Электродвигатель генератор трехфазного напряжения

Чем отличается трехфазный генератор от однофазного? Особенности трехфазных генераторов. Подключение трехфазных генераторов к однофазным потребителям. Мощность однофазных и трехфазных генераторов. Трехфазные генераторы с полной мощностью

Электродвигатель генератор трехфазного напряжения

Чем отличается трехфазный генератор от однофазного?

Особенности трехфазных генераторов

Чтобы ответить на вопрос в заголовке статьи заглянем для наглядности в курс физики и посмотрим чем отличается однофазный ток от трехфазного.

Небольшой экскурс в физику

Однофазное напряжение

Все мы знаем розетки в квартире, них имеется напряжение 220 Вольт. Мы знаем, что к розетке можно подключить любой электроприбор. И мы знаем, что классическая вилка в розетке имеет 2 контакта.

Один из проводов называется нулевым, второй – фазным. На нулевом проводе всегда нулевой потенциал напряжения и он заземляется на подстанции. На фазном проводе (относительно нулевого) течет переменное напряжение, которое имеет синусоидальный вид: синусоида амплитуды поднимается до величины +220 Вольт, а потом опускается до величины –220 Вольт. Частота повторений колебаний – 50 Гц (т.е. 50 раз в секунду меняется синусоида).

Трехфазное напряжение

С трехфазным напряжением несколько сложнее. Возможно, вы не представляете себе, что это такое, поскольку обычный человек практически не сталкивается с таковым. Трехфазный ток используется в основном в производственных нуждах, для подключения мощных агрегатов, но, например, некоторые специфические приборы, используемые при строительстве или бытовые (такие как 3-фазная электроплита или 3-фазный компрессор), также могут запитываться от трехфазной сети.

Один из проводов называется нулевым, остальные три – фазными. На нулевом проводе у нас нулевой потенциал (провод заземлен). Каждый из трех фазный провод (вместе с нулевым) образует пару, и в этой паре проводов мы увидим такую же картину, что происходит с однофазным напряжением – та же синусоида, те же частота колебаний. Таким образом у нас получается система из трех однофазных токов связанных в единое целое (нулевым проводником). Но в каждой паре проводов синусоида напряжения сдвинута по времени на 1/3 (на 120 градусов) относительно любой другой пары. Такое смещение еще называют сдвигом по фазе. Это хорошо иллюстрирует картинка, где синусоиды каждой фазы наложены друг на друга.

Надеемся, теперь вы поняли принципиальную разницу между однофазным и трехфазным током.

Теперь перейдем к генераторам…

В чем же отличие между однофазным и трехфазным генератором?

Однофазные генераторы

Однофазные генераторы используются для питания только однофазных приборов и оборудования, которые для своей работы нуждаются в напряжении 220 Вольт. Это как раз все бытовые приборы и инструменты, которые окружают нас в быту. На приборной панели таких генераторов имеется одна или несколько розеток на 220 Вольт.

Все однофазные генераторы оснащены розетками на 220 Вольт / 16А, которые используются для подключения обычных приборов. Некоторые генераторы оснащены силовыми розетками 220 Вольт / 32А для подключения мощных потребителей (см. фото).

В подавляющем большинстве случаев для пользования в быту вам подойдет однофазный генератор (если вы не планируете подсоединять каких-либо трехфазных потребителей).

Трехфазные генераторы

Трехфазные генераторы могут быть использованы для питания как трехфазных, с напряжением питания 380 Вольт, так и однофазных приборов и оборудования. На приборной панели таких генераторов имеются розетки и на 380 Вольт и на 220 Вольт (см. фото). Такие электрогенераторы используются очень широко в промышленных целях, на предприятиях, на стройках и т.д.

Подключение трехфазных генераторов к однофазным потребителям

Казалось бы, как хорошо: можно приобрести трехфазный генератор (с заделом на то, что в будущем возможно понадобиться подключать трехфазных потребителей) и запитывать им, допустим, свой загородный дом. Но не все так просто.

Важным условием подключения однофазных приборов к трехфазному генератору является равномерное распределение нагрузки между тремя фазами, т.е. величины потребляемых мощностей, приходящиеся на каждую из фаз, должны быть приблизительно равны. Разница не должна превышать 25%. Иначе это может привести к такому явлению, как «перекос фаз», что может стать причиной преждевременного выхода электростанции из строя.

Учитывая сложности подключения и контроля за распределением электрической нагрузки, в бытовых условиях и в сетях с энергопотреблением менее 20 кВт использование трехфазных электрогенераторов нецелесообразно. Большинство современных бытовых устройств рассчитано на напряжение 220 Вольт, поэтому, если не планируется расширение сети, однофазные электростанции в полной мере справятся с возложенной на них задачей.

Мощность однофазных и трехфазных генераторов

Если с однофазным генератором все просто, есть выходное напряжение (220 Вольт) и есть мощность, которая соответствует паспорту изделия, то с трехфазными посложнее.

Номинальная мощность трехфазного генератора – это сумма мощностей, развиваемых в каждой фазе. Т.е. три фазы как бы делят общую мощность между собой. Соответственно, мощность, развиваемая в каждой фазе равна 1/3 номинальной мощности устройства, а это значит, что максимальная мощность однофазных потребителей, подключаемых к трехфазному генератору, может составить лишь 1/3 номинальной мощности устройства.

