Podrobný popis jak vyrobit třífázový (jednofázový) generátor 220/380V na bázi asynchronního střídavého motoru.
Konstrukce a princip činnosti asynchronního generátoru
Hlavními pracovními částmi asynchronního generátoru jsou rotor (pohyblivá část) a stator (pevná část). Na obrázku je rotor umístěn vpravo a stator vlevo.
Věnujte pozornost konstrukci rotoru. Nejsou na něm vidět vinutí měděného drátu.
Vinutí ve skutečnosti existují, ale sestávají z hliníkových tyčí zkratovaných na kroužky umístěné na obou stranách. Na fotografii jsou tyče viditelné ve formě šikmých čar.
Konstrukce vinutí nakrátko tvoří tzv. klec nakrátko. Prostor uvnitř této klece je vyplněn ocelovými pláty. Abychom byli přesní, hliníkové tyče jsou zalisovány do štěrbin vytvořených v jádru rotoru.
Asynchronní stroj, jehož struktura je popsána výše, se nazývá generátor klece nakrátko. Kdo je obeznámen s konstrukcí asynchronního elektromotoru, pravděpodobně si všiml podobnosti ve struktuře těchto dvou strojů. V podstatě se neliší, protože asynchronní generátor a elektromotor s kotvou nakrátko jsou téměř totožné, s výjimkou přídavných budicích kondenzátorů používaných v režimu generátoru.
Rotor je umístěn na hřídeli, která je uložena na ložiskách upnutých na obou stranách kryty. Celá konstrukce je chráněna kovovým pláštěm. Generátory středního a vysokého výkonu vyžadují chlazení, proto je na hřídeli navíc instalován ventilátor a samotné pouzdro je vyrobeno žebrovaným
Princip
Podle definice je generátor zařízení, které přeměňuje mechanickou energii na elektrický proud. Nezáleží na tom, jaká energie je použita k otáčení rotoru: vítr, potenciální energie vody nebo vnitřní energie přeměněná turbínou nebo spalovacím motorem na mechanickou energii.
V důsledku rotace rotoru křižují vinutí statoru magnetické siločáry vzniklé zbytkovou magnetizací ocelových plátů. V cívkách je generováno EMF, které při připojení aktivních zátěží vede ke vzniku proudu v jejich obvodech.
V tomto případě je důležité, aby synchronní rychlost otáčení hřídele byla o něco (asi o 2 – 10 %) vyšší než synchronní frekvence střídavého proudu (nastavená počtem pólů statoru). Jinými slovy, je nutné zajistit asynchronii (nesoulad) rychlosti otáčení o velikost prokluzu rotoru.
Je třeba poznamenat, že takto získaný proud bude malý. Pro zvýšení výstupního výkonu je nutné zvýšit magnetickou indukci. Zvýšení účinnosti zařízení dosahují připojením kondenzátorů na vývody cívek statoru.
Provoz asynchronního elektromotoru v generátorovém režimu
Je-li asynchronní motor odpojený od sítě uveden do rotace z libovolného primárního motoru, pak se v souladu s principem reverzibility elektrických strojů při dosažení synchronních otáček vytvoří na svorkách statorového vinutí pod vinutím určité EMF. vliv zbytkového magnetického pole. Pokud je nyní na svorky vinutí statoru připojena baterie kondenzátorů C, pak ve vinutí statoru poteče vedoucí kapacitní proud, který je v tomto případě magnetizující.
Kapacita baterie C musí překročit určitou kritickou hodnotu C0 v závislosti na parametrech autonomního asynchronního generátoru: pouze v tomto případě dojde k samobuzení generátoru a na vinutí statoru je instalován třífázový symetrický napěťový systém. Hodnota napětí nakonec závisí na vlastnostech stroje a kapacitě kondenzátorů. Tak lze asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko přeměnit na asynchronní generátor.
Standardní zapojení pro připojení asynchronního elektromotoru jako generátoru.
Kapacitu můžete zvolit tak, aby se jmenovité napětí a výkon asynchronního generátoru rovnaly napětí a výkonu, když pracuje jako elektromotor.
V tabulce jsou uvedeny kapacity kondenzátorů pro buzení asynchronních generátorů (U=380 V, 750. 1500 ot/min). Zde je jalový výkon Q určen vzorcem:
Q = 0,314 U2 C 10-6
kde C je kapacita kondenzátorů, μF.
Jak je z výše uvedených údajů patrné, induktivní zatížení asynchronního generátoru, které snižuje účiník, způsobuje prudký nárůst požadované kapacity. Pro udržení konstantního napětí s rostoucí zátěží je nutné zvýšit kapacitu kondenzátoru, to znamená připojit další kondenzátory. Tuto okolnost je nutno považovat za nevýhodu asynchronního generátoru.
Frekvence otáčení asynchronního generátoru v normálním režimu musí překročit asynchronní o hodnotu skluzu S = 2. 10 % a odpovídat synchronní frekvenci. Nedodržení této podmínky povede k tomu, že frekvence generovaného napětí se může lišit od průmyslové frekvence 50 Hz, což povede k nestabilnímu provozu frekvenčně závislých spotřebitelů elektřiny: elektrických čerpadel, praček, zařízení s transformátorový vstup.
Snížení generované frekvence je obzvláště nebezpečné, protože v tomto případě klesá indukční odpor vinutí elektromotorů a transformátorů, což může způsobit jejich zvýšené zahřívání a předčasné selhání.
Jako asynchronní generátor lze bez úprav použít běžný asynchronní klecový elektromotor příslušného výkonu.
V případě vlastní výroby baterie byste měli používat kondenzátory jako MBGO, MBGP, MBGT, K-42-4 atd. pro provozní napětí minimálně 600 V. Elektrolytické kondenzátory nelze použít.
Výše diskutovanou možnost pro připojení třífázového elektromotoru jako generátoru lze považovat za klasickou, nikoli však jedinou. Existují i další metody, které se v praxi stejně dobře osvědčily. Například, když je skupina kondenzátorů připojena k jednomu nebo dvěma vinutím generátoru elektromotoru.
Dvoufázový režim asynchronního generátoru
schéma dvoufázového režimu asynchronního generátoru
Tento obvod by měl být použit, když není potřeba získat třífázové napětí. Tato možnost spínání snižuje pracovní kapacitu kondenzátorů, snižuje zatížení primárního mechanického motoru v klidovém režimu atd. šetří „vzácné“ palivo.
Jako generátory produkující střídavé jednofázové napětí 220 V můžete použít jednofázové asynchronní elektromotory s kotvou nakrátko pro domácí použití: z praček jako „Oka“, „Volga“, zavlažovací čerpadla „Agidel“, „BTsN “ atd.
Schéma: generátor z jednofázového asynchronního motoru
Zde může být kondenzátorová banka zapojena paralelně s pracovním vinutím, nebo můžete použít stávající kondenzátor s fázovým posunem připojený ke startovacímu vinutí. Kapacita tohoto kondenzátoru může být potřeba mírně zvýšit. Jeho hodnota bude určena povahou zátěže připojené ke generátoru: aktivní zátěže (elektrické pece, žárovky, elektrické páječky) vyžadují malou kapacitu, indukční zátěže (elektromotory, televize, ledničky) vyžadují více.
Motor pro otáčení rotoru asynchronního generátoru
Nyní pár slov o primárním mechanickém motoru, který bude pohánět generátor. Jak víte, jakákoli transformace energie je spojena s jejími nevyhnutelnými ztrátami. Jejich hodnota je dána účinností zařízení. Proto musí výkon mechanického motoru převyšovat výkon asynchronního generátoru o 50. 100%.
Například při výkonu asynchronního generátoru 5 kW by měl být výkon mechanického motoru 7,5. 10 kW.
Pomocí převodového mechanismu jsou otáčky mechanického motoru a generátoru sladěny tak, že provozní režim generátoru je nastaven na průměrné otáčky mechanického motoru. V případě potřeby můžete krátkodobě zvýšit výkon generátoru zvýšením otáček mechanického motoru.
Každá autonomní elektrárna musí obsahovat požadované minimum nástavců: střídavý voltmetr (se stupnicí do 500 V), měřič frekvence (nejlépe) a tři spínače.
Jeden spínač připojuje zátěž ke generátoru, další dva spínají budicí obvod. Přítomnost spínačů v budicím obvodu usnadňuje spuštění mechanického motoru a také umožňuje rychle snížit teplotu vinutí generátoru po dokončení práce, rotor nevybuzeného generátoru se po určitou dobu otáčí od mechanického motor. Tento postup prodlužuje aktivní životnost vinutí generátoru.
V případě použití generátoru, který je určen k napájení zařízení, které je běžně připojeno na střídavý proud (například osvětlení v obytném domě, domácí elektrospotřebiče), je nutné zajistit dvoufázový vypínač, který toto zařízení odpojí z průmyslové sítě, když je generátor v provozu. Oba vodiče musí být odpojeny: „fáze“ a „nula“!
Na závěr několik obecných rad
1. Alternátor je nebezpečné zařízení. Používejte 380 V, pouze pokud je to nezbytně nutné, ve všech ostatních případech použijte 220 V.
2. Podle bezpečnostních požadavků musí být elektrocentrála vybavena uzemněním.
3. Věnujte pozornost tepelným podmínkám generátoru. „Nemá rád“ volnoběh. Tepelnou zátěž lze snížit pečlivějším výběrem kapacity budicích kondenzátorů.
4. Nenechte se mýlit výkonem elektrického proudu produkovaného generátorem. Pokud se při provozu třífázového generátoru použije jedna fáze, pak její výkon bude 1/3 celkového výkonu generátoru, pokud dvě fáze budou 2/3 celkového výkonu generátoru.
5. Frekvenci střídavého proudu generovaného generátorem lze nepřímo řídit výstupním napětím, které by v režimu „naprázdno“ mělo být o 4. 6 % vyšší než průmyslová hodnota 220/380 V.
Na fotografii: plynový generátor vyrobený z asynchronního elektromotoru a benzínového motoru.
