Електродвигун в якості генератора

Асинхронний електродвигун в якості генератора

У статті розказано про те, як побудувати трифазний (однофазний) генератор 220/380 В на базі асинхронного електродвигуна змінного струму.

Трифазний асинхронний електродвигун, винайдений в кінці 19-го століття українським вченим-іелектротехніком М.О. Доливо-Добровольським, отримав в даний час переважне поширення і в промисловості, і в сільському господарстві, а також у побуті. Асинхронні електродвигуни-найпростіші і надійні в експлуатації. Тому у всіх випадках, коли це допускається умовами електроприводу і немає необхідності в компенсації реактивної потужності, слід застосовувати асинхронні електродвигуни змінного струму.
Розрізняють два основних види асинхронних двигунів: з короткозамкненим ротором і з фазним ротором. Асинхронний короткозамкнений електродвигун складається з нерухомої частини - статора і рухомої частини - ротора, що обертається в підшипниках, укріплених в двох щитах двигуна. Сердечники статора і ротора набрані з окремих ізольованих один від іншого листів електротехнічної сталі. У пази сердечника статора покладена обмотка, виконана з ізольованого проводу. У пази сердечника ротора укладають стрижневу обмотку або заливають розплавлений алюміній. Кільця-перемички накоротко замикають обмотку ротора по кінцях (звідси і назва - короткозамкнений). На відміну від короткозамкнутого ротора, в пазах фазного ротора розміщують обмотку, виконану за типом обмотки статора. Кінці обмотки підводять до контактних кілець, укріпленим на валу. По кільцях ковзають щітки, поєднуючи обмотку з пусковим або регулювальним реостатом. Асинхронні електродвигуни з фазним ротором є більш дорогими пристроями, вимагають кваліфікованого обслуговування, менш надійні, а тому застосовуються тільки в тих галузях виробництва, в яких без них обійтися не можна. З цієї причини вони мало поширені, і ми їх надалі розглядати не будемо.

Асинхронний електродвигун, генератор з електродвигуна, двофазний режим, малопотужний генератор, електродвигун в якості генератора, електродвигун змінного струму

За обмотці статора, включеної в трифазну ланцюг, протікає струм, що створює вращающее магнітне поле. Магнітні силові лінії обертового поля статора перетинають стрижні обмотки ротора і індукують в них електрорушійну силу (ЕРС). Під дією цієї ЕРС в замкнутих накоротко стрижнях ротора протікає струм. Навколо стрижнів виникають магнітні потоки, що створюють загальне магнітне поле ротора, яке, взаємодіючи з обертовим магнітним полем статора, створює зусилля, що змушує ротор обертатися в напрямку обертання магнітного поля статора. Частота обертання ротора дещо менше частоти обертання магнітного поля, створюваного обмоткою статора. Цей показник характеризується ковзанням S і перебувати для більшості двигунів в межах від 2 до 10%.

У промислових установках найбільш часто використовуються трифазні асинхронні електродвигуни, які випускають у вигляді уніфікованих серій. До них відноситься єдина серія 4А з діапазоном номінальної потужності від 0,06 до 400 кВт, машини якої відрізняються великою надійністю, хорошими експлуатаційними якостями і відповідають рівню світових стандартів.

Автономні асинхронні генератори - трифазні машини, що перетворюють механічну енергію первинного двигуна в електричну енергію змінного струму. Їх безсумнівним гідністю перед іншими видами генераторів є відсутність колекторно-щіткового механізму і, як наслідок цього, велика довговічність і надійність. Якщо відключений від мережі асинхронний двигун привести в обертання від будь-якого первинного двигуна, то відповідно до принципу оборотності електричних машин при досягненні синхронної частоти обертання, на затискачах обмотки статора під дією залишкового магнітного поля утворюється деяка ЕРС. Якщо тепер до затискачів обмотки статора підключити батарею конденсаторів З, то в обмотках статора потече випереджаюче ємнісний струм, який є в даному випадку намагнічує. Ємність батареї С повинна перевищувати деяке критичне значення С0. залежне від параметрів автономного асинхронного генератора: тільки в цьому випадку відбувається самозбудження генератора і на обмотках статора встановлюється трифазна симетрична система напруг. Значення напруги залежить, в кінцевому рахунку, від характеристики машини і ємності конденсаторів. Таким чином, асинхронний короткозамкнений електродвигун може бути перетворений в асинхронний генератор.

Рис.1 Стандартна схема включення асинхронного електродвигуна як генератора.