Поясним примером. Возьмем трехфазную электростанцию с номинальной мощностью 6 кВт. Согласно вышесказанному, к ней нельзя будет подключить однофазное оборудование мощностью 6 кВт, но возможно подключить 3-х однофазных потребителей с мощностью по 2 кВт. Причем, важно соблюдать равномерность нагрузки по фазам, не допуская перекоса фаз.

Трехфазные генераторы с полной мощностью по фазам

В ряде случаев к генератору необходимо подключать как трехфазное, так и однофазное мощное оборудование, или однофазное с большими пусковыми токами. Такие задачи обычно возникают на стройке. Раз полноценно пользоваться традиционным трехфазным генератором для подключения однофазных приборов нельзя, то напрашивается вопрос: «Как быть? Покупать два генератора: однофазный и трехфазный?»

Но решение есть – на рынке имеется ряд моделей генераторов, способных обеспечить одинаковую мощность как для одной, так и для трех фаз. Альтернаторы этих моделей способны работать как в одно-, так и в трехфазных режимах без потери выходной мощности. Выбор режима работы осуществляется переключателем на приборной панели.

Т.е., допустим мы имеем трехфазную электростанцию с полной мощностью по фазам номинальной мощностью 6 кВт. И к ней можно будет подключить как трехфазное, так и однофазное оборудование мощностью 6 кВт. Такие генераторы не имеют ограничений по подключению однофазных потребителей, присущим традиционным трехфазным генераторам.

На нашем сайте вы можете ознакомится и приобрести трехфазные генераторы с полной мощностью по фазам:

Трехфазный генератор – принцип работы и его устройство

Тот, кто незнаком с генераторами, объясняем, что это агрегат, в котором из одного вида энергии получается другая. А, точнее, из механической электрическая. При этом эти приборы могут генерировать как ток постоянный, так и ток переменный. До середины двадцатого века использовались в основном генераторы постоянного тока. Это были аппараты больших размеров, которые работали не очень хорошо. Появление на рынке диодов полупроводникового типа позволило изобрести трехфазный генератор переменного тока. Именно диоды позволяют выпрямить переменный ток.

Принцип работы

В основе работы трехфазного генератора лежит закон Фарадея – закон электромагнитной индукции, который гласит, что электродвижущая сила будет обязательно индуцироваться во вращающейся прямоугольной рамке, которая установлена между двумя магнитами. При этом делается оговорка, что магниты будут создавать вращающееся магнитное поле. Направление вращения и рамки, и магнитного поля обязательно совпадают. Но электродвижущая сила будет возникать и в том случае, если рамка останется неподвижной, а внутри нее вращать магнит.

Чтобы разобраться, как работает генератор, обратите внимание на рисунок ниже. Это простейшая схема его работы.

Здесь хорошо видны магниты с разными полюсами, рамка, вал и токосъемные кольца, с помощью которых производится отвод тока.

Конечно, это просто схема, хотя лабораторные генераторы так и создавались. На практике же обычные магниты заменяют электромагнитами. Последние – это медная обмотка или катушки индуктивности. Когда по ним проходит электрический ток, образуется необходимое магнитное поле. Такие генераторы установлены во всех автомобилях (это для примера), чтобы их запустить, под капотом устанавливается аккумулятор, то есть, источник постоянного тока. Некоторые модели генераторов запускаются по принципу самовозбуждения или при помощи маломощных генераторов.

Схемa генерaторa переменного токa

Разновидности

В основе классификации заложен принцип действия, поэтому эти агрегаты переменного тока делятся на два класса:

  • Асинхронные. Это самые надежные в работе, небольших размеров и веса, простых по конструкции генераторы. Они прекрасно справляются с перегрузками и коротким замыканием. Правда, необходимо учитывать, что данный вид сразу же выходит из строя, если на него будет действовать большая перегрузка. К примеру, пусковой ток электрооборудования. Поэтому стоит учитывать этот факт, для чего придется приобретать генератор мощностью большей раза в три или четыре, чем потребляемая мощность оборудования при запуске.
  • Синхронные. А вот этот вид легко справляется с краткосрочными нагрузками. Такой генератор может выдержать перегруз раз в пять или шесть. Правда, высокой надежностью он не отличается по сравнению с асинхронным вариантов, к тому же он является обладателем больших размеров и массы.

Конечно, в данном разделении лежит принцип работы агрегата. Но есть и другие критерии.

  • Однофазный.
  • Двухфазный.
  • Трехфазный.
  • Многофазный (обычно шесть фаз).
  • Сварочный.
  • Линейный.
  • Индукционный.
  • Стационарный.
  • Переносной.

Устройство трехфазного генератора

В принципе, устройство трехфазного генератора переменного тока достаточно простое. Это корпус с двумя крышками с противоположных сторон. В каждой из них проделаны отверстия для вентиляции. В крышках устроены ниши под подшипники, в которых вращается вал. На передний конец вала устанавливается передаточный элемент. К примеру, на автомобильном генераторе установлен шкив, с помощью которого вращение передается от двигателя внутреннего сгорания на генератор. На противоположном конце вала производится передача электрического тока, ведь вал в этом случае выступает как электромагнит с одной обмоткой.

