Электростанция своими руками из асинхронного двигателя своими руками

Самодельный электрогенератор из асинхронного двигателя

1. Конструкция и принцип действия асинхронного двигателя
2. Конструкция и принцип действия электрогенератора
3. От электродвигателя к электрогенератору
4. Смысл переделки
5. Что нужно для переделки?
6. От теории к практике
7. Как соединять?

Энергия электрического тока, входя внутрь асинхронного двигателя, легко переходит в энергию движения на выходе из него. А что делать, если требуется обратное превращение? В таком случае можно соорудить самодельный генератор из асинхронного двигателя. Только функционировать будет он в другом режиме: за счет совершения механической работы начнет вырабатываться электричество. Идеальное решение – перевоплощение в ветрогенератор – источник бесплатной энергии.

Переход асинхронного двигателя в режим генератора

Прежде всего нужно рассмотреть принцип работы асинхронного двигателя, поскольку именно этот агрегат служит основой при создании генератора.

Электродвигатель асинхронного типа представляет собой устройство, превращающее электрическую энергию в механическую и тепловую. Возможность такого превращения обеспечивается электромагнитной индукцией, возникающей между обмотками статора и ротора. Главная особенность асинхронных двигателей заключается в разнице частоты вращения этих элементов.

Сами статор и ротор являются соосными деталями круглого сечения, изготовленные из стальных пластин с пазами внутри кольца. В целом наборе образуются продольные канавки, где располагается обмотка из медной проволоки. В роторе функцию обмотки выполняют прутки из алюминия, находящиеся в пазах сердечника и замкнутые с обеих сторон стопорными пластинами. Когда на обмотки статора подается напряжение, возникает вращающееся магнитное поле. В связи с разницей частоты вращения, между обмотками происходит наведение ЭДС, что приводит к вращению центрального вала.

В отличие от асинхронного электродвигателя, генератор, наоборот, осуществляет превращение тепловой и механической энергии в электрическую. Наибольшее распространение получили индукционные устройства, характеризующиеся наведением межобмоточной электродвижущей силы. Как и в случае с асинхронным двигателем, причиной наведения ЭДС становится разность оборотов магнитных полей статора и ротора. Отсюда вполне закономерно следует, исходя из принципа обратимости, что превратить асинхронный двигатель в генератор вполне возможно, за счет определенных технических реконструкций.

Каждый асинхронный электрогенератор представляет собой своего рода трансформатор, преобразующий механическую энергию вала электродвигателя в переменный ток. Это происходит, когда скорость вала начинает превышать синхронную и достигает 1500 об/мин и выше. Такая частота вращения достигается за счет приложения высокого крутящего момента. Его источником может стать двигатель внутреннего сгорания бензогенератора или крыльчатка ветряка.

При достижении синхронной частоты вращения, в работу включается конденсаторная батарея, в которой создается емкостный ток. Под его действием обмотки статора самовозбуждаются и в режиме генерирования начинает вырабатываться электрический ток. Надежная и устойчивая работа такого генератора, способного выдавать промышленную частоту 50 Гц, при соблюдении определенных условий:

• Скорость вращения должна быть выше частоты работы самого электродвигателя на величину процента скольжения, составляющего 2-10%.
• Скорость вращения генератора должна совпадать с синхронной скоростью.

Изготовление ветряка

Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). Горизонтальные роторы имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.

Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.

Вертикальные ветряки проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:

• ротор Савониуса
• ротор Дарье
• ротор Ленца

Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.

Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор Савониуса, но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.

Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.

Электрогенераторы для дома своими руками: способы реализации

Немного теории. Основой возникновения в проводнике электрического тока является электродвижущая сила. Ее появление происходит в результате воздействия на проводник, изменяющимся магнитным полем. Величина электродвижущей силы зависит от скорости изменения потока магнитных волн. Этот эффект и лежит в основе создания синхронных и асинхронных электрических машин. Поэтому не представляет трудности превращение генератора тока в электродвигатель и наоборот.

Для загородного дома или дачного участка генератор постоянного тока применяется крайне редко. Он может быть в специальном исполнении использован для сварочного аппарата. В основном область его применения распространяется на промышленность. Генератор перемененного тока предназначен вырабатывать электричество в огромном количестве, поэтому на даче или в загородном коттедже он станет прекрасной альтернативой центрального энергоснабжения. Стало быть для создания генератора переменного тока в домашних условиях своими руками займемся преобразованием асинхронного электродвигателя. Принцип работы генератора переменного тока заключается в превращении механической энергии в электрическую. Пример элементарного электрического генератора можно увидеть на видео.

Такой уникальный способ получения света очень интересен. Немного усовершенствовав его, получаем возможность обеспечения себя освещением в походе или на природе. Единственное условие, ехать придется на велосипеде, прихватив небольшое, но нужное приспособление.

