DIY Generator von einem Induktionsmotor. Asynchroner Elektromotor als Generator Kann ein Elektromotor Elektrizität erzeugen?

Der Wunsch, einen elektrischen Generator in Betrieb zu haben, wird durch ein Ärgernis getrübt - das ist hohe Stückkosten. Sagen Sie, was Sie mögen, aber die Modelle mit der geringsten Leistung kosten ziemlich viel - ab 15.000 Rubel und mehr. Es ist diese Tatsache, die zur Idee der Schaffung eines Generators mit Ihren eigenen Händen führt. Jedoch selbst der Prozess kann schwierig seinwenn:

• keine Kenntnisse im Umgang mit Werkzeugen und Schaltkreisen;
• keine Erfahrung in der Erstellung solcher Geräte;
• die notwendigen teile und ersatzteile sind nicht vorhanden.

Wenn all dies und ein großes Verlangen vorhanden sind, dann sie können versuchen, einen Generator zusammenzubauenorientiert sich an der Montageanleitung und der beigefügten Zeichnung.

Es ist kein Geheimnis, dass der gekaufte Generator über eine erweiterte Liste von Merkmalen und Funktionen verfügt, während ein selbst hergestelltes Produkt in den ungünstigsten Momenten ausfallen kann. Kaufen oder Selbermachen ist daher eine rein individuelle Angelegenheit, die einen verantwortungsvollen Umgang erfordert.

Wie funktioniert ein elektrischer Generator?

Das Funktionsprinzip des elektrischen Generators basiert auf dem physikalischen Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Ein Leiter, der durch ein künstlich erzeugtes elektromagnetisches Feld geführt wird, erzeugt einen Impuls, der in Gleichstrom umgewandelt wird.

Der Generator verfügt über einen Motor, der durch Verbrennen einer bestimmten Art von Kraftstoff in seinen Abteilen Elektrizität erzeugen kann. In die Brennkammer eintretender Kraftstoff erzeugt während des Verbrennungsprozesses wiederum Gas, das die Kurbelwelle dreht. Dieser überträgt den Impuls auf die Abtriebswelle, die am Abtrieb bereits eine gewisse Energie bereitstellen kann.

Um das Problem der begrenzten fossilen Brennstoffe zu lösen, arbeiten Forscher auf der ganzen Welt an der Schaffung und Umsetzung alternativer Energiequellen. Dabei geht es nicht nur um alle bekannten Windmühlen und Sonnenkollektoren. Gas und Öl können durch Energie aus Algen, Vulkanen und menschlichen Schritten ersetzt werden. Recycle hat die zehn interessantesten und umweltfreundlichsten Energiequellen der Zukunft ausgewählt.

Drehkreuz-Joule

Tausende von Menschen passieren täglich die Drehkreuze am Eingang zu den Bahnhöfen. Unmittelbar in mehreren Forschungszentren auf der ganzen Welt entstand die Idee, den Fluss der Menschen als innovativen Energieerzeuger zu nutzen. Das japanische Unternehmen East Japan Railway Company hat beschlossen, jedes Drehkreuz an den Bahnhöfen mit Generatoren auszustatten. Die Installation arbeitet an einem Bahnhof im Stadtteil Shibuya in Tokio: Unter den Drehkreuzen sind piezoelektrische Elemente in den Boden eingebaut, die aus dem Druck und den Vibrationen, die sie beim Betreten von Drehkreuzen erzeugen, Strom erzeugen.

Eine andere Technologie von Energiedrehkreuzen wird bereits in China und in den Niederlanden eingesetzt. In diesen Ländern beschlossen die Ingenieure, nicht auf die piezoelektrischen Elemente zu drücken, sondern auf die Drehkreuzgriffe oder Drehkreuztüren zu drücken. Das Konzept der niederländischen Firma Boon Edam sieht vor, die Standardtüren am Eingang von Einkaufszentren (die normalerweise mit einer Fotozelle arbeiten und sich selbst zu drehen beginnen) durch Türen zu ersetzen, die der Besucher schieben und so Strom erzeugen muss.