Передача производится через графитовые щетки и токосъемные кольца (они из меди). Щетки соединены с электрорегулятором (по сути, это обычное реле), который регулирует подачу напряжение 12 вольт с требуемыми отклонениями. Самое важное, что реле не повышает и не понижает напряжение в зависимости от скорости вращения самого вала.

Читайте также  Форд фокус 2002 год генератор

Так вот если говорить о трехфазных генераторах переменного тока, то это три вот таких однофазных. Только трехфазный агрегат имеет обмотку не на роторе (валу), а в статоре. И таких обмоток три, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе. Вал, как и в первой конструкции, выполняет функции электромагнита, который питается через контакты скользящего типа постоянным током.

Вращение вала создает в обмотках магнитное поле. Электродвижущая сила начинает индуцироваться, когда происходит пересечение магнитного поля обмоток с ротором. А так как обмотки располагаются на статоре симметрично, то есть, через каждые 120º, то соответственно и электродвижущая сила будет иметь одинаковое амплитудное значение.

Особенности использование трехфазного двигателя в качестве генератора

Для организации альтернативного источника питания в случае пропажи напряжения в бытовой или промышленной электросети удобно использовать генератор. Сделать его можно без особого труда из трехфазного асинхронного электромотора. Существует несколько вариантов подключения.

Когда пропадает напряжение в стационарной электросети, ток можно получить с помощью альтернативного источника питания – генератора. Это важное, а иногда просто незаменимое приспособление, как для промышленного объекта, так и для частного домовладения. Сделать генератор для дома, дачного участка или мастерской можно из трехфазного асинхронного двигателя своими руками. Рассмотренный далее пример качественного генераторного устройства дает возможность запускать в работу и однофазные бытовые электроприборы, и трехфазное оборудование – правда поочередно, а не одновременно.

Подготовка к работе

Чтобы создать самодельный генератор из электрического трехфазного двигателя, нужно знать, как он работает, а также иметь под рукой необходимые детали. За основу берется силовой агрегат асинхронного типа. Здесь применяется принцип обычной динамо-машины, когда вращательное движение вала электромотора создается принудительным путем. Чтобы отключенный от сети мотор стал источником электроэнергии, необходимо на его якорь передать крутящий момент с помощью механической энергии. Для этого лучше всего подходит двигатель внутреннего сгорания – как бензиновый, так и экономичный газовый или мощный дизельный. Его подсоединяют к электромотору через амортизирующую муфту, чтобы вращение ротора было более плавным.

Хотя получить механическую энергию можно и другим путем. При благоприятных природных и погодных условиях совершенно бесплатно можно задействовать водный поток или ветер. Об этом хорошо знали наши предки, еще много лет назад строя, например, водяные и ветряные мельницы. В наши дни так можно не только обеспечить автономное питание для электроприборов, но также существенно сэкономить на оплате за электроэнергию. Известно даже, что некоторые родовые и религиозные общины, по своим причинам отказавшиеся от поставляемого государством электричества, для вращения ротора электромотора используют запряженных особым способом лошадей. Получаемая таким образом механическая энергия характеризуется еще и реальными живыми лошадиными силами.

Выбор электромотора

Основой для рассматриваемого генератора станет асинхронный трехфазный электрический двигатель. Необязательно покупать новую модель. Например, достаточно часто такие силовые агрегаты, будучи еще в приличном рабочем состоянии, списываются на различных производственных предприятиях после их модернизации. Затем их можно приобрести по вполне доступной цене или же вовсе достать бесплатно.

Здесь главное обратить внимание на такие моменты:

  • ротор должен быть короткозамкнутого или фазного типа;
  • статор подключается через три отдельных обмотки с возможностью их взаимного соединения по методу «звезда» или «треугольник».

Вращающейся частью агрегата является ротор (он же якорь), а статор находится в неподвижном состоянии. Оба этих элемента конструкции состоят из металлических пластин с пазами, куда накручены обмоточные провода. Выходы статорных обмоток через перемычки подключаются к клеммной коробке и источнику питания. Для формирования нужного тока в витках каждая фаза статора должна получать одинаковое напряжение с угловым смещением примерно на треть окружности.

Подключение ротора зависит от его типа. Для создания генератора лучше всего подходит короткозамкнутый вариант, имеющий достаточно простую схему подключения. Здесь концы кольцевых перемычек соединяются и закорачиваются, а прижимные контактные щетки отсутствуют. Получается несложная и надежная конструкция, пригодная для множества целей, в том числе и для самодельного генераторного привода. У фазного ротора обмоточные концы соединены с токопроводящими кольцами, соединенными с прижимными щетками и пусковой схемой. Строение такого якоря сложнее, чем короткозамкнутого. Подключение требует больше времени и внимания. Кроме того, нужно постоянно контролировать частоту оборотов и следить, чтобы не отошли щетки или не разомкнулись контакты на кольцах. Хотя из фазного можно легко сделать короткозамкнутый ротор, просто закоротив обмотки между собой в обход контактных колец.

