Jak narysować graffiti na papierze ołówkiem krok po kroku dla początkujących. Graffiti rysujemy etapami

W artykule opisano sposób budowy trójfazowego (jednofazowego) generatora 220/380 V w oparciu o asynchroniczny silnik prądu przemiennego. Trójfazowy asynchroniczny silnik elektryczny, wynaleziony pod koniec XIX wieku przez rosyjskiego inżyniera elektryka M.O. Dolivo-Dobrovolsky, otrzymał obecnie dominującą dystrybucję zarówno w przemyśle, jak iw rolnictwo jak iw domu.

Asynchroniczne silniki elektryczne są najprostsze i najbardziej niezawodne w działaniu. Dlatego we wszystkich przypadkach, gdy jest to dopuszczalne w warunkach napędu elektrycznego i nie ma potrzeby kompensacji mocy biernej, należy stosować asynchroniczne silniki prądu przemiennego.

Istnieją dwa główne typy silników asynchronicznych: z wirnikiem klatkowym i z faza wirnik. Asynchroniczny klatkowy silnik elektryczny składa się z części stałej - stojana i części ruchomej - wirnika, obracającego się w łożyskach osadzonych w dwóch tarczach silnika. Rdzenie stojana i wirnika są wykonane z oddzielnych arkuszy stali elektrotechnicznej, odizolowanych od siebie. Uzwojenie wykonane z izolowanego drutu jest ułożone w rowkach rdzenia stojana. Uzwojenie pręta umieszcza się w rowkach rdzenia wirnika lub wlewa stopione aluminium. Pierścienie zworki zwierają uzwojenie wirnika na końcach (stąd nazwa - zwarte). W przeciwieństwie do wirnika klatkowego, uzwojenie jest umieszczone w rowkach wirnika fazowego, wykonanych zgodnie z rodzajem uzwojenia stojana. Końce uzwojenia są doprowadzone do pierścieni ślizgowych osadzonych na wale. Szczotki przesuwają się wzdłuż pierścieni, łącząc uzwojenie z reostatem rozruchowym lub regulacyjnym.

Asynchroniczne silniki elektryczne z wirnikiem fazowym są droższymi urządzeniami, wymagają wykwalifikowanej konserwacji, są mniej niezawodne i dlatego są stosowane tylko w tych gałęziach przemysłu, w których nie można ich pominąć. Z tego powodu nie są one bardzo powszechne i nie będziemy ich dalej rozważać.

Prąd przepływa przez uzwojenie stojana, które jest zawarte w obwodzie trójfazowym, tworząc wirujące pole magnetyczne. Linie pola magnetycznego wirującego pola stojana przecinają pręty uzwojenia wirnika i indukują w nich siłę elektromotoryczną (EMF). Pod działaniem tego pola elektromagnetycznego w zwartych prętach wirnika płynie prąd. Wokół prętów powstają strumienie magnetyczne, tworząc wspólne pole magnetyczne wirnika, które oddziałując z wirującym polem magnetycznym stojana, wytwarza siłę, która powoduje obrót wirnika zgodnie z kierunkiem obrotu pole magnetyczne stojan.

Prędkość obrotowa wirnika jest nieco mniejsza niż prędkość obrotowa pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie stojana. Wskaźnik ten charakteryzuje się poślizgiem S i dla większości silników mieści się w przedziale od 2 do 10%.

Najczęściej stosowany w instalacjach przemysłowych asynchroniczne silniki elektryczne trójfazowe, które są produkowane w postaci zunifikowanych serii. Należą do nich pojedyncze serie 4A o zakresie mocy znamionowej od 0,06 do 400 kW, których maszyny wyróżniają się dużą niezawodnością, dobrymi osiągami i spełniają poziom światowych standardów.

Autonomiczne generatory asynchroniczne to maszyny trójfazowe, które przetwarzają energię mechaniczną silnika głównego na energię elektryczną prądu przemiennego. Ich niewątpliwą przewagą nad innymi typami generatorów jest brak mechanizmu zbierająco-szczotkowego, a co za tym idzie większa trwałość i niezawodność.

Praca asynchronicznego silnika elektrycznego w trybie prądnicowym

Jeżeli odłączony od sieci silnik asynchroniczny zostanie wprawiony w ruch z dowolnego głównego napędu, to zgodnie z zasadą odwracalności maszyn elektrycznych, po osiągnięciu prędkości synchronicznej, na zaciskach uzwojenia stojana pod napięciem powstaje pewna siła elektromotoryczna. wpływ szczątkowego pola magnetycznego. Jeśli teraz do zacisków uzwojenia stojana zostanie podłączona bateria kondensatorów C, to w uzwojeniach stojana popłynie czołowy prąd pojemnościowy, który w tym przypadku jest magnesujący.