Im niederländischen Zentrum Natuurcafe La Port sind solche Generatortüren bereits aufgetaucht. Jeder von ihnen produziert rund 4600 Kilowattstunden Energie pro Jahr, was auf den ersten Blick unbedeutend erscheinen mag, aber ein gutes Beispiel für eine alternative Technologie zur Stromerzeugung darstellt.

Der Artikel beschreibt den Aufbau eines dreiphasigen (einphasigen) 220/380 V-Generators auf der Basis eines Asynchron-Wechselstrommotors. Drehstrom-Asynchronmotor, erfunden Ende des 19. Jahrhunderts vom russischen Wissenschaftler-Elektriker M.O. Dolivo-Dobrovolsky hat inzwischen eine vorherrschende Verbreitung in der Industrie, in der Landwirtschaft und im täglichen Leben erhalten.

Asynchrone Elektromotoren sind die einfachsten und zuverlässigsten im Betrieb. Daher sollten in allen Fällen, in denen dies unter den Bedingungen des elektrischen Antriebs zulässig ist und keine Blindleistungskompensation erforderlich ist, Asynchron-Wechselstrommotoren verwendet werden.

Es gibt zwei Haupttypen von Induktionsmotoren: käfigläufer  und mit phase  Rotor. Asynchroner Käfigläufermotor besteht aus einem festen Teil - einem Stator und einem beweglichen Teil - einem Rotor, der sich in Lagern dreht, die in zwei Motorabschirmungen montiert sind. Der Stator- und der Rotorkern bestehen aus getrennten, voneinander getrennten Blechen aus Elektrostahl. In die Nuten des Statorkerns ist eine Wicklung aus einem isolierten Draht eingelegt. Eine Kernwicklung wird in die Nuten des Rotorkerns gelegt oder geschmolzenes Aluminium wird gegossen. Die Überbrückungsringe schließen die Rotorwicklung an den Enden kurz (daher der Name - kurzgeschlossen). Anders als beim Käfigläufer ist in den Nuten des Phasenläufers eine Wicklung nach Art der Ständerwicklung angeordnet. Die Enden der Wicklung führen zu den auf der Welle montierten Kontaktringen. Bürsten gleiten an den Ringen entlang und verbinden die Wicklung mit dem Start- oder Einstellregler.

Asynchronmotoren mit Phasenrotor sind teurere Geräte, erfordern qualifizierten Service, sind weniger zuverlässig und werden daher nur in solchen Branchen eingesetzt, auf die nicht verzichtet werden kann. Aus diesem Grund sind sie nicht weit verbreitet, und wir werden sie in Zukunft nicht mehr berücksichtigen.

Durch die im Drehstromkreis enthaltene Statorwicklung fließt ein Strom, der ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Magnetische Kraftlinien eines rotierenden Statorfeldes kreuzen die Stäbe der Rotorwicklung und induzieren eine elektromotorische Kraft (EMK) in sie hinein. Unter dem Einfluss dieser EMK fließt Strom in kurzgeschlossenen Rotorstangen. Um die Stäbe herum entstehen Magnetflüsse, die ein gemeinsames Magnetfeld des Rotors erzeugen, das in Wechselwirkung mit dem rotierenden Magnetfeld des Stators eine Kraft erzeugt, die bewirkt, dass sich der Rotor in der Drehrichtung des Magnetfelds des Stators dreht.

Die Rotordrehzahl ist geringfügig kleiner als die Drehfrequenz des von der Statorwicklung erzeugten Magnetfeldes. Dieser Indikator ist durch Schlupf S gekennzeichnet und liegt bei den meisten Motoren im Bereich von 2 bis 10%.