Особенности разных схем подключения генератора

От способа подсоединения статорных обмоток напрямую зависит эффективность работы генератора и его технические параметры. Существует несколько вариантов, из которых самые распространенные такие:

  • Методика «Звезда» считается классической и наиболее практичной для монтажа конденсаторных батарей, которые могут подключаться к одной или двум обмоткам. В первом случае будут доступны по одной двухфазная и трехфазная линии, а во втором можно будет запускать от генератора две группы однофазных электроприборов и один трехфазный аппарат. Рабочие и пусковые конденсаторы управляются отдельными кнопками;
  • Метод соединения «Треугольник» позволяет переключать обмотки с целью получения трехфазного электропитания.

Стабильная и надежная работа самодельного генератора также зависит от правильно подобранных характеристик электромотора. Основные параметры указаны на заводской бирке на корпусе силового агрегата и в паспорте к устройству:

  • мощность;
  • номинальное число оборотов;
  • категория защиты;
  • доступные варианты подключения статорных обмоток;
  • номинальный ток нагрузки;
  • номинал пускового тока;
  • КПД.

При использовании бывшего в употреблении агрегата желательно перепроверить его реальные характеристики с помощью амперметра и вольтметра, а также прозвонить обмотки и убедиться в отсутствии поврежденных проводников.

Принцип работы самодельного генератора

Под действием вращательного движения ротора на статоре образуется магнитное поле и возникает электродвижущая сила. Токовая подпитка витков происходит через подключенные к обмоточным концам конденсаторы, емкость которых должна быть немного больше допустимого номинального напряжения, чтобы генератор мог работать в режиме активной нагрузки и обеспечивать трехфазные вольтажи симметричного типа.

Для производства стабильного стандартного 50-герцового трехфазного (380B) электричества якорь электропривода должен постоянно вращаться с определенной скоростью. Появление магнитных силовых линий в данном случае возможно только тогда, когда эта скорость соответствует величине синхронной частоты и превышает асинхронную составляющую на коэффициент скольжения. Индуктивная нагрузка на генератор сопровождается резким возрастанием необходимой емкости, поэтому для поддержки стабильного напряжения при условиях повышения нагрузки нужно также повышать конденсаторную емкость.

Такое свойство можно считать одним из минусов асинхронного генератора. Частота его оборотов в обычном рабочем режиме должна быть больше асинхронной частоты на значение скольжения S=2-10%. Если данное условие не соблюдается, то генерируемое напряжение может иметь частоту, не совпадающую с 50-герцовой, и правильная токовая синусоида не получится, а ее искривление будет вызывать частотные скачки. Они плохо сказываются на работе подключенного бытового и промышленного оборудования, имеющего в своей конструкции электромотор.

Наибольшую опасность влечет за собой снижение частоты генератора, поскольку оно сопровождается понижением индуктивного обмоточного сопротивления электромоторов и трансформаторов. А это, в свою очередь, вызывает перегрев и сокращение срока эксплуатации электроприборов. Если генератор применяется исключительно для питания осветительных приборов или нагревателей, то частотные характеристики и токовая синусоида большого значения не имеют.

При принудительном запуске обесточенного электромотора от какого-либо первичного силового агрегата, в момент синхронизации частоты их оборотов по принципу обратимости электромашин на концах обмотки статора под воздействием остаточного электромагнитного поля возникает электродвижущая сила некоторой величины. Если теперь к этим контактам подсоединить конденсаторную батарею (С), то в статорных обмотках появится емкостный опережающий ток намагничивающего действия. Величина напряжения здесь зависит от параметров электромашины и емкости конденсаторов. Так короткозамкнутый асинхронный электромотор превращается в генератор асинхронного типа.

Типовая схема подключения асинхронного мотора в генераторном режиме выглядит следующим образом:

Методом подбора емкостей конденсаторов можно сравнять генераторную мощность и величину номинального напряжения с аналогичными рабочими параметрами обычного электромотора. Реактивная емкость вычисляется по формуле Q=0.314*C*U2*10 (-6 степени), где C – это конденсаторная емкость, а U=38B для возбуждения асинхронных трехфазных генераторов.

Среди самых энергоемких для примера можно привести такие подключаемые в быту и на производстве устройства, как:

  • сварочные аппараты;
  • электропилы;
  • электропечи;
  • зернодробилки;
  • электрические утюги и прочее.

Рассмотренный способ подсоединения трехфазного электромотора для работы в генераторном режиме считается классическим, но далеко не единственным. Есть и другие прекрасно зарекомендовавшие себя методики, к примеру, когда конденсаторная батарея монтируется на одну или две обмотки генератора.

Рекомендации по эксплуатации и электробезопасности

При всей своей полезности трехфазный ток создает повышенную опасность для здоровья и даже жизни человека. Поэтому одним из приоритетных требований, предъявляемых к работе самодельной электроустановки, является именно безопасность ее эксплуатации.

С целью обеспечения электробезопасности должны соблюдаться следующие элементарные условия:

  • использование единого щита управления, содержащего измерительные приборы, силовые трехкнопочные выключатели (одна кнопка для включения/выключения питания, две других – для активации пускового и рабочего конденсатора), автоматические выключатели для защиты от короткого замыкания, устройства аварийного отключения при пробое на корпус и прочее;
  • наличие надежного заземляющего контура.

Кроме того, для защиты обслуживающего персонала и оборудования, а также для организации непрерывного техпроцесса широко используется методика автоматического ввода резерва, когда в случае исчезновения напряжения в основной электросети функция обеспечения питания возлагается на генератор, а при возобновлении подачи напряжения управление снова передается стационарной сети. Организовать автоматический ввод резерва также можно посредством перекидного трехфазного рубильника.