В данном случае для получения вращающегося электромагнитном поле проводника, запускаем двигатель. Зачастую применяют двигатель внутреннего сгорания. Топливо сжигаясь в камере сгорания придает возвратно поступательное движение поршню, который через шатун заставляет вращаться коленчатый вал. Он в свою очередь передает вращательное движение на ротор генератора, который перемещаясь в магнитном поле статора вырабатывает на выходе электрический ток.

Состоит генератор переменного тока из следующих деталей:

• корпусная часть из стали или чугуна, которая выполняет функцию рамы для крепления статора и подшипниковых узлов ротора, кожуха для предохранения всей внутренней начинки от механического повреждения;
• ферромагнитный статор с обмоткой возбуждения магнитного потока;
• подвижная часть (ротор) с обмоткой самовозбуждения, вал которой приводится в движение воздействием постороннего усилия;
• узел коммутации, служащий для снятия электричества с движущегося ротора с помощью графитовых токосъемных контактов.

Основополагающими составляющими генератора переменного тока, вне зависимости от количества потребленного топлива и мощности двигателя являются ротор и статор. Первый создает магнитное поле, а второй его генерирует.

В отличии от синхронных генераторов, имеющих сложную конструкцию и меньшую продуктивность, асинхронный аналог обладает целым перечнем весомых преимуществ:

1. Более высоким КПД, потери в 2 раза ниже, чем у синхронных генераторов.
2. Простота корпуса не снижает его функциональности. Он надежно защищает статор и ротор от попадания влаги и отработанного масла, чем увеличивает межремонтный период.
3. Устойчив к перепадам напряжения, кроме того установленный на выходе выпрямитель предохраняет электроприборы от поломки.
4. Возможно подавать питание на приборы повышенной чувствительности, имеющие омическую нагрузку.
5. Долговечны. Срок службы исчисляется десятками лет.

Основными составляющими электрогенератора являются система катушек и система электромагнитов (или другая магнитная система).

Принцип работы электрогенератора заключается в преобразовании вращательной механической энергии в электрическую.

Система магнитов создает магнитное поле, а система катушек вращается в нем, превращая его в поле электрическое.

Кроме того, система генератора включает систему отвода напряжения, связывающую сам генератор с приборами потребления тока.

Одним из самых простых способов является использование асинхронного генератора.

Для создания электрогенератора нам понадобится два основных элемента: асинхронный генератор и 2-х цилиндровый двигатель, работающий на бензине.

Бензиновый двигатель должен иметь воздушное охлаждение, 8 лошадиных сил и скорость 3000 оборотов в минуту.

Асинхронным генератором выступит обыкновенный электрический двигатель с мощностью до 15 кВт и скоростью от 750 до 1500 оборотов в минуту.

Частота вращения асинхронника для нормальной работы должна быть выше синхронного количества оборотов используемого электрического двигателя на 10 процентов.

Поэтому асинхронный двигатель нужно раскрутить до оборотов на 5-10 процентов выше номинальных. Как же это можно сделать?

Поступаем следующим образом: включаем электродвигатель в сеть, после чего замеряем тахометром частоту вращения в холостом режиме.

Необходимо рассчитать ременную передачу от двигателя к генератору. Сделать это нужно так, чтобы обеспечивалось в определенной степени повышенное число оборотов генератора.

Что имеется в виду? Рассмотрим на примере двигателя, у которого номинальная частота вращения составляет 900 оборотов в минуту.

Такой двигатель при работе в холостом режиме будет выдавать 1230 оборотов в минуту.

Таким образом, в случае с приведенными данными, ременная передача должна быть рассчитана на обеспечение частоты вращения генератора, и равняться 1353 оборотам в минуту.

Обмотки нашего асинхронника соединяются «звездой». Они вырабатывают трехфазное напряжение, мощностью 380 В.

Чтобы поддерживать в асинхроннике номинальное напряжение, нужно верно подобрать емкость конденсаторов между фазами.

Емкости, их всего три, являются одинаковыми.

При работе рекомендуется проверять нагрев генератора на ощупь, чтобы не допускать перегрева.

Если ощущается нагрев, это означает, что подключенная емкость слишком велика.

Чтобы подобрать необходимую емкость для каждой фазы, можно воспользоваться следующими данными, исходя из мощности генератора:

• 2 кВт – емкость 60 мкФ
• 3,5 кВт – емкость 100 мкФ
• 5 кВт – 138 мкФ
• 7 кВт – 182 мкФ
• 10 кВт – 245 мкФ
• 15 кВт – 342 мкФ

Для работы можно применять конденсаторы с рабочим напряжением минимум 400 В. Когда вы выключаете генератор, на его конденсаторах остается электрический заряд.