In Industrieanlagen am häufigsten verwendet drehstrom-Asynchronmotorendie in Form von einheitlichen Serien ausgegeben werden. Dazu gehört eine einzelne 4A-Serie mit einem Nennleistungsbereich von 0,06 bis 400 kW, deren Maschinen äußerst zuverlässig sind, eine gute Leistung aufweisen und internationalen Standards entsprechen.

Autonome Asynchrongeneratoren sind Dreiphasenmaschinen, die die mechanische Energie eines Primärmotors in elektrische Energie von Wechselstrom umwandeln. Ihr unbestreitbarer Vorteil gegenüber anderen Generatortypen ist das Fehlen eines Kollektor-Bürsten-Mechanismus und infolgedessen eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

Asynchroner Elektromotor im Generatorbetrieb

Wird der vom Netz getrennte Asynchronmotor von einem Primärmotor in Rotation versetzt, so bildet sich nach dem Prinzip der Umkehrbarkeit von Elektromaschinen bei Erreichen der Synchrondrehzahl an den Klemmen der Statorwicklung unter dem Einfluss des Restmagnetfeldes eine gewisse EMK. Wenn eine Kondensatorbank C mit den Anschlüssen der Statorwicklung verbunden ist, fließt der führende kapazitive Strom in den Statorwicklungen, die in diesem Fall magnetisieren.

Die Batteriekapazität C muss in Abhängigkeit von den Parametern des autonomen Asynchrongenerators einen bestimmten kritischen Wert C0 überschreiten: Nur in diesem Fall regt sich der Generator selbst an und an den Statorwicklungen ist ein dreiphasiges symmetrisches Spannungsnetz installiert. Der Spannungswert hängt letztendlich von den Eigenschaften der Maschine und der Kapazität der Kondensatoren ab. Somit kann ein Asynchron-Käfigläufermotor in einen Asynchron-Generator verwandelt werden.

Das Standardschema zum Einschalten eines Asynchronmotors als Generator.

Sie können die Kapazität so wählen, dass die Nennspannung und die Leistung des Asynchrongenerators der Spannung bzw. Leistung entsprechen, wenn er als Elektromotor verwendet wird.

Tabelle 1 zeigt die Kapazität der Kondensatoren für die Erregung von Asynchrongeneratoren (U \u003d 380 V, 750 ... .1500 U / min). Hier wird die Blindleistung Q durch die Formel bestimmt:

Q \u003d 0,314 · U & sub2; · C · 10 & supmin; & sup6 ;,

wobei C die Kapazität der Kondensatoren ist, Mikrofarad.

Wie aus den obigen Daten ersichtlich ist, bewirkt die induktive Belastung des Asynchrongenerators, die den Leistungsfaktor verringert, eine starke Erhöhung der erforderlichen Kapazität. Um die Spannung mit zunehmender Last konstant zu halten, ist es erforderlich, die Kapazität der Kondensatoren zu erhöhen, dh zusätzliche Kondensatoren anzuschließen. Dieser Umstand ist als Nachteil des Asynchrongenerators anzusehen.

Die Drehzahl des Asynchrongenerators im Normalbetrieb sollte um den Schlupfbetrag S \u003d 2 ... 10% über der Asynchronen liegen und der Synchronfrequenz entsprechen. Die Nichterfüllung dieser Bedingung führt dazu, dass die Frequenz der erzeugten Spannung von der industriellen Frequenz von 50 Hz abweichen kann, was zu einem instabilen Betrieb frequenzabhängiger Stromverbraucher führt: elektrische Pumpen, Waschmaschinen, Geräte mit Transformator-Eingang.

Ein Absinken der erzeugten Frequenz ist besonders gefährlich, da in diesem Fall der induktive Widerstand der Wicklungen von Elektromotoren und Transformatoren abnimmt, was zu einer stärkeren Erwärmung und einem vorzeitigen Ausfall führen kann.