Читайте также  Устройство ротора асинхронного генератора

Во время интенсивной и продолжительной работы генератор начинает перегружаться по мощности, что вызывает чрезмерное нагревание обмоток и пробои в изоляции. Чтобы избежать поломки оборудования и самой автономной электростанции старайтесь соблюдать следующие рекомендации:

  • правильно подбирайте конденсаторную емкость;
  • не подключайте много оборудования, суммарная мощность которого превышает номинал генератора;
  • однофазных потребителей подключайте только на треть всей мощности трехфазного агрегата (в случае наличия двух однофазных линий – на две третьих).

Также следите за частотными показателями. Для этого желательно вывести соответствующий измерительный прибор на общий электрощит. На холостом ходу вольтаж на выходе может быть выше стандартных величин 220 и 380 вольт на 4-6%.

Электродвигатель генератор трехфазного напряжения

Если питание должно поступать и к однофазным, и к трехфазным приборам (инструментам, станкам), то нужен генератор трехфазный. Он способен запитать разную по фазности технику, как на 220 Вольт, так и на 380 Вольт — вот, что значит трехфазный генератор. Таким образом, при отсутствии тока в стационарной сети, вы сможете включать и перфоратор или дрель на 220В и бетономешалку на 380В, но только не одновременно, а поочередно. Трехфазный генератор – необходимое приобретение как для домашнего пользования, так и для производственных площадок.

Самодельный генератор, возможно ли это

Хоть электростанция трехфазная — агрегат весьма сложный, его можно собрать самостоятельно, изучив принцип работы генератора и имея доступные элементы и детали. Для этого используется асинхронный электрический двигатель.

Принцип работы основан на всем знакомой динамо-машине — заставить ротор вращаться принудительно. Как работает трехфазный генератор? На основе асинхронного двигателя. Для того, чтобы этот мотор, не включенный в сеть, заработал в роли источника электричества, нужно передать на его якорь вращательный момент. Крутящий момент возникает от любой механической энергии.

Лучший способ, как сделать трехфазный генератор — задействовать двигатель внутреннего сгорания. Причем, вы можете создать не только бензиновый генератор, а экономный газовый или мощный дизельный. Для подключения к двигателю используют амортизирующую муфту, чтобы ротор вращался не рывками, а плавно.

Даже больше — детально разобравшись, что такое трехфазный генератор, вы поймете, что механическую энергию можно получить не только от ДВС, а от совершенно бесплатных носителей. Это значит, что можно использовать энергию речки или ветра (если природные условия содействуют). В этом случае нужно собрать и установить турбину, ветряную или водяную. Получается отличная возможность сэкономить на оплате электроэнергии, получаемой от стационарной сети.

В некоторых населенных пунктах Украины для вращения ротора используют даже лошадей. Этот способ соорудить электрогенератор своими руками популярен среди определенных религиозных общин, которые принципиально не пользуются стационарным электричеством. Несколько запряженных коней вращают якорь, создавая нужную механическую энергию. Получается дешевая электроэнергия от живой конской силы.

Как работает генератор 380 Вольт собственного изготовления

При вращении ротора, в статоре возникает магнитное поле, формирующее ЭДС. Привод устроен так, что, если подсоединить к концам обмоток конденсатор, то по виткам начинает идти ток. Емкость конденсаторной батареи должна быть выше критического номинала, чтобы генератор был пригоден для активной нагрузки и выдавал симметричные трехфазные вольтажи.

Кроме этого показателя, на мощность электрогенератора влияет и двигатель, создающий крутящий момент, его конструкция и мощность.

Для продуцирования электричества 380 Вольт со стандартной частотой 50 Гц, скорость вращения якоря привода должна поддерживаться на определенном уровне. Магнитные силовые линии возникнут только при условии, что скорость выше асинхронной составляющей на коэффициент скольжения S (равен 2÷10 процентов) и соответствовать уровню синхронной частоты. В противном случае правильной синусоиды тока добиться невозможно, а ее искривление (скачки частоты) недопустимы, если подключаем к электростанции 380 Вольт приборы, оснащенные электрическими двигателями (дрели, перфораторы, болгарки, пилы). Если мотора нет, а только нагревательный ТЭН или лампа накаливания, то значение частоты и синусоида тока не настолько имеют значение.

Существует также вариант использования генераторов на 220 Вольт для оборотов электродвигателя. В этом случае, мы получаем самодельный трехфазный генератор из однофазного. Передача вращательного момента идет на якорь асинхронного трехфазного привода, в результате чего получается трехфазная сеть.

Какой асинхронный двигатель нужен: характеристики ротора и статора

Асинхронный трехфазный привод — основная база для генератора переменного тока. Очень часто такие моторы списываются на предприятиях, поэтому найти его можно за низкую цену или бесплатно. Обязательные условия выбора, какой у него ротор и статор:

  • Ротор у такого движка может быть фазный или короткозамкнутый;
  • Статор — с тремя отдельными медными обмотками. Соединение витков между собой допускается по типу «треугольник» или «звезда».

