с эпоксидной смолой и снова размещены, но теперь они более менее равномерно установлены по всему ротору, ниже фото ротора с магнитами перед заливкой эпоксидной смолой. После заливки залипание несколько снизилось и было замечено что немного упало напряжение при вращении генератора на одних и тех же оборотах и немного подрос ток.

После сборки готовый генератор было решено покрутить дрелью и что нибудь к ниму подключить в качестве нагрузки. Подключалась лампочка на 220 вольт 60 ватт, при 800-1000 об/м она горела в полный накал. Так-же для проверки на что способен генератор была подключена лампа мощностью 1 Кв, она горела в полнакала и сильнее дрель не осилила крутить генератор.

В холостую на максимальных оборотах дрели 2800 об/м напряжение генератора было более 400 вольт. При оборотах примерно 800 об/м напряжение 160 вольт. Так-же попробовали подключить кипятильник на 500 ватт, после минуты кручения вода в стакане стала горячей. Вот такие испытания прошел генератор, который был сделан из асинхронного двигателя.

После для генератора была сварена стойка с поворотной осью для крепления генератора и хвоста. Конструкция сделана по схеме с уводом ветроголовки от ветра методом складывания хвоста, поэтому генератор смещен от центра оси, а штырек позади, это шкворень, на который одевается хвост.

Здесь фото готового ветрогенератора. Ветрогенератор был установлен на девятиметровую мачту. Генератор при силе ветра выдавал напряжение холостого хода до 80 вольт. К нему пробовали подсоединять тенн на два киловатта, через некоторое время тенн стал теплым, значит ветрогенератор все-таки имеет какую-то мощность.

Потом был собран контроллер для ветрогенератора и через него подключен аккумулятор на зарядку. Зарядка была достаточно хорошим током, аккумулятор быстро зашумел, как будто его заряжают от зарядного устройства.

Данные на шиндике электродвигателя говорили 220/380 вольт 6,2/3,6 А.значит сопротивление генератора 35,4Ом треугольник/105,5 Ом звезда. Если он заряжал 12-ти вольтовый аккумулятор по схеме включения фаз генератора в треугольник, что скорее всего, то 80-12/35,4=1,9А. Получается при ветре 8-9 м/с ток зарядки был примерно 1,9 А, а это всего 23 ватт/ч, да немного, но может я где-то ошибся.

Такие большие потери из-за высокого сопротивления генератора, поэтому статор обычно перематывают более толстым проводом чтобы уменьшить сопротивление генератора, которое влияет на силу тока, и чем выше сопротивление обмотки генератора, тем меньше сила тока и выше напряжение.

Электричество – дорогостоящий ресурс, а его экологическая безопасность под сомнением, т.к. для получения электроэнергии используют углеводороды. Это истощает недра и отравляет окружающую среду. Оказывается, можно обеспечить дом энергией ветра. Согласитесь, было бы неплохо иметь запасной источник электроэнергии, особенно в местности, где часто встречаются перебои с электричеством.

Преобразующие установки слишком дороги, но, приложив некоторые усилия, их можно собрать самостоятельно. Давайте попробуем разобраться, как собрать ветрогенератор своими руками из стиральной машины.

Далее мы расскажем вам, какие материалы и инструменты потребуются для работы. В статье вы найдете схемы устройства ветрогенератора из стиральной машины, советы экспертов по сборке и эксплуатации, а также видеоролики, наглядно демонстрирующие сборку устройства.

Ветрогенераторы редко используют в качестве главных источников электроэнергии, а вот как дополнительные или альтернативные они идеальны.

Это хорошее решение для дач, частных домов, расположенных в местностях, где часто бывают проблемы с электричеством.

Сборка ветряка из старых бытовых приборов и металлолома – это реальные действия для защиты планеты. Мусор – настолько же актуальная экологическая проблема, как и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания углеводородов

Самодельный ветрогенератор из шуруповерта, или двигателя стиральной машины обойдется буквально в копейки, зато поможет сэкономить приличные суммы на счетах за энергоресурсы.

Это неплохой вариант для рачительных хозяев, которые не хотят переплачивать и готовы приложить некоторые усилия для сокращения расходов.

Нередко для изготовления ветряков своими руками используют автомобильные генераторы. Они не так привлекательно выглядят, как конструкции промышленного производства, зато вполне функциональны и покрывают часть потребностей в электроэнергии

Стандартный ветрогенератор состоит из нескольких механических устройств, функция которых заключается в преобразовании ветровой кинетической энергии в механическую, а после – в электрическую. Рекомендуем посмотреть статью об и его принципе работы.

В большинстве своем современные модели оснащены тремя лопастями для увеличения КПД и начинают работать, когда скорость ветра достигает хотя бы 2-3 м/с.

Скорость ветра – принципиально важный показатель, от которого напрямую зависит мощность установки.

В технической документации к ветрогенераторам промышленного производства всегда указываются номинальные параметры скорости ветра, при которых установка работает с максимальным КПД. Чаще всего этот показатель составляет 9-10 м/с.

Какие энергозатраты способна покрыть установка?

Установка ветрогенератора рентабельна, если скорость ветра достигает 4 м/с.

В этом случае можно обеспечить практически все потребности:

• Прибор мощностью 0,15-0,2 кВт позволит перевести на эко-энергию освещение комнат. Можно будет также подключить компьютер или телевизор.
• Ветроустановка мощностью 1-5 кВт хватит для обеспечения работы основной бытовой техники, включая холодильник и стиральную машину.
• Для автономной работы всех приборов и систем, включая отопительную, нужен ветряной генератор мощностью 20 кВт.

При проектировании и сборке ветряка из двигателя стиральной машины нужно учитывать нестабильность скорости ветра. Электричество может исчезнуть в любую секунду, поэтому технику нельзя подключать напрямую к генератору.