Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Potreban je izvor energije za napajanje kućanskih aparata i industrijske opreme. Generirajte električnu struju na nekoliko načina. No, do sada najperspektivnije i najisplativije je stvaranje struje električnim strojevima. Najjednostavniji za proizvodnju, jeftin i pouzdan rad bio je asinkroni generator koji generira najveći dio utrošene električne energije.
Korištenje električnih strojeva ovog tipa diktiraju njihove prednosti. Asinkroni električni generatori, za razliku od sinkronih generatora, osiguravaju:
- veći stupanj pouzdanosti;
- dug radni vijek;
- učinkovitost;
- minimalne troškove održavanja.
Ta i druga svojstva asinkronih generatora ugrađena su u njihov dizajn.
Uređaj i princip rada
Glavni radni dijelovi asinhronog generatora su rotor (pokretni dio) i stator (stacionarni). Na slici 1, rotor se nalazi na desnoj strani, a stator na lijevoj strani. Obratite pozornost na rotorski uređaj. Na njemu nisu vidljivi namoti od bakrene žice. Zapravo postoje namoti, ali oni se sastoje od aluminijskih šipki kratkih spojeva na prstenovima koji se nalaze na obje strane. Na fotografiji su štapovi vidljivi kao kosi crte.
Izvedba namota kratkog spoja tvori takozvani "kavez za vjeverice". Prostor unutar ovog kaveza je ispunjen čeličnim pločama. Preciznije, aluminijske šipke se utisnu u žljebove napravljene u jezgri rotora.
Asinkroni stroj čiji je uređaj gore opisan naziva se generator rotora kaveznog kaveza. Svatko tko poznaje dizajn asinkronog motora vjerojatno je uočio sličnost u strukturi tih dvaju strojeva. U stvari, oni se ne razlikuju, budući da su asinkroni generator i kratkospojni elektromotor gotovo identični, s iznimkom dodatnih uzbudnih kondenzatora koji se koriste u generatorskom modu.
Rotor se nalazi na osovini, koja leži na ležajevima, pričvršćena na obje strane pokrova. Cijela konstrukcija zaštićena je metalnim kućištem. Generatori srednje i velike snage zahtijevaju hlađenje, stoga je na vratilo dodatno ugrađen ventilator, a sam kućište je rebrasto (vidi sliku 2).
Načelo djelovanja
Po definiciji, generator je uređaj koji pretvara mehaničku energiju u električnu struju. Nije bitno koja se energija koristi za rotaciju rotora: energija vjetra, potencijalna energija vode ili unutarnja energija koju turbina ili motor s unutarnjim izgaranjem pretvara u mehaničku energiju.
Kao rezultat rotacije rotora, linije magnetskog polja koje formira zaostala magnetizacija čeličnih ploča siječe namotaje statora. EMF se formira u svitcima, koji pri spajanju aktivnih opterećenja dovode do stvaranja struje u njihovim krugovima.
Važno je da sinkrona brzina rotacije osovine lagano (za oko 2 - 10%) premašuje sinkronu frekvenciju izmjenične struje (postavljena brojem polova statora). Drugim riječima, potrebno je osigurati asinkronost (neusklađenost) frekvencije rotacije s količinom klizanja rotora.
Treba napomenuti da će tako dobivena struja biti mala. Za povećanje izlazne snage potrebno je povećati magnetsku indukciju. Postizanje povećane učinkovitosti uređaja spajanjem kondenzatora na priključke statorskih zavojnica.
Slika 3 prikazuje dijagram zavarivanja asinkronog alternatora s kondenzatorskom pobudom (lijeva strana kruga). Imajte na umu da su pobudni kondenzatori povezani trokutastim uzorkom. Desna strana slike je stvarni krug samog aparata za zavarivanje pretvarača.
Postoje i drugi, složeniji krugovi uzbude, na primjer, s upotrebom induktora i kondenzatorske banke. Primjer takve sheme prikazan je na slici 4.
Razlika od sinkronog generatora
Glavna razlika između sinkronog alternatora i asinhronog generatora u konstrukciji rotora. U sinkronom stroju, rotor se sastoji od žičanih namotaja. Za stvaranje magnetske indukcije koristi se neovisni izvor napajanja (često dodatni generator niskog napona koji se nalazi na istoj osi kao i rotor).
Prednost sinkronog generatora je u tome što generira bolju struju i lako se sinkronizira s drugim alternatorima ovog tipa. Međutim, sinkroni alternatori su osjetljiviji na preopterećenja i greške. Oni su skuplji od svojih asinkronih kolega i zahtjevniji za održavanje - potrebno je pratiti stanje četki.
Koeficijent harmonika ili faktor jasnoće asinhronih generatora niži je od koeficijenta sinkronih alternatora. To znači da proizvode gotovo čistu struju. Takve struje rade stabilnije:
- UPS;
- podesivi punjači;
- suvremeni televizijski prijemnici.
Asinkroni generatori osiguravaju siguran start električnih motora koji zahtijevaju visoke početne struje. Prema ovom pokazatelju, oni zapravo nisu inferiorni u odnosu na sinkrone strojeve. Oni imaju manje reaktivnih opterećenja, što pozitivno utječe na toplinski režim, jer se na reaktivnu energiju troši manje energije. Asinkroni alternator ima bolju stabilnost izlazne frekvencije pri različitim brzinama rotora.
klasifikacija
Generatori kratkog spoja najčešće se koriste zbog jednostavnosti njihova dizajna. Međutim, postoje i drugi tipovi asinhronih strojeva: alternatori s faznim rotorom i uređaji koji koriste trajne magnete koji tvore pobudni krug.
Na slici 5, za usporedbu, prikazana su dva tipa generatora: lijevo na bazi asinkronog motora s kaveznim rotorom, a na desnoj strani - asinkroni stroj na osnovi AD s faznim rotorom. Čak i uz brz pogled na shematske slike, može se vidjeti komplicirana konstrukcija faznog rotora. Pažnja privlači prisutnost kontaktnih prstena (4) i mehanizma držača četkica (5). Broj 3 označava utore za namotavanje žice, kojima je potrebno primijeniti struju za njezino pobuđivanje.
Prisutnost pobudnih namotaja u rotoru asinhronog generatora poboljšava kvalitetu generirane struje, ali se istodobno gube i prednosti kao što su jednostavnost i pouzdanost. Stoga se takvi uređaji koriste kao izvor autonomne energije samo u onim područjima gdje je bez njih teško. Trajni magneti u rotorima uglavnom se koriste za proizvodnju generatora male snage.
sfera primjene
Najčešća primjena agregata s rotorom s kavezom. Oni su jeftini, zahtijevaju malo održavanja. Uređaji opremljeni sa startnim kondenzatorima imaju pristojne pokazatelje učinkovitosti.
Asinkroni alternatori često se koriste kao samostalni ili rezervni izvor napajanja