- Zařízení a princip činnosti
- Klasifikace
- Rozsah působnosti
- Asynchronní generátor do-it-yourself
- Provozní tipy
Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Pro napájení domácích spotřebičů a průmyslových zařízení je zapotřebí zdroj energie. Generovat elektrický proud několika způsoby. Nejslibnější a nákladově nejefektivnější je doposud generování proudu elektrickými stroji. Nejjednodušší výroba, levné a spolehlivé v provozu byla asynchronní generátor, který generuje lví podíl spotřebované elektřiny.
Použití elektrických strojů tohoto typu je dáno jejich výhodami. Asynchronní elektrické generátory na rozdíl od synchronních generátorů poskytují:
- vyšší míra spolehlivosti;
- dlouhá životnost;
- ziskovost;
- minimální náklady na údržbu.
Tyto a další vlastnosti asynchronních generátorů jsou součástí jejich konstrukce.
Zařízení a princip činnosti
Hlavní pracovní části asynchronního generátoru jsou rotor (pohyblivá část) a stator (stacionární). Na obr. 1 je rotor umístěn vpravo a stator vlevo. Dávejte pozor na rotorové zařízení. Vinutí měděného drátu na něm nejsou viditelná. Vlastně se jedná o vinutí, ale skládají se z hliníkových tyčí, které jsou zkratovány na kroužcích umístěných na obou stranách. Na fotografii jsou tyčinky viditelné jako šikmé čáry.
Konstrukce zkratovaných vinutí tvoří tzv. „Klec“. Prostor uvnitř této klece je vyplněn ocelovými deskami. Přesně řečeno, hliníkové tyče jsou vtlačeny do drážek vytvořených v jádru rotoru.
Asynchronní stroj, jehož zařízení je popsáno výše, se nazývá generátor rotorových klecí. Každý, kdo je obeznámen s konstrukcí asynchronního motoru, si pravděpodobně všiml podobnosti ve struktuře těchto dvou strojů. Ve skutečnosti se neliší, protože asynchronní generátor a zkratovaný elektromotor jsou téměř identické, s výjimkou přídavných budicích kondenzátorů používaných v režimu generátoru.
Rotor je umístěn na hřídeli, který je uložen na ložiskách a upnut na obou stranách krytů. Celá konstrukce je chráněna kovovým pouzdrem. Generátory středního a vysokého výkonu vyžadují chlazení, proto je na hřídeli dodatečně namontován ventilátor a pouzdro je žebrované (viz obr. 2).
Princip činnosti
Podle definice je generátorem zařízení, které převádí mechanickou energii na elektrický proud. Nezáleží na tom, jaká energie se používá k otáčení rotoru: větrná energie, potenciální energie vody nebo vnitřní energie přeměněná turbínou nebo spalovacím motorem na mechanickou energii.
V důsledku rotace rotoru protínají magnetické siločáry tvořené zbytkovou magnetizací ocelových desek vinutí statoru. EMF je tvořen v cívkách, které při připojování aktivních zátěží vedou k tvorbě proudu v jejich obvodech.
Je důležité, aby synchronní rychlost otáčení hřídele mírně (o cca 2 - 10%) překročila synchronní frekvenci střídavého proudu (nastavenou počtem pólů statoru). Jinými slovy, je nutné poskytnout asynchronii (nesoulad) kmitočtu rotace množstvím skluzu rotoru.
Je třeba poznamenat, že takto získaný proud bude malý. Pro zvýšení výstupního výkonu je nutné zvýšit magnetickou indukci. Dosáhněte vyšší účinnosti zařízení připojením kondenzátorů ke svorkám cívek statoru.
Na obr. 3 je znázorněn diagram svařovacího asynchronního alternátoru s excitací kondenzátoru (levá strana obvodu). Všimněte si, že budicí kondenzátory jsou propojeny trojúhelníkovým vzorem. Na pravé straně obrázku je skutečný obvod samotného svářecího stroje měniče.
Existují i další, složitější budící obvody, například s použitím induktorů a kondenzátorové banky. Příklad takového schématu je znázorněn na obr. 4. Obr.
Rozdíl od synchronního generátoru
Hlavní rozdíl mezi synchronním alternátorem a asynchronním generátorem v konstrukci rotoru. V synchronním stroji se rotor skládá z vinutí drátu. Pro vytvoření magnetické indukce se používá nezávislý zdroj energie (často dodatečný nízkonapěťový generátor DC umístěný na stejné ose jako rotor).
Výhodou synchronního generátoru je, že generuje lepší proud a je snadno synchronizován s jinými alternátory tohoto typu. Synchronní alternátory jsou však citlivější na přetížení a poruchy. Jsou dražší od svých asynchronních protějšků a náročnější na údržbu - je nutné sledovat stav kartáčů.
Harmonický koeficient nebo jasný faktor asynchronních generátorů je nižší než koeficient synchronních alternátorů. To znamená, že produkují téměř čistou elektřinu. Tyto proudy pracují stabilněji:
- UPS;
- nastavitelné nabíječky;
- moderní televizní přijímače.
Asynchronní generátory poskytují jistý rozběh elektromotorů, které vyžadují vysoké startovací proudy. Podle tohoto ukazatele ve skutečnosti nejsou horší než synchronní stroje. Mají méně reaktivních zátěží, což má pozitivní vliv na tepelný režim, protože na energii jalového je spotřebováno méně energie. Asynchronní alternátor má lepší stabilitu výstupní frekvence při různých otáčkách rotoru.
Klasifikace
Generátory zkratového typu jsou nejčastěji používány díky jednoduchosti jejich konstrukce. Existují však i jiné typy asynchronních strojů: alternátory s fázovým rotorem a zařízení používající permanentní magnety, které tvoří budicí obvod.