Als Asynchrongenerator kann ein herkömmlicher Asynchron-Käfigläufermotor mit entsprechender Leistung ohne Änderungen verwendet werden. Die Leistung des Elektromotor-Generators wird durch die Leistung der angeschlossenen Geräte bestimmt. Die energieintensivsten von ihnen sind:

• schweißtransformatoren für den Haushalt;
• motorsägen, Elektroschüttler, Getreidebrecher (Leistung 0,3 ... 3 kW);
• elektroöfen vom Typ "Rossiyanka", "Dream" mit einer Leistung von bis zu 2 kW;
• bügeleisen (Leistung 850 ... 1000 W).

Ich möchte mich besonders auf den Betrieb von Haushaltsschweißtransformatoren konzentrieren. Ihr Anschluss an eine autonome Elektrizitätsquelle ist deshalb am wünschenswertesten Wenn sie von einem industriellen Netzwerk aus arbeiten, verursachen sie eine Reihe von Unannehmlichkeiten für andere Stromverbraucher.

Wenn ein Haushaltsschweißtransformator für den Betrieb mit Elektroden mit einem Durchmesser von 2 ... 3 mm ausgelegt ist, beträgt seine Scheinleistung ungefähr 4 ... 6 kW, die Leistung eines Asynchrongenerators für die Stromversorgung sollte zwischen 5 ... 7 kW liegen. Ermöglicht ein Haushaltsschweißtransformator den Betrieb mit Elektroden mit einem Durchmesser von 4 mm, so muss im schwierigsten Fall - dem „Schneiden“ des Metalls - die von ihm aufgenommene Gesamtleistung 10 ... 12 kW bzw. die Leistung des Asynchrongenerators zwischen 11 ... 13 kW liegen.

Als dreiphasige Kondensatorbatterie empfiehlt es sich, sogenannte Blindleistungskompensatoren zur Verbesserung des cosφ in industriellen Beleuchtungsnetzen einzusetzen. Ihre Typenbezeichnung: KM1-0,22-4,5-3U3 oder KM2-0,22-9-3U3, die wie folgt entschlüsselt wird. KM - Mit Mineralöl imprägnierte Cosinus-Kondensatoren, erste Maßzahl (1 oder 2), dann Spannung (0,22 kV), Leistung (4,5 oder 9 kVar), dann Zahl 3 oder 2 bedeutet dreiphasige oder einphasige Ausführung, U3 (gemäßigtes Klima der dritten Kategorie).

Im Falle einer unabhängigen Herstellung der Batterie sollten Kondensatoren wie MBGO, MBGP, MBGT, K-42-4 und andere für eine Betriebsspannung von mindestens 600 V verwendet werden. Elektrolytkondensatoren können nicht verwendet werden.

Die obige Möglichkeit, einen Drehstrommotor als Generator anzuschließen, ist klassisch, aber nicht die einzige. Es gibt auch andere Methoden, die sich in der Praxis bewährt haben. Zum Beispiel, wenn eine Kondensatorbank mit einer oder zwei Wicklungen eines Elektromotor-Generators verbunden ist.

Zweiphasenbetrieb des Asynchrongenerators.

  Fig. 2 Zweiphasenbetrieb eines Asynchrongenerators.

Eine solche Schaltung sollte verwendet werden, wenn keine dreiphasige Spannung benötigt wird. Diese Einschlussoption verringert die Arbeitsleistung der Kondensatoren, verringert die Belastung des primären mechanischen Motors im Leerlauf usw. spart "kostbaren" Treibstoff.

Als Stromerzeuger mit geringer Leistung, die eine einphasige Wechselspannung von 220 V erzeugen, können einphasige Asynchron-Käfigläufermotoren für den Hausgebrauch verwendet werden: von Waschmaschinen wie "Oka", "Volga", Bewässerungspumpen "Agidel", "BCN" usw. Sie können eine Kondensatorbank aufweisen Parallel zur Arbeitswicklung schalten oder einen vorhandenen Phasenschieberkondensator verwenden, der an die Anlaufwicklung angeschlossen ist. Die Kapazität dieses Kondensators muss möglicherweise geringfügig erhöht werden. Sein Wert wird durch die Art der an den Generator angeschlossenen Last bestimmt: Für eine aktive Last (Elektroofen, Glühbirnen, elektrische Lötkolben) ist eine geringe Kapazität erforderlich, induktiv (Elektromotoren, Fernseher, Kühlschränke) - mehr.