Устройство и принцип работы такого привода состоит в том, что ротор (якорь) — вращающийся элемент, статор — неподвижный. У них обоих основу составляют изолированные стальные пластины. На этих пластинах расположены пазы, в которых идут витки обмотки.

В статоре выходы витков нужно подсоединить в клеммную коробку и установить перемычки для соединения. Кабель для питания также устанавливают здесь.

К каждой фазе статора подсоединяются идентичные напряжения, смещенные на угол, который составляет примерно треть круга. Эти синхронные подводки отвечают за формирование тока в витках статора.

В роторе подключение зависит от особенностей его строения: фазный или короткозамкнутый.

  1. Фазный ротор. У такого ротора витки обмотки аналогичны, как у статора. Их выходы нужно смонтировать на кольца, которые проводят контакт и соприкасаются со схемой запуска и прижимными щетками. Конструкция получается непростая, с ней нужно повозиться. К тому же нужно постоянно наблюдать за частотой вращения и смотреть, не разомкнулись ли контактные кольца, не отошли ли прижимные щетки. Поэтому лучше выбрать ротор короткозамкнутого типа. Или же сделать короткозамкнутый якорь из фазного ротора. Для этого концы обмотки не подключают к кольцам, а сочетают между собой — коротят.
  2. Короткозамкнутый ротор. Как мы уже сказали, он более удобный для самостоятельного создания генератора, так как, в отличие от синхронного генератора, схема у него простая. Кольца-перемычки своими концами соединены и закорочены, подвижных прижимных щеток-контактов нет. Получается все очень просто и надежно, поэтому именно такой якорь и советуем выбирать для своей самоделки.

На что влияют схемы подключения

Схема трехфазного генератора в плане размещения обмоток на статоре мотора влияет на последующую работу устройства, определяет его технические характеристики.

  • Электросхема соединения «звезда». Это стандартный тип соединения витков и очень популярный. Он самый практичный при подключении конденсаторной батареи. Ее присоединение можно выполнить:
    • К двум обмоткам. В результате такой схемы асинхронные генераторы обеспечивают питание однофазным приборам (причем, двум группам) и трехфазным (одна линия). Клавиши выключателей для рабочего и пускового конденсатора — отдельные.
    • К одной обмотке (по такой же схеме). Получим одну однофазную линию. И одну трехфазную.
  • Схема подключения «треугольник» применяется для переключения обмоток для получения однофазного питания.

На какие характеристики двигателя еще нужно обратить внимание

Для надежной и стабильной работы генератора, сделанного своими руками, важны определенные технические характеристики двигателя. Они указаны на наклейке или же в паспорте (если он есть). Важные моменты, это:

  • Класс защиты (обозначение IP). Чем меньше цифра — тем лучше корпус привода защищен о проникновения пыли и влаги.
  • Мощность.
  • Количество оборотов.
  • Схема сочетания витков обмотки статора.
  • Максимальные нагрузочные токи.
  • Коэффициент полезного действия.
  • Пусковой ток (коэффициент фи).

Все это следует выяснить, а если мотор старый и много лет использованный, то его нужно протестировать вольтметром, амперметром и «прозвонить» на предмет рабочего состояния.

Как просчитать мощность генератора

Чтобы работа самодельной электростанции была стабильной, нужно, чтобы ее номинальный вольтаж и мощность были одинаковыми в режимах генератора и электрического мотора. Перед тем, как выбрать конденсаторную батарею, нужно учесть:

  • Реактивную мощность Q. Она равняется 2n*f*C*U2, где С — емкость конденсатора. Отсюда, нужная нам емкость С будет равна Q/2n*f *U2.
  • Режим работы. Для того, чтобы в режиме холостого хода не возникала перегрузка обмоток и их перегрев, конденсаторные элементы подключают ступенчатым способом, в соответствии с нагрузкой.

Рекомендуемая нами марка пусковых конденсаторов — К78-17, с вольтажом 400 Вольт и выше. Допускаются и аналогичные по характеристикам металлобумажные элементы. Подключение их параллельное.

Батареи на электролите для переменного тока использовать не советуем. На них может работать генератор постоянного тока, а при переменном элементы электролитного конденсатора будут быстро выходить из строя.

Советы и рекомендации по соблюдению безопасности

Трехфазный вольтаж 380 Вольт — это большая опасность поражения человека и его смерти. Поэтому, безопасная эксплуатация самоделки — самое важное требование. Для ее гарантии необходимо выполнить такие условия:

  1. Управление единым электрощитом, в состав которого входят:
    • Измерительные приборы: вольтметр (с максимумом не ниже 500 Вольт), амперметр и частотомер.
    • Выключатели для взаимодействия нагрузок (три клавиши). Одна из них включает питание непосредственно к потребителю, а две других отвечают за подключение конденсаторных элементов.
    • Систему защиты — автовыключатель, который срабатывает при коротком замыкании или перегрузке по мощности. Сюда также входит и устройство защитного отключения, которое должно сработать, если фаза пробьет на корпус.
  2. Надежное заземление к контуру земли.
  3. Система АВР. Для удобства работы и повышения безопасности, также советуем использовать автоматический ввод резерва. Он актуален, если вам нужно резервное питание в качестве генератора. Тогда он сможет самостоятельно включаться при исчезновении тока в стационарной сети, и так же автоматом отключаться при его появлении. АВР создают путем установки перекидного рубильника, который задействует все три фазы.
Читайте также  Фиат добло карго генератор

Советы по эксплуатации: какие трудности могут возникнуть

Частым проблемным явлением работы генератора является перегрузка по мощности. При ней идет интенсивный нагрев обмотки, пробой изоляции. Как следствие — поломка генератора. Возникает из-за:

  • Неверного подбора емкости конденсаторной батареи;
  • Подсоединения большого количества электротехники, суммарная мощность которой превышает номинальную мощность.