Na obr. 5 jsou pro srovnání znázorněny dva typy generátorů: vlevo na základně asynchronního motoru s rotorem klece veverky a vpravo - asynchronní stroj na bázi AD s fázovým rotorem. I s rychlým pohledem na schematické obrazy je vidět komplikovaná konstrukce fázového rotoru. Přítomnost kontaktních kroužků (4) a mechanismu držáků kartáčků (5) přitahuje pozornost. Číslo 3 označuje drážky pro vinutí drátu, ke kterému je nutné použít proud pro jeho buzení.
Přítomnost budicích vinutí v rotoru asynchronního generátoru zlepšuje kvalitu generovaného elektrického proudu, zároveň však dochází ke ztrátě takových výhod, jako je jednoduchost a spolehlivost. Proto jsou tato zařízení používána jako zdroj autonomní energie pouze v těch oblastech, kde je bez nich obtížné. Trvalé magnety v rotorech se používají hlavně pro výrobu nízkoenergetických generátorů.
Rozsah působnosti
Nejběžnější použití soustrojí generátoru s rotorem klece veverky. Jsou levné, vyžadují malou údržbu. Přístroje vybavené startovacími kondenzátory mají slušné výkonové ukazatele.
Asynchronní alternátory jsou často používány jako samostatný nebo záložní zdroj. Přenosné benzínové generátory s nimi pracují, používají se pro výkonné mobilní a stacionární naftové generátory.
Alternátory s třífázovým vinutím s jistotou spouští třífázový elektromotor, proto se často používají v průmyslových elektrárnách. Mohou také napájet zařízení v jednofázových sítích. Dvoufázový režim umožňuje šetřit palivo ICE, protože nepoužitá vinutí jsou v klidovém režimu.
Rozsah aplikace je poměrně rozsáhlý:
- dopravní průmysl;
- zemědělství;
- domácnosti;
- zdravotnická zařízení;
Asynchronní alternátory jsou vhodné pro výstavbu místních větrných a hydraulických elektráren.
Asynchronní generátor do-it-yourself
Udělejme si rezervaci hned: nebude to o generování generátoru od nuly, ale o přepracování asynchronního motoru na alternátor. Někteří řemeslníci používají hotový stator z motoru a experimentují s rotorem. Cílem je vytvořit póly rotoru s neodymovými magnety. Něco takového by mohlo vypadat jako prázdné s vloženými magnety (viz obr. 6):
Magnety nalepíte na speciálně obrobený obrobek, který je uložen na hřídeli motoru. To bude vyžadovat alespoň 128 magnetů.
Hotová konstrukce musí být nastavena na stator a současně musí být zajištěna minimální mezera mezi zuby a magnetickými póly vyrobeného rotoru. Vzhledem k tomu, že magnety jsou ploché, budete je muset brousit nebo brousit, zatímco konstrukce neustále ochlazuje, protože neodym při vysokých teplotách ztrácí své magnetické vlastnosti. Pokud to uděláte správně, generátor bude pracovat.
Problém je v tom, že v řemeslných podmínkách je velmi obtížné vytvořit ideální rotor. Ale pokud máte soustruh a jste připraveni strávit několik týdnů při úpravách a přepracování, můžete experimentovat.
Nabízím praktičtější možnost - přeměnu asynchronního motoru na generátor (viz video níže). K tomu budete potřebovat elektromotor s vhodným výkonem a přijatelnou rychlostí rotoru. Výkon motoru by měl být nejméně o 50% vyšší, než je požadovaná energie alternátoru. Pokud je takový elektromotor k dispozici, pokračujte v recyklaci. Jinak je lepší koupit hotový generátor.
Pro zpracování budete potřebovat 3 kondenzátory značky KBG-MN, MBGO, MBGT (můžete si vzít jiné značky, ale ne elektrolytické). Vyberte kondenzátory pro napětí nejméně 600 V (pro třífázový motor). Jalový výkon generátoru Q je vztažen k kapacitě kondenzátoru následujícím vztahem: Q = 0, 314 · U2 · C10 -6 .
Když se zátěž zvyšuje, zvyšuje se jalový výkon, což znamená, že pro udržení stabilního napětí U je nutné zvýšit kapacitu kondenzátorů přidáním nových kapacit spínáním.
Video: vyrábíme asynchronní generátor z jednofázového motoru - část 1
Část 2
Část 3
Část 4
Část 5
Část 6
Pro zjednodušení výběru kondenzátorů použijte tabulku:
Tabulka 1
| Výkon alternátoru (kW-A) | Kapacitní kapacita kondenzátoru (µF) při volnoběhu | Kapacitní kapacita kondenzátoru (μF) při středním zatížení | Kapacitní kapacita kondenzátoru (µF) při plném zatížení |
| 2 | 28 | 36 | 60 |
| 3.5 | 45 | 56 | 100 |
| 5 | 60 | 75 | 138 |
V praxi se průměrná hodnota obvykle volí za předpokladu, že zatížení nebude maximální.
Volbou parametrů kondenzátorů je připojte ke svorkám vinutí statoru, jak je znázorněno na obrázku (obr. 7). Generátor je připraven.
Provozní tipy
Asynchronní generátor nevyžaduje zvláštní péči. Jeho údržbou je sledovat stav ložisek. V nominálních režimech může přístroj pracovat bez letového zásahu.
Slabým článkem jsou kondenzátory. Mohou selhat, zejména pokud jsou nesprávně zvoleny jejich hodnoty.
Během provozu se generátor zahřívá. Pokud často připojujete zvýšené zátěže, sledujte teplotu zařízení nebo dbejte na dodatečné chlazení.