Очевидно, что это означает определенную степень опасности проводимых работ. Во избежание поражения электрическим током обязательно нужно предпринимать меры предосторожности.

Электрогенератор позволяет работать с ручным электроинструментом.

Для этого Вам понадобится трансформатор с 380 В на 220 В. При подключении 3-х фазного двигателя к электростанции может выйти так, что генератор с первого раза не сможет его запустить.

Это не страшно – достаточно сделать серию кратковременных включений двигателя.

Их нужно производить до тех пор, пока двигатель не наберет обороты.

Другой вариант – его можно раскрутить вручную.

Второй вариант самостоятельно сделать электрогенератор 220380 В – это использовать в качестве базы мотоблок.

Мотоблок очень широко используется для вспашки и уборки дачных участков – но это далеко не предел вариантов его полезного использования.

Как оказалось, и было подтверждено опытом огромного количества людей, он помогает решить проблему с электричеством в домах и пристройках, куда оно не подведено.

Нам понадобится мотоблок и асинхронный электродвигатель, частота оборотов которого будет составлять от 800 до 1600 оборотов в минуту, а мощность – до 15 кВт.

Двигатель мотоблока и асинхронник необходимо связать. Это делается путем использования 2-х шкивов и приводного ремня.

Важен диаметр шкивов. А именно, он должен быть таковым, чтобы обеспечивать превышение частоты вращения генератора на 10-15% от номинального значения оборотов в электродвигателе.

Далее соединяем в виде звезды обмотки двигателя.

Параллельно к каждой паре обмоток включаем конденсаторы. Таким образом, они будут образовывать треугольник.

Напряжение необходимо снимать между концом обмотки и ее средней точкой. В результате, получаем напряжение в 380 В – между обмотками, и напряжение в 220 В – между серединой и концом обмотки.

После этого нужно подобрать конденсаторы, которые будут обеспечивать правильность режима запуска и работы электрогенератора.

Помним, что всем трем генераторам присуща одинаковая емкость.

Соотношение между мощностью генератора и требуемой емкостью следующее:

• 2 кВт – емкость 60 мкФ
• 3,5 кВт – емкость 100 мкФ
• 5 кВт – 140 мкФ
• 7 кВт – 180 мкФ
• 10 кВт – 250 мкФ
• 15 кВт – 350 мкФ

Возможно, вам будет достаточно использовать всего один конденсатор для требуемых нагрузок. Прочие условия нужно подбирать на практике самостоятельно.

Электрогенератор, сделанный своими руками, можно использовать, в том числе, для отопления частного дома или дачи.

В таком случае, вам понадобится более мощный бензиновый двигатель, например, от легкового автомобиля, который можно купить на разборке.

Подключение электрогенератора к частному дому, как произвести?

1. отключите в доме электросеть;
2. запустите и прогрейте электрогенератор;
3. подключите электрогенератор к сети;
4. следите за появлением нормальной электросети;
5. отсоедините электрогенератор от резервной сети и заглушите его (перед этим выключите в доме все работающие электроприборы).

Будьте внимательны: если произвести эти действия в неправильном порядке, может возникнуть встречное включение электрогенератора, от чего произойдет поломка.

Выбор электрогенератора для дома

Для определения того, какой мощностью генератор вам следует выбрать, необходимо оценить весь активный вид нагрузок.

Здесь учитываются все лампочки, электрочайник, СВЧ, обогреватели, электроинструмент. То есть все приборы, которые вы планируете использовать.

К примеру, если вы собираетесь использовать пару-тройку приборов и еще несколько лампочек, вам следует сложить общую мощность потребляемой ими энергии.

Так, для ситуации, когда вам нужно заставить светить 6 лампочек мощностью 100 Вт, работать масляный обогреватель мощностью 1,5 киловатт и СВЧ-печь той же мощностью, расчет выглядит следующим образом: 1,5х2 + 600 (100 Вт на 6 ламп) = 3,6 киловатт.

Именно такая мощность (либо чуть больше) генератора вам потребуется.

А также вы можете посмотреть видео электрогенератор своими руками

Подготовка материала и сборка

Покупка асинхронного двигателя грозит большой потерей финансов, а для самостоятельной сборки могут понадобиться минимальные навыки в электрике, детали и инструменты. Но если принято решение сделать генератор переменного тока 220 В своими руками, то к этому необходимо подготовиться:

1. Для нормальной работы генератора скорость вращения ротора должна быть больше чем обороты двигателя. Поэтому нужно отключить двигатель к сети и вычислить скорость вращения ротора, для этого можно использовать тахометр.
2. Вычислить рабочую частоту оборотов будущего генератора. К примеру: обороты двигателя — 1200 об/мин, а рабочие обороты генератора будут — 1320 об/мин. Такое значение можно вычислить, добавив к оборотам двигателя 10% показателя тахометра;
3. Для функционирования асинхронного двигателя необходимы конденсаторы одинаковой емкости для подключения между фазами.
4. Емкость конденсаторов не должна быть сильно завышенной, иначе неизбежен сильный перегрев генератора.
5. Конденсаторы должны быть изолированы и обеспечивать высчитанную скорость вращения ротора генератора.