Pojemność baterii C musi przekraczać pewną wartość krytyczną C0, która zależy od parametrów autonomicznego generatora asynchronicznego: tylko w tym przypadku generator samowzbudza się i na uzwojeniach stojana powstaje trójfazowy symetryczny układ napięciowy. Wartość napięcia zależy ostatecznie od charakterystyki maszyny i pojemności kondensatorów. W ten sposób asynchroniczny silnik klatkowy można przekształcić w generator asynchroniczny.

Standardowy schemat włączania asynchronicznego silnika elektrycznego jako generatora.

Możesz dobrać moc tak, aby napięcie znamionowe i moc generatora asynchronicznego były odpowiednio równe napięciu i mocy, gdy pracuje on jako silnik elektryczny.

W tabeli 1 przedstawiono pojemności kondensatorów do wzbudzenia generatorów asynchronicznych (U=380 V, 750…1500 obr/min). Tutaj moc bierna Q jest określona wzorem:

Q \u003d 0,314 U 2 do 10 -6,

gdzie C jest pojemnością kondensatorów, uF.

Jak widać z powyższych danych, obciążenie indukcyjne generatora asynchronicznego, które zmniejsza współczynnik mocy, powoduje gwałtowny wzrost wymaganej pojemności. Aby utrzymać stałe napięcie przy rosnącym obciążeniu, konieczne jest zwiększenie pojemności kondensatorów, czyli podłączenie dodatkowych kondensatorów. Okoliczność tę należy uznać za wadę generatora asynchronicznego.

Częstotliwość obrotów generatora asynchronicznego w trybie normalnym musi przekraczać asynchroniczny o wielkość poślizgu S = 2 ... 10% i odpowiadać częstotliwości synchronicznej. Niespełnienie tego warunku spowoduje, że częstotliwość generowanego napięcia może różnić się od częstotliwości przemysłowej 50 Hz, co spowoduje niestabilną pracę odbiorników energii elektrycznej zależnych od częstotliwości: pomp elektrycznych, pralki, urządzenia z wejściem transformatorowym.

Szczególnie niebezpieczne jest zmniejszanie generowanej częstotliwości, ponieważ w tym przypadku zmniejsza się rezystancja indukcyjna uzwojeń silników elektrycznych i transformatorów, co może powodować ich zwiększone nagrzewanie i przedwczesną awarię.

Jako generator asynchroniczny można bez żadnych przeróbek zastosować konwencjonalny asynchroniczny klatkowy silnik elektryczny o odpowiedniej mocy. Moc elektrycznego silnika-generatora zależy od mocy podłączonych urządzeń. Najbardziej energochłonne z nich to:

• domowe transformatory spawalnicze;
• piły elektryczne, frezarki elektryczne, kruszarki do ziarna (moc 0,3 ... 3 kW);
• piece elektryczne typu „Rossiyanka”, „Dream” o mocy do 2 kW;
• żelazka elektryczne (moc 850 ... 1000 W).

Szczególnie chcę zastanowić się nad działaniem domowych transformatorów spawalniczych. Ich podłączenie do autonomicznego źródła energii elektrycznej jest jak najbardziej pożądane, ponieważ. pracując z sieci przemysłowej, stwarzają szereg niedogodności dla innych odbiorców energii elektrycznej.

Jeśli domowy transformator spawalniczy jest przeznaczony do pracy z elektrodami o średnicy 2 ... 3 mm, to jego całkowita moc wynosi około 4 ... 6 kW, moc generatora asynchronicznego do zasilania powinna mieścić się w granicach 5 .. 7 kW. Jeśli domowy transformator spawalniczy pozwala na pracę z elektrodami o średnicy 4 mm, to w najtrudniejszym trybie - „cięcie” metalu, całkowita pobierana przez niego moc może osiągnąć odpowiednio 10 ... 12 kW, moc asynchronicznego generator powinien mieścić się w granicach 11 ... 13 kW.

Jako trójfazową baterię kondensatorów dobrze jest stosować tzw. kompensatory mocy biernej, przeznaczone do poprawy cosφ w przemysłowych sieciach oświetleniowych. Ich oznaczenie typu: KM1-0.22-4.5-3U3 lub KM2-0.22-9-3U3, które jest odczytywane w następujący sposób. KM - kondensatory cosinusowe impregnowane olejem mineralnym, pierwsza cyfra to rozmiar (1 lub 2), następnie napięcie (0,22 kV), moc (4,5 lub 9 kvar), następnie cyfra 3 lub 2 oznacza trójfazowy lub jednofazowy wersja fazowa, U3 (klimat umiarkowany trzeciej kategorii).

W przypadku samodzielnego wykonania akumulatora należy stosować kondensatory takie jak MBGO, MBGP, MBGT, K-42-4 itp. na napięcie robocze co najmniej 600 V. Nie można stosować kondensatorów elektrolitycznych.

Powyższą opcję podłączenia trójfazowego silnika elektrycznego jako generatora można uznać za klasyczną, ale nie jedyną. Istnieją inne sposoby, które równie dobrze sprawdzają się w praktyce. Na przykład, gdy zespół kondensatorów jest podłączony do jednego lub dwóch uzwojeń elektrycznego zespołu silnikowo-prądnicowego.