О правилах подбора емкости и расчетах мы уже говорили выше. А по проблеме перегруза по мощности в генераторе на три фазы, нужно отметить еще некоторые нюансы при подключении однофазных потребителей:

  • Потребителей с вольтажом 220 Вольт можно подключать только на одну треть общей мощности (к примеру, если ген выдает 6 кВт, то это только для приборов на 380 Вольт, а для однофазных будет только 2 кВт, не больше). Иначе, возникнет перегрузка.
  • Если у вашего генератора две однофазных линии, то вместе мощность по ним будет составлять 2/3 от общего показателя мощности. То есть, 6 кВт — это 4 кВт для однофазных, по 2 кВт на каждую фазу. Причем, при одновременном задействовании фаз, следите, чтоб нагрузка не отличалась от мощности до 10%, иначе возникнет явление «перекос фаз», и ток поступать не будет.

При работе важно следить за показателем частоты переменного тока. Если вы не встроили частотомер на общий электрощит, то на холостом ходу выходной вольтаж выше значения 380 Вольт (или 220 при подключении однофазных) на 4÷6 процентов.

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Рисунок 1. Трехфазная асинхронная электрическая машина Асинхронные электродвигатели были разработаны еще в конце 19-го века М. О. Доливо-Добровольским и с тех пор не претерпели каких-либо действительно значительных изменений. Тем не менее именно такие электрические машины, особенно их модификации с короткозамкнутым ротором, получили наибольшее распространение практически во всех отраслях человеческой деятельности, что объясняется их универсальностью, надежностью и на порядок более низкой ценой в сравнении с двигателями постоянного тока.

С учетом приведенных выше качеств выглядит вполне логичным преимущественное использование именно асинхронных электродвигателей в качестве генераторов. Причем по сугубо экономическим соображениям это делается не только тогда, когда необходимо получить переменный, но и постоянный ток.

Генератор 380 В на базе трехфазной асинхронной электрической машины

Рисунок 2. Стандартная схема подключения асинхронного электродвигателя в качестве генератора Трехфазный генератор 380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока получают путем отключения питающей сети и подсоединения его рабочего вала к валу механического двигателя. Такая конфигурация благодаря принципу обратимости электрических машин позволяет при достижении синхронной частоты вращения снять с зажимов статорной обмотки некоторую ЭДС, генерируемую остаточным магнитным полем. Если при этом к зажимам статорной обмотки подключить конденсаторную батарею, то в соответствующих обмотках потечет емкостной ток, выполняющий в данном случае роль намагничивающего фактора.

Критическим параметром всей установки является емкость конденсаторной батареи, которая должна превышать некоторое пороговое значение С0 — только при выполнении данного условия возможно самовозбуждение генератора и установление на обмотках его статора симметричной трехфазной системы напряжений.

Нетрудно догадаться, что конденсаторная батарея, точнее — ее емкость, играющая ключевую роль во всей схеме, является самым уязвимым местом. Дело в том, что поддержание заданного напряжения при увеличении нагрузки на генератор, особенно ее реактивной составляющей, для поддержания необходимого напряжения требуется постоянно наращивать емкость конденсаторной батареи путем увеличения подключенных конденсаторов. В цифрах картина выглядит следующим образом:

Стоит отметить, что некоторого смягчения воздействия реактивной составляющей позволяют достигнуть компенсаторы реактивной мощности серий КМ1/КМ2. При желании их аналоги можно изготовить и самостоятельно на основе конденсаторов МБГТ/ МБГП/ МБГО и др. за исключением электролитических.

Однофазный генератор 220 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока

Рисунок 3. Схема подключения однофазного генератора 220 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока Как уже отмечалось выше, трехфазные генераторы используются далеко не только для получения переменного напряжения. Еще одним распространенным способом использования асинхронного электродвигателя в качестве генератора является подключение, подразумевающее использование конденсаторной батареи в тандеме только с одной обмоткой. Такой ход позволяет уменьшить емкость конденсаторов и снизить нагрузку на первичный механический двигатель, что, в свою очередь, позволяет сэкономить недешевое природное топливо, однако и вырабатываемая мощность значительно падает. Экономический эффект наиболее ощутим при частой работе генератора в режиме холостого хода, что особенно актуально для бытового использования.

Емкость используемых в данной схеме конденсаторов напрямую зависит от характера нагрузки: активная нагрузка (СВЧ, освещение помещений, паяльные станции) требует меньшей емкости, индуктивная (телевизоры, холодильники, стиральные машины) — большей.