Можна підібрати ємність так, щоб номінальну напругу і потужність асинхронного генератора дорівнювали відповідно напрузі і потужності при роботі його в якості електродвигуна.
У таблиці 1 наведені ємності конденсаторів для збудження асинхронних генераторів (U = 380 В, 750 ... .1500 об / хв). Тут реактивна потужність Q визначена за формулою:

Q = 0,314 · U 2 · C · 10 -6,

де С - ємність конденсаторів, мкФ.
Таблиця 1

Як видно з наведених даних, індуктивне навантаження на асинхронний генератор, що знижує коефіцієнт потужності, викликає різке збільшення потрібної ємності. Для підтримки напруги постійним зі збільшенням навантаження необхідно збільшувати і ємність конденсаторів, тобто підключати додаткові конденсатори. Цю обставину необхідно розглядати як недолік асинхронного генератора.
Частота обертання асинхронного генератора в нормальному режимі повинна перевищувати асинхронну на величину ковзання S = 2 ... 10%, і відповідати синхронної частоті. Невиконання цієї умови призведе до того, що частота напруги, що генерується може відрізнятися від промислової частоти 50 Гц, що призведе до нестійкої роботи частота-залежних споживачів електроенергії: електронасосів, пральних машин, пристроїв з трансформаторних входом. Особливо небезпечно зниження частоти, що генерується, так як в цьому випадку знижується індуктивний опір обмоток електродвигунів, трансформаторів, що може стати причиною їх підвищеного нагріву і передчасного виходу з ладу. Як асинхронного генератора може бути використаний звичайний асинхронний короткозамкнений електродвигун відповідної потужності без будь-яких переробок. Потужність електродвигуна - генератора визначається потужністю пристроїв, що підключаються. Найбільш енергоємними з них є:

· Побутові зварювальні трансформатори;
· Електропили, електрофуганкі, зернодробилки (потужність 0,3 ... 3 кВт);
· Електропечі типу "украінцевка", "Мрія" потужністю до 2 кВт;
· Електропраски (потужність 850 ... 1000 Вт).

Рис.2 Двофазний режим асинхронного генератора.

Таку схему слід використовувати тоді, коли немає необхідності в отриманні трифазного напруги. Цей варіант включення зменшує робочу ємність конденсаторів, знижує навантаження на первинний механічний двигун в режимі холостого ходу і таким чином економить "дорогоцінний" паливо.
Як малопотужних генераторів, що виробляють змінний однофазну напругу 220 В, можна використовувати однофазні асинхронні електродвигуни побутового призначення: від пральних машин типу "Ока", "Волга", поливальних насосів "Агідель", "БЦН" та ін. У них конденсаторна батарея може підключатися паралельно робочій обмотці, або використовувати вже наявний фазосдвігающій конденсатор, підключений до пускової обмотки. Ємність цього конденсатора, можливо, слід дещо збільшити. Його величина буде визначатися характером навантаження, що підключається до генератора: для активного навантаження (електропечі, лампочки освітлення, електропаяльники) потрібна невелика ємність, індуктивної (електродвигуни, телевізори, холодильники) - більше.

Рис.3 Малопотужний генератор з однофазного асинхронного двигуна.

Тепер кілька слів про первинному механічному двигуні, який буде приводити в обертання генератор. Як відомо, будь-яке перетворення енергії пов'язано з її неминучими втратами. Їх величина визначається ККД пристрою. Тому потужність механічного двигуна повинна перевищувати потужність асинхронного генератора на 50 ... 100%. Наприклад, при потужності асинхронного генератора 5 кВт, потужність механічного двигуна повинна бути 7,5 ... 10 кВт. За допомогою передавального механізму домагаються узгодження оборотів механічного двигуна і генератора так, щоб робочий режим генератора встановлювався на середніх оборотах механічного двигуна. При необхідності, можна швидко збільшити потужність генератора, підвищуючи обороти механічного двигуна.

Кожна автономна електростанція повинна містити необхідний мінімум навісного обладнання: вольтметр змінного струму (зі шкалою до 500 В), частотомір (бажано) і три вимикача. Один вимикач підключає навантаження до генератора, два інших - коммутируют ланцюг збудження. Наявність вимикачів в ланцюзі збудження полегшує запуск механічного двигуна, а також дозволяє швидко знизити температуру обмоток генератора, після закінчення роботи - ротор збудженому генератора ще деякий час обертають від механічного двигуна. Ця процедура продовжує активний термін служби обмоток генератора.

Якщо за допомогою генератора передбачається живити обладнання, яке в звичайному режимі підключається до мережі змінного струму (наприклад, освітлення житлового будинку, побутові електроприлади), то необхідно передбачити двофазний рубильник, який в період роботи генератора буде відключати дане обладнання від промислової мережі. Відключати треба обидва дроти: "фазу" і "нуль".

На закінчення кілька загальних порад.

Генератор змінного струму є пристроєм підвищеної небезпеки. Застосовуйте напруга 380 В тільки в разі крайньої необхідності, у всіх інших випадках користуйтеся напругою 220 В.
За вимогами техніки безпеки електрогенератор необхідно обладнати заземленням.
Зверніть увагу на тепловий режим генератора. Він "не любить" холостого ходу. Знизити теплове навантаження можна більш ретельним підбором ємності збуджуючих конденсаторів.
Не помиліться з потужністю електричного струму, що виробляється генератором. Якщо при роботі трифазного генератора використовується одна фаза, то її потужність буде складати 1/3 загальної потужності генератора, якщо дві фази - 2/3 загальної потужності генератора.
Частоту змінного струму, що виробляється генератором, можна побічно контролювати по вихідній напрузі, яке в режимі "холостого ходу" має на 4 ... 6% перевищувати промислове значення 220/380 В.

Схожі статті

Електродвигуни і генератори

Попередня ◈ Наступна