  Abb. 3 Stromsparender Generator aus einem einphasigen Asynchronmotor.

Nun ein paar Worte über den primären mechanischen Motor, der den Generator in Rotation versetzt. Wie Sie wissen, ist jede Umwandlung von Energie mit unvermeidlichen Verlusten verbunden. Ihr Wert wird durch die Effizienz des Geräts bestimmt. Daher muss die Leistung eines mechanischen Motors die Leistung eines Asynchrongenerators um 50 ... 100% übersteigen. Beispielsweise sollte bei einer Asynchrongeneratorleistung von 5 kW die Leistung eines mechanischen Motors 7,5 ... 10 kW betragen. Unter Verwendung des Getriebemechanismus wird eine Koordination der Umdrehungen des mechanischen Motors und des Generators erreicht, so dass der Betriebsmodus des Generators auf die durchschnittlichen Umdrehungen des mechanischen Motors eingestellt wird. Bei Bedarf können Sie die Leistung des Generators kurzzeitig erhöhen und so die Drehzahl des mechanischen Motors erhöhen.

Jedes autonome Kraftwerk muss das erforderliche Minimum an Anbaugeräten enthalten: einen Wechselspannungsmesser (mit einer Skala von bis zu 500 V), einen Frequenzmesser (vorzugsweise) und drei Schalter. Ein Schalter verbindet die Last mit dem Generator, die beiden anderen schalten den Erregerkreis. Das Vorhandensein von Schaltern im Erregerkreis erleichtert das Starten des mechanischen Motors und ermöglicht es Ihnen, die Temperatur der Generatorwicklungen nach Beendigung der Arbeit schnell zu senken - der Rotor des nicht erregten Generators wird für einige Zeit vom mechanischen Motor gedreht. Diese Vorgehensweise verlängert die Lebensdauer der Generatorwicklungen.

Wenn ein Generator verwendet wird, der Geräte mit Strom versorgen soll, die normalerweise an ein Wechselstromnetz angeschlossen sind (z. B. Wohngebäudebeleuchtung, elektrische Haushaltsgeräte), muss ein Zweiphasenschalter vorgesehen werden, der diese Geräte während des Betriebs des Generators vom Industrienetz trennt. Es ist notwendig, beide Drähte zu trennen: "Phase" und "Null".

Abschließend noch ein paar allgemeine Tipps.

1.   Die Lichtmaschine ist ein gefährliches Gerät. Verwenden Sie eine Spannung von 380 V nur im Notfall, in allen anderen Fällen eine Spannung von 220 V.

2.   Aus Sicherheitsgründen muss der Generator geerdet sein.

3.   Achten Sie auf den thermischen Modus des Generators. Er "mag es nicht" im Leerlauf. Es ist möglich, die Wärmebelastung durch sorgfältigere Auswahl der Kapazität der Erregerkondensatoren zu verringern.

4.   Machen Sie keine Fehler mit der Leistung des vom Generator erzeugten elektrischen Stroms. Wenn eine Phase während des Betriebs eines Dreiphasengenerators verwendet wird, beträgt seine Leistung 1/3 der Gesamtleistung des Generators, wenn zwei Phasen - 2/3 der Gesamtleistung des Generators.

5.   Die Frequenz des vom Generator erzeugten Wechselstroms kann indirekt durch die Ausgangsspannung gesteuert werden, die im "Leerlauf" -Modus 4 ... 6% höher sein sollte als der industrielle Wert 220/380 V.