Такое простое устройство уже можно использовать в качестве источника электроэнергии, но так как устройством производится высокое напряжение, то его лучше применять с понижающим трансформатором.

Генератор на магнитах

А почему магнитное поле нужно обязательно создавать с помощью электрического тока? Ведь есть же мощные его источники – неодимовые магниты.
Для переделки асинхронного двигателя в генератор потребуются цилиндрические неодимовые магниты, которые будут установлены на место штатных проводников обмотки ротора. Сначала нужно подсчитать необходимое количество магнитов. Для этого извлекают ротор из переделываемого в генератор двигателя. На нем четко видны места, в которых уложена обмотка «беличьего колеса». Размеры (диаметр) магнитов выбирается таким, чтобы при установке строго по центру проводников короткозамкнутой обмотки они не соприкасались с магнитами следующего ряда. Между рядами должен остаться зазор не менее, чем диаметр применяемого магнита.
Определившись с диаметром, вычисляют, сколько магнитов поместится по длине проводника обмотки от одного края ротора до другого. Между ними при этом оставляют зазор не менее одного – двух миллиметров. Умножая количество магнитов в ряду, на число рядов (проводников обмотки ротора), получают требуемое их количество. Высоту магнитов не стоит выбирать очень большой.
Для установки магнитов на ротор асинхронного электродвигателя его потребуется доработать: снять на токарном станке слой металла на глубину, соответствующую высоте магнита. При этом ротор обязательно нужно тщательно отцентровать в станке, чтобы не сбить его балансировку. Иначе у него появится смещение центра масс, которое приведет к биению в работе.

Затем приступают к установке магнитов на поверхность ротора. Для фиксации используют клей. У любого магнита есть два полюса, условно называемые северным и южным. В пределах одного ряда полюса, расположенные в сторону от ротора, должны быть одинаковыми. Чтобы не ошибиться в установке, магниты сначала сцепляют между собой в гирлянду. Они сцепятся строго определенным образом, так как притягиваются они друг к другу только разноименными полюсами. Теперь остается только отметить одноименные полюса маркером.
В каждом последующем ряду полюс, находящийся снаружи, изменяется. То есть, если вы выложили ряд магнитов с отмеченным маркером полюсом, расположенным наружу от ротора, то следующий выкладывается магнитами, развернутыми наоборот. И так далее.
После приклеивания магнитов их нужно зафиксировать эпоксидной смолой, Для этого вокруг получившийся конструкции из картона или плотной бумаги делают шаблон, в который зальется смола. Бумагу оборачивают вокруг ротора, обматывают скотчем или изолентой. Одну из торцевых частей замазывают пластилином или также заклеивают. Затем устанавливают ротор вертикально и заливают в полость между бумагой и металлом эпоксидную смолу. После ее отвердевания приспособления удаляют.
Теперь снова зажимаем ротор в токарный станок, центруем, и шлифуем поверхность, залитую эпоксидкой. Это необходимо не из эстетических соображений, а для минимизации влияния возможной разбалансировки, образовавшейся из-за дополнительных деталей, установленных на ротор.
Шлифовку производят сначала крупнозернистой наждачной бумагой. Ее крепят на деревянном бруске, который затем равномерно перемещают по вращающейся поверхности. Затем можно применить наждачную бумагу с более мелким зерном.

Теперь готовый ротор можно вставить обратно в статор и испытать получившуюся конструкцию. Она может быть с успехом использована теми, кто хочет сделать, например, ветрогенератор из асинхронного двигателя. Есть только один недостаток: стоимость неодимовых магнитов очень велика. Поэтому, прежде чем начать переделывать ротор и тратить деньги на запчасти, следует подсчитать, какой вариант экономически более выгоден: сделать генератор из асинхронного двигателя или приобрести готовый.

Выводы

Сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками несложно. Самое главное – это решить, какой привод планируете использовать. Если это обычный бензиновый двигатель, то проблем никаких не возникнет. Большие трудности возникнут в случае, если в качестве привода вы будете использовать ветряную мельницу. Причина – обороты двигателя, равно как и выходное напряжение, напрямую зависят от силы ветра, его скорости. Поэтому такие генераторы необходимо рассчитывать таким образом, чтобы даже при минимальных оборотах вырабатывалось номинальное напряжение. Но на выходе желательно иметь не более 12 Вольт. Это окажется более простым решением.