Tryb dwufazowy generatora asynchronicznego.

Rys.2 Tryb dwufazowy generatora asynchronicznego.

Taki schemat należy zastosować, gdy nie ma potrzeby uzyskania napięcia trójfazowego. Ta opcja przełączania zmniejsza pojemność roboczą kondensatorów, zmniejsza obciążenie głównego silnika mechanicznego w trybie jałowym i tak dalej. oszczędza „cenne” paliwo.

Jako generatory małej mocy, które wytwarzają przemienne napięcie jednofazowe 220 V, można stosować jednofazowe asynchroniczne klatkowe silniki elektryczne do użytku domowego: z pralek takich jak Oka, Wołga, pomp podlewających Agidel, BCN itp. Mają baterię kondensatorów połączoną równolegle z uzwojeniem roboczym lub wykorzystują istniejący kondensator przesunięcia fazowego podłączony do uzwojenia początkowego. Może być konieczne nieznaczne zwiększenie pojemności tego kondensatora. Jego wartość będzie określona przez charakter obciążenia podłączonego do generatora: obciążenie czynne (piece elektryczne, żarówki, lutownice elektryczne) wymaga małej pojemności, indukcyjne (silniki elektryczne, telewizory, lodówki) - więcej.

Rys.3 Generator małej mocy z jednofazowego silnika asynchronicznego.

Teraz kilka słów o głównym napędzie, który będzie napędzał generator. Jak wiadomo, każda transformacja energii wiąże się z jej nieuniknionymi stratami. O ich wartości decyduje wydajność urządzenia. Dlatego moc silnika mechanicznego musi przekraczać moc generatora asynchronicznego o 50 ... 100%. Na przykład przy asynchronicznej mocy generatora 5 kW moc silnika mechanicznego powinna wynosić 7,5 ... 10 kW. Za pomocą mechanizmu transmisyjnego prędkość silnika mechanicznego i generatora są skoordynowane tak, że tryb pracy generatora jest ustawiony na średnią prędkość silnika mechanicznego. W razie potrzeby możesz na krótko zwiększyć moc generatora, zwiększając prędkość silnika mechanicznego.

Każda autonomiczna elektrownia musi zawierać niezbędne minimum załączników: woltomierz AC (o skali do 500 V), miernik częstotliwości (najlepiej) i trzy przełączniki. Jeden przełącznik łączy obciążenie z generatorem, pozostałe dwa przełączają obwód wzbudzenia. Obecność przełączników w obwodzie wzbudzenia ułatwia rozruch silnika mechanicznego, a także pozwala szybko obniżyć temperaturę uzwojeń generatora, po zakończeniu pracy wirnik niewzbudzonego generatora jest przez pewien czas obracany z silnika mechanicznego czas. Ta procedura wydłuża żywotność uzwojeń generatora.

Jeżeli generator ma zasilać urządzenia normalnie podłączone do sieci prądu przemiennego (np. oświetlenie w budynku mieszkalnym, sprzęt AGD) to konieczne jest zapewnienie wyłącznika dwufazowego, który odłączy te urządzenia od sieci przemysłowej podczas pracy generatora. Oba przewody muszą być odłączone: „faza” i „zero”.

Na koniec kilka ogólnych rad.

1. Alternator jest urządzeniem niebezpiecznym. Używaj 380 V tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne, w przeciwnym razie używaj 220 V.

2. Zgodnie z wymogami bezpieczeństwa generator musi być wyposażony w uziemienie.

3. Zwróć uwagę na reżim termiczny generatora. „Nie lubi” bezczynności. Możliwe jest zmniejszenie obciążenia termicznego poprzez dokładniejszy dobór pojemności kondensatorów wzbudzenia.

4. Nie popełnij błędu co do mocy prądu elektrycznego generowanego przez generator. Jeżeli podczas pracy generatora trójfazowego używana jest jedna faza, wówczas jego moc wyniesie 1/3 całkowitej mocy generatora, jeśli dwie fazy - 2/3 całkowitej mocy generatora.

5. Częstotliwość prądu przemiennego generowanego przez generator może być pośrednio sterowana napięciem wyjściowym, które w trybie „jałowym” powinno być o 4…6% wyższe niż wartość przemysłowa 220/380 V.

W razie potrzeby jako generator prądu przemiennego można zastosować trójfazowy asynchroniczny silnik elektryczny z wirnikiem klatkowym.

Rozwiązanie to jest wygodne ze względu na szeroką dostępność silników asynchronicznych, a także brak w tego typu silnikach zespołu kolektor-szczotka, co czyni taki generator niezawodnym i trwałym. Jeśli jest wygodnym sposobem aby wprawić jego wirnik w ruch obrotowy, to do wytworzenia prądu wystarczy podłączyć trzy identyczne kondensatory do uzwojeń stojana. Praktyka pokazuje, że takie generatory mogą pracować przez lata bez konieczności konserwacji.

Ponieważ na wirniku występuje namagnesowanie szczątkowe, gdy się obraca, w uzwojeniach stojana pojawi się indukcja pola elektromagnetycznego, a ponieważ kondensatory są podłączone do uzwojeń, pojawi się odpowiedni prąd pojemnościowy, który namagnesuje wirnik. Przy dalszym obrocie wirnika nastąpi samowzbudzenie, dzięki czemu w uzwojeniach stojana powstanie trójfazowy prąd sinusoidalny.

W trybie generatorowym prędkość wirnika musi odpowiadać częstotliwości synchronicznej silnika, która jest wyższa niż jego częstotliwość robocza (asynchroniczna). Dla przykładu: dla silnika AIR112MV8 uzwojenie stojana ma 4 pary biegunów magnetycznych, co oznacza, że ​​jego nominalna częstotliwość synchroniczna wynosi 750 obr/min, ale podczas pracy pod obciążeniem wirnik tego silnika obraca się z częstotliwością 730 obr/min, ponieważ jest silnikiem asynchronicznym. Tak więc w trybie generatora musisz obracać jego wirnik z częstotliwością 750 obr./min. Odpowiednio, dla silników z dwiema parami biegunów magnetycznych znamionowa częstotliwość synchroniczna wynosi 1500 obr./min, a z jedną parą biegunów - 3000 obr./min.

Kondensatory dobierane są w zależności od mocy zastosowanego silnika asynchronicznego oraz charakteru obciążenia. Moc bierną, jaką dostarczają kondensatory w tym trybie pracy, w zależności od ich pojemności, można obliczyć ze wzoru:

Na przykład istnieje silnik asynchroniczny zaprojektowany na moc znamionową 3 kW podczas pracy z sieci trójfazowej o napięciu 380 woltów i częstotliwości 50 Hz. Oznacza to, że kondensatory przy pełnym obciążeniu muszą zapewnić całą tę moc. Ponieważ prąd jest trójfazowy, mówimy tutaj o pojemności każdego kondensatora. Pojemność można znaleźć za pomocą wzoru:

Dlatego dla danego trójfazowego silnika asynchronicznego o mocy 3 kW pojemność każdego z trzech kondensatorów przy pełnym obciążeniu rezystancyjnym będzie wynosić:

Do tego celu doskonale nadają się kondensatory rozruchowe serii K78-17, K78-36 i tym podobne na napięcie 400 woltów i wyższe, najlepiej 600 woltów, lub kondensatory metalowo-papierowe o podobnych wartościach znamionowych.

Mówiąc o trybach pracy generatora z silnika asynchronicznego, należy zauważyć, że na biegu jałowym podłączone kondensatory będą wytwarzać prąd bierny, który po prostu podgrzeje uzwojenia stojana, dlatego sensowne jest połączenie kondensatorów i podłączenie kondensatory zgodnie z wymaganiami konkretnego obciążenia. Prąd jałowy przy takim rozwiązaniu zostanie znacznie zmniejszony, co odciąży cały system. Przeciwnie, obciążenia o charakterze biernym będą wymagały podłączenia dodatkowych kondensatorów, które przekraczają obliczoną wartość znamionową ze względu na współczynnik mocy charakterystyczny dla obciążeń biernych.

Dozwolone jest łączenie uzwojeń stojana zarówno w gwiazdę, aby uzyskać 380 woltów, jak iw trójkąt, aby uzyskać 220 woltów. Jeśli nie ma zapotrzebowania na prąd trójfazowy, można wykorzystać tylko jedną fazę, podłączając kondensatory tylko do jednego z uzwojeń stojana.

Możesz pracować z dwoma uzwojeniami. Tymczasem należy pamiętać, że moc przekazywana przez każde z uzwojeń do obciążenia nie powinna przekraczać jednej trzeciej całkowitej mocy generatora. W zależności od potrzeb można podłączyć prostownik trójfazowy lub zastosować stały prąd przemienny. Dla ułatwienia kontroli przydatne jest zorganizowanie stojaka wskaźnikowego z przyrządami pomiarowymi - woltomierzami, amperomierzami i miernikiem częstotliwości. Automaty (wyłączniki) doskonale nadają się do przełączania kondensatorów.

Należy zwrócić szczególną uwagę na bezpieczeństwo, uwzględnić prądy krytyczne i odpowiednio obliczyć przekroje wszystkich przewodów. Niezawodna izolacja jest również ważnym czynnikiem bezpieczeństwa.

Jako generator do wiatraka postanowiono przerobić silnik asynchroniczny. Taka przeróbka jest bardzo prosta i niedroga, dlatego w domowych projektach turbin wiatrowych często można zobaczyć generatory wykonane z silników asynchronicznych.

Przeróbka polega na obróceniu wirnika pod magnesy, następnie magnesy są zwykle przyklejane do wirnika według szablonu i wypełniane żywicą, aby nie odlatywały. Powszechne jest również przewijanie stojana grubszym drutem, aby zmniejszyć zbyt duże napięcie i zwiększyć prąd. Ale nie chciałem przewijać tego silnika i postanowiono zostawić wszystko tak jak jest, tylko przerobić wirnik na magnesy. Jako dawcę znaleziono trójfazowy silnik asynchroniczny o mocy 1,32 kW. Poniżej zdjęcie tego silnika.

przeróbka silnika asynchronicznego na prądnicę Wirnik silnika elektrycznego został obrobiony na tokarce na grubość magnesów. Ten wirnik nie wykorzystuje metalowej tulei, która jest zwykle obrabiana i nakładana na wirnik pod magnesy. Tuleja jest potrzebna do wzmocnienia indukcji magnetycznej, przez nią magnesy zamykają swoje pola, zasilając się od spodu, a pole magnetyczne nie rozprasza się, ale wszystko trafia do stojana. W tej konstrukcji zastosowano dość mocne magnesy o wielkości 7,6 * 6 mm w ilości 160 sztuk, które zapewnią dobre pole elektromagnetyczne nawet bez rękawa.

Najpierw, przed przyklejeniem magnesów, wirnik został oznaczony czterema biegunami, a magnesy zostały umieszczone ze skosem. Silnik był czterobiegunowy, a ponieważ stojan nie był nawinięty na wirnik, muszą być też cztery bieguny magnetyczne. Każdy biegun magnetyczny zmienia się, jeden biegun jest warunkowo „północny”, drugi biegun „południowy”. Bieguny magnetyczne są rozmieszczone w odstępach, więc magnesy są zgrupowane gęściej na biegunach. Po umieszczeniu magnesów na wirniku owinięto je taśmą klejącą do mocowania i wypełniono żywicą epoksydową.

Po złożeniu było wyczuwalne przywieranie wirnika, wyczuwalne przy obrocie wału. Postanowiono przerobić rotor. Magnesy zostały zbite razem z żywicą epoksydową i ponownie umieszczone, ale teraz są mniej więcej równomiernie rozmieszczone w wirniku, poniżej zdjęcie wirnika z magnesami przed wylaniem żywicy epoksydowej. Po napełnieniu przywieranie nieco się zmniejszyło i zauważono, że napięcie nieznacznie spadło, gdy generator obracał się z tą samą prędkością, a prąd nieznacznie wzrósł.

Po zmontowaniu gotowego generatora postanowiono przekręcić go wiertłem i podłączyć do niego coś jako ładunek. Żarówka była podłączona do 220 woltów 60 watów, przy 800-1000 obr./min paliła się w pełnym ogniu. Poza tym, żeby sprawdzić, co potrafi generator, podłączono lampę o mocy 1 Kw, paliła się na pełnych obrotach, a wiertarka nie mogła mocniej obrócić generatora.

Na biegu jałowym, przy maksymalnej prędkości wiertarki 2800 obr./min, napięcie generatora wynosiło ponad 400 woltów. Przy około 800 obr./min napięcie wynosi 160 woltów. Próbowaliśmy również podłączyć kocioł o mocy 500 W, po minucie skręcania woda w szklance stała się gorąca. Są to testy, które przeszedł generator, który został wykonany z silnika indukcyjnego.

Po generatorze został przyspawany stojak z obrotową osią do mocowania generatora i ogona. Konstrukcja jest wykonana według schematu z usunięciem wiatrownicy z wiatru poprzez złożenie ogona, więc generator jest przesunięty ze środka osi, a kołek z tyłu to kołek królewski, na który nakładany jest ogon.

Oto zdjęcie gotowej turbiny wiatrowej. Turbina wiatrowa została zamontowana na dziewięciometrowym maszcie. Generator z siłą wiatru dawał napięcie w obwodzie otwartym do 80 woltów. Próbowali podłączyć do niego dwukilowatową siatkę, po pewnym czasie lina się nagrzała, co oznacza, że ​​generator wiatrowy ma jeszcze jakąś moc.

Następnie zmontowano sterownik generatora wiatrowego i podłączono przez niego akumulator do ładowania. Ładowanie było wystarczająco dobre prądowo, bateria szybko hałasowała, jakby była ładowana z ładowarki.

Dane na silniku shindik powiedziały, że 220/380 woltów 6,2 / 3,6 A. Oznacza to, że rezystancja generatora wynosi 35,4 Ohm trójkąt / 105,5 Ohm gwiazda. Jeśli naładował akumulator 12-woltowy zgodnie ze schematem przełączania faz generatora w trójkąt, co jest najbardziej prawdopodobne, to 80-12 / 35,4 = 1,9A. Okazuje się, że przy wietrze 8-9 m/s prąd ładowania wynosił około 1,9 A, a to tylko 23 W/h, ale niewiele, ale może gdzieś się myliłem.

Tak duże straty wynikają z dużej rezystancji generatora, dlatego stojan jest zwykle przewijany grubszym drutem, aby zmniejszyć rezystancję generatora, co wpływa na natężenie prądu, a im większa rezystancja uzwojenia generatora, tym mniej mocy prąd i wyższe napięcie.

Aby zapewnić nieprzerwane zasilanie w domu, stosuje się generatory prądu przemiennego, napędzane silnikami wysokoprężnymi lub gaźnikowymi. Ale z przebiegu elektrotechniki wiadomo, że każdy silnik elektryczny jest odwracalny: jest również w stanie wytwarzać energię elektryczną. Czy możliwe jest wykonanie generatora z silnika asynchronicznego własnymi rękami, jeśli on i silnik spalinowy już istnieją? W końcu nie będzie konieczne kupowanie drogiej elektrowni, ale będzie można sobie poradzić za pomocą improwizowanych środków.

Budowa asynchronicznego silnika elektrycznego

Asynchroniczny silnik elektryczny składa się z dwóch głównych części: stałego stojana i obracającego się wewnątrz niego wirnika. Wirnik obraca się na łożyskach zamocowanych w wyjmowanych częściach końcowych. Wirnik i stojan zawierają uzwojenia elektryczne, których zwoje są ułożone w rowkach.

Uzwojenie stojana jest podłączone do sieci prądu przemiennego, jednofazowej lub trójfazowej. Metalowa część stojana, w której jest ułożony, nazywa się obwodem magnetycznym. Składa się z oddzielnych cienkich płytek powlekanych, które izolują je od siebie. Zapobiega to pojawieniu się prądy wirowe, uniemożliwiające pracę silnika elektrycznego z powodu występowania nadmiernych strat na nagrzewanie obwodu magnetycznego.

Wnioski z uzwojeń wszystkich trzech faz znajdują się w specjalnej skrzynce na obudowie silnika. Nazywa się to barno, w nim wnioski uzwojeń są ze sobą połączone. W zależności od napięcia zasilania i danych technicznych silnika, wyjścia są łączone w gwiazdę lub trójkąt.

Uzwojenie wirnika dowolnego asynchronicznego silnika elektrycznego jest podobne do „klatki wiewiórki”, jak to się nazywa. Wykonany jest w postaci szeregu przewodzących prętów aluminiowych rozmieszczonych na zewnętrznej powierzchni wirnika. Końce prętów są zamknięte, więc taki wirnik nazywa się klatką wiewiórki.
Uzwojenie, podobnie jak uzwojenie stojana, znajduje się wewnątrz obwodu magnetycznego, również wykonanego z izolowanych blach.

Zasada działania asynchronicznego silnika elektrycznego

Gdy napięcie zasilające jest podłączone do stojana, prąd przepływa przez zwoje uzwojenia. Tworzy wewnątrz pole magnetyczne. Ponieważ prąd jest zmienny, pole zmienia się zgodnie z kształtem napięcia zasilania. Położenie uzwojeń w przestrzeni jest wykonane w taki sposób, że pole w nim obraca się.
W uzwojeniu wirnika pole wirujące indukuje pole elektromagnetyczne. A ponieważ zwoje uzwojenia są zwarte, pojawia się w nich prąd. Oddziałuje z polem stojana, co prowadzi do pojawienia się obrotu wału silnika.

Silnik elektryczny nazywany jest asynchronicznym, ponieważ pole stojana i wirnik obracają się z różnymi prędkościami. Ta różnica prędkości nazywana jest poślizgiem (S).


gdzie:
n to częstotliwość pola magnetycznego;
nr to prędkość wirnika.
Aby regulować prędkość wału w szerokim zakresie, asynchroniczne silniki elektryczne są wykonane z wirnikiem fazowym. Na takim wirniku, tak samo jak na stojanie, nawinięte są uzwojenia przesunięte w przestrzeni. Końce z nich są wyprowadzane na pierścienie, za pomocą aparatu szczotkowego są do nich podłączone rezystory. Im większy opór połączenia z wirnikiem fazowym, tym mniejsza będzie prędkość jego obrotu.

Generator asynchroniczny

A co się stanie, jeśli wirnik asynchronicznego silnika elektrycznego zacznie się obracać? Czy będzie w stanie generować prąd i jak zrobić generator z silnika indukcyjnego?
Okazuje się, że jest to możliwe. Aby na uzwojeniu stojana pojawiło się napięcie, konieczne jest początkowo wytworzenie wirującego pola magnetycznego. Pojawia się z powodu szczątkowego namagnesowania wirnika maszyny elektrycznej. W przyszłości, gdy pojawi się prąd obciążenia, siła pola magnetycznego wirnika osiąga wymaganą wartość i stabilizuje się.
Aby ułatwić proces pojawiania się napięcia na wyjściu, stosuje się baterię kondensatorów, która jest podłączona do stojana generatora asynchronicznego w momencie rozruchu (wzbudzenia kondensatora).

Ale parametr charakterystyczny dla asynchronicznego silnika elektrycznego pozostaje niezmieniony: wielkość poślizgu. Z tego powodu częstotliwość napięcia wyjściowego generatora asynchronicznego będzie mniejsza niż prędkość obrotowa wału.
Nawiasem mówiąc, wał generatora asynchronicznego musi obracać się z taką prędkością, aby osiągnięta została nominalna prędkość obrotowa pola stojana silnika elektrycznego. Aby to zrobić, musisz znaleźć prędkość obrotową wału z płytki znajdującej się na obudowie. Zaokrąglając jej wartość do najbliższej liczby całkowitej otrzymuje się prędkość obrotową wirnika silnika elektrycznego przerobionego na prądnicę.

Na przykład w przypadku silnika elektrycznego, którego tabliczka jest pokazana na zdjęciu, prędkość obrotowa wału wynosi 950 obr./min. Oznacza to, że prędkość obrotowa wału powinna wynosić 1000 obr./min.

Dlaczego generator asynchroniczny jest gorszy od synchronicznego?

Jak dobry będzie domowy generator z silnika indukcyjnego? Czym będzie się różnić od generatora synchronicznego?
Aby odpowiedzieć na te pytania, krótko przypominamy zasadę działania generatora synchronicznego. Prąd stały jest dostarczany do uzwojenia wirnika przez pierścienie ślizgowe, których wartość jest regulowana. Wirujące pole wirnika wytwarza pole elektromagnetyczne w uzwojeniu stojana. Aby uzyskać wymagane napięcie generacji, układ automatycznej kontroli wzbudzenia będzie zmieniał prąd w wirniku. Ponieważ napięcie na wyjściu generatora jest monitorowane przez automatykę, w wyniku ciągłego procesu regulacji napięcie pozostaje zawsze niezmienione i nie zależy od wielkości prądu obciążenia.
Do uruchamiania i obsługi generatorów synchronicznych wykorzystywane są niezależne źródła zasilania (baterie). Dlatego rozpoczęcie jego pracy nie zależy ani od pojawienia się prądu obciążenia na wyjściu, ani od osiągnięcia wymaganej prędkości obrotowej. Tylko częstotliwość napięcia wyjściowego zależy od prędkości obrotowej.
Ale nawet po otrzymaniu prądu wzbudzenia z napięcia generatora wszystkie powyższe pozostają prawdziwe.
Generator synchroniczny ma jeszcze jedną cechę: jest w stanie generować nie tylko moc czynną, ale także moc bierną. Jest to bardzo ważne przy zasilaniu silników elektrycznych, transformatorów i innych jednostek, które go zużywają. Brak mocy biernej w sieci prowadzi do wzrostu strat cieplnych przewodów, uzwojeń maszyn elektrycznych, spadku napięcia u odbiorców w stosunku do wartości generowanej.
Do wzbudzenia generatora asynchronicznego wykorzystywane jest namagnesowanie szczątkowe jego wirnika, które samo w sobie jest wartością losową. Nie ma możliwości regulacji parametrów wpływających na wartość jego napięcia wyjściowego podczas pracy.

Ponadto generator asynchroniczny nie generuje, ale pobiera moc bierną. Konieczne jest, aby wytworzył prąd wzbudzenia w wirniku. Pomyśl o wzbudzeniu kondensatorów: poprzez podłączenie banku kondensatorów podczas rozruchu, tworzona jest moc bierna wymagana przez generator do rozpoczęcia pracy.
W rezultacie napięcie na wyjściu generatora asynchronicznego nie jest stabilne i zmienia się w zależności od charakteru obciążenia. Po podłączeniu do niego duża liczba odbiorników mocy biernej, uzwojenie stojana może się przegrzać, co wpłynie na żywotność jego izolacji.
Dlatego zastosowanie generatora asynchronicznego jest ograniczone. Może pracować w warunkach zbliżonych do „szklarniowych”: brak przeciążeń, prądów rozruchowych, potężne odbiorniki odczynników. A jednocześnie podłączone do niego odbiorniki prądu nie powinny mieć krytycznego wpływu na zmiany wielkości i częstotliwości napięcia zasilającego.
Idealne miejsce do wykorzystania generatora asynchronicznego są alternatywne systemy energetyczne zasilane energią wody lub wiatru. W tych urządzeniach generator nie zasila bezpośrednio konsumenta, ale ładuje akumulator. Już z niego, poprzez konwerter DC-AC, obciążenie jest zasilane.
Dlatego jeśli potrzebujesz zmontować wiatrak lub małą elektrownię wodną, ​​najlepszym wyjściem jest generator asynchroniczny. Działa tutaj jego główna i jedyna zaleta - prostota konstrukcji. Brak pierścieni na wirniku i aparacie szczotkowym powoduje, że podczas pracy nie trzeba go stale konserwować: czyścić pierścienie, wymieniać szczotki, usuwać z nich pył grafitowy. Rzeczywiście, aby zrobić generator wiatrowy z silnika asynchronicznego własnymi rękami, wał generatora musi być bezpośrednio połączony z łopatami wiatraka. Oznacza to, że struktura będzie włączona wysoki pułap. Trudno ją stamtąd wyciągnąć.