Трехфазное напряжение из электродвигателя

Трехфазное напряжение из электродвигателя

Трехфазные электродвигатели в быту и любительской практике приводят в действие самые различные механизмы — циркулярную пилу, электрорубанок, вентилятор, сверлильный станок, насос. Для питания таких двигателей от однофазной сети применяют различные емкостные или индуктивно-емкостные фазосдвигающие цепи. Неплохо было бы иметь одну такую цепь для всех двигателей, но сделать это не позволяет необходимость изменять параметры ее элементов в зависимости от мощности и схемы соединения обмоток двигателя. Есть другой выход — получить трехфазное напряжение из однофазного с помощью электродвигателя, выполняющего функции генератора.

Известно, что любая электрическая машина обратима. Генератор может служить двигателем, и наоборот. Ротор обычного асинхронного электродвигателя после случайного отключения одной из обмоток продолжает вращаться, причем между выводами отключенной обмотки имеется ЭДС. Это явление подтолкнуло к мысли использовать трехфазный асинхронный электродвигатель для преобразования однофазного напряжения в трехфазное. Под действием магнитного поля статора в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя протекают токи, превращающие ротор в электромагнит с явно выраженными полюсами, индуктирующий напряжение синусоидальной формы в обмотках статора, в том числе не подключенных к сети.

Сдвиг фаз между синусоидами в разных обмотках зависит только от расположения последних на статоре и в трехфазном двигателе в точности равен 120 град. Основное условие превращения асинхронного электродвигателя в преобразователь числа фаз — вращающийся ротор. Поэтому его следует предварительно раскрутить, например, с помощью обычного фазосдвигающего конденсатора, емкость которого рассчитывают по формуле С=К*Iф/Uc. где К=2800 если обмотки двигателя соединены звездой, или 4800, если — треугольником, Iф — номинальный фазный ток электродвигателя, A, U — напряжение однофазной сети, В. Можно применять конденсаторы МБГО, МБГП. МБГТ К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ. К42-19 на напряжение не менее 250 В Конденсатор нужен только для пуска двигателя-генератора затем его цепь разрывают причем ротор продолжает вращаться Поэтому емкость фазосдвигающего конденсатора не влияет на качество генерируемого трехфазного напряжения. К обмоткам статора можно подключить трехфазную нагрузку. Если ее нет энергия питающей сети расходуется лишь на преодоление трения в подшипниках ротора (не считая обычных потерь в меди и железе) поэтому КПД преобразователя довольно велик.

В качестве преобразователей числа фаз было испытано несколько различных электродвигателей. Те из них обмотки которых соединены звездой с выводом от общей точки (нейтралью) подключали по схеме показанной на рис.1 . В случае соединения обмоток звездой без нейтрали или треугольником применяли схемы показанные соответственно на рис.2 и 3 .

Во всех случаях двигатель запускали нажав на кнопку SB1 и удерживая ее в течение 1 — 5с, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной. Затем замыкали выключатель SA1 а кнопка отпускали. Результаты испытаний приведены в таблице. Индексы в обозначениях напряжений соответствуют номерам контактов розетки Х2 (см рис 1—3 ), между которыми их измеряли. Скорость вращения ротора двигателя-генератора мало зависит от напряжения питающей однофазной сети. Генерируемые напряжения пропорциональны сетевому но заметно меньше его что обусловлено потерями энергии на намагничивание и создание вращающего момента компенсирующего механические потери в подшипниках.

Двигатель P, кВт Мин -1 Схема С1, мкф U10, В U20, В U30, R U12, В U13,В U23, B
УАД-72 0,25 2910 Рис 1 38 220 155 148 368 278 245
УАД-72 0,25 2S10 Рис 3 38 220 205 195
АОЛ-22-4 0,4 1400 Рис 1 20 220 150 145 38С 280 280
А02 4 2880 Рис 2 39 220 160 160 345 325 290
А02 4 2880 Рис 3 39 22С 210 197
АОЛ2 3 2880 Рис 1 20 220 160 155 35С 325 290

Пониженная номинальная частота вращения двигателя АОЛ-22-4 указывает на его четырехполюсное исполнение (другие двигатели — двухполюсные). Тем не менее он успешно работает в качестве преобразователя. Под нагрузкой фазные и линейные напряжения изменялись на 2-5 %, сдвиг фаз между ними — на 5-6 град. К двигателю АОЛ2 в качестве нагрузки подключали различные трехфазные электродвигатели двух- и четырехполюсного исполнения с обмотками, соединенными как звездой, так и треугольником:
— АОЛ-011-2 мощностью 80 Вт (привод точильного камня);
— УАД-32Ф мощностью 120 Вт (привод вентилятора);
— А08 мощностью 1,5 кВт (привод деревообрабатывающего станка).

ЛИТЕРАТУРА
1. Бирюков С., «Три фазы- без потери мощности», Радио № 7, 2000, с 37-39
2. Белопольский И. И., «Источники питания радиоустроиств», Энергия 1971
3. Карвовский Г.А., Окороков С. П., «Справочник по асинхронным двигателям», Энергия 1969

Яков Кузнецов/ автор статьи

Приветствую! Я являюсь руководителем данного проекта и занимаюсь его наполнением. Здесь я стараюсь собирать и публиковать максимально полный и интересный контент на темы связанные ремонтом автомобилей и подбором для них запасных частей. Уверен вы найдете для себя немало полезной информации. С уважением, Яков Кузнецов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
NEVINKA-INFO.RU
Добавить комментарий

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