Generator magnetyczny

Dlaczego pole magnetyczne musi być wytwarzane za pomocą prądu elektrycznego? W końcu istnieją jego potężne źródła - magnesy neodymowe.
Do przekształcenia silnika indukcyjnego w generator potrzebne będą cylindryczne magnesy neodymowe, które zostaną zainstalowane w miejsce standardowych przewodów uzwojenia wirnika. Najpierw musisz obliczyć wymaganą liczbę magnesów. Aby to zrobić, wyjmij wirnik z silnika przekształcanego w generator. Wyraźnie pokazuje miejsca, w których ułożone jest uzwojenie „wiewiórczego koła”. Wymiary (średnica) magnesów są dobrane tak, aby po zainstalowaniu ściśle w środku przewodów zwartego uzwojenia nie stykały się z magnesami następnego rzędu. Pomiędzy rzędami powinna być szczelina nie mniejsza niż średnica użytego magnesu.
Decydując się na średnicę, obliczają, ile magnesów zmieści się wzdłuż uzwojenia przewodu od jednej krawędzi wirnika do drugiej. Jednocześnie między nimi pozostaje odstęp co najmniej jednego do dwóch milimetrów. Mnożąc liczbę magnesów w rzędzie przez liczbę rzędów (przewodów uzwojenia wirnika), uzyskuje się wymaganą liczbę. Wysokość magnesów nie powinna być wybierana bardzo duża.
Aby zainstalować magnesy na wirniku asynchronicznego silnika elektrycznego, należy go zmodyfikować: usunąć warstwę metalu na tokarce na głębokość odpowiadającą wysokości magnesu. W takim przypadku wirnik należy dokładnie wycentrować w maszynie, aby nie obniżyć jej równowagi. W przeciwnym razie będzie miał przesunięcie środka masy, co doprowadzi do bicia w pracy.

Następnie przystąp do instalacji magnesów na powierzchni wirnika. Klej służy do mocowania. Każdy magnes ma dwa bieguny, umownie nazywane północnym i południowym. W jednym rzędzie bieguny oddalone od wirnika muszą być takie same. Aby nie popełnić błędu w instalacji, magnesy są najpierw łączone ze sobą w girlandę. Będą się zazębiać w ściśle określony sposób, ponieważ przyciągają się do siebie tylko przeciwległymi biegunami. Teraz pozostaje tylko zaznaczyć znacznikiem bieguny o tej samej nazwie.
W każdym kolejnym rzędzie zmienia się biegun znajdujący się na zewnątrz. To znaczy, jeśli ułożyłeś rząd magnesów z biegunem oznaczonym znacznikiem, znajdującym się na zewnątrz wirnika, to następny jest ułożony z magnesami odwróconymi w drugą stronę. Itp.
Po sklejeniu magnesów należy je utrwalić żywicą epoksydową.W tym celu wokół powstałej struktury wykonuje się szablon z tektury lub grubego papieru, do którego wlewa się żywicę. Papier jest owinięty wokół wirnika, owinięty taśmą lub taśmą elektryczną. Jedna z części końcowych jest pokryta plasteliną lub również uszczelniona. Następnie wirnik jest instalowany pionowo i żywica epoksydowa jest wlewana do wnęki między papierem a metalem. Po stwardnieniu elementy mocujące są usuwane.
Teraz ponownie mocujemy wirnik w tokarce, centrujemy go i szlifujemy powierzchnię wypełnioną żywicą epoksydową. Nie jest to konieczne ze względów estetycznych, ale w celu zminimalizowania wpływu ewentualnego niewyważenia spowodowanego dodatkowymi częściami zamontowanymi na wirniku.
Szlifowanie odbywa się najpierw gruboziarnistym papierem ściernym. Jest osadzony na drewnianym klocku, który następnie jest równomiernie przesuwany po obrotowej powierzchni. Następnie możesz zastosować papier ścierny o drobniejszym ziarnie.

Teraz gotowy wirnik można ponownie włożyć do stojana i przetestować powstałą konstrukcję. Z powodzeniem może być wykorzystany przez tych, którzy chcą zrobić np. generator wiatrowy z silnika asynchronicznego. Jest tylko jedna wada: koszt magnesów neodymowych jest bardzo wysoki. Dlatego zanim zaczniesz przerabiać wirnik i wydawać pieniądze na części zamienne, powinieneś obliczyć, która opcja jest bardziej opłacalna: zrobić generator z silnika indukcyjnego lub kupić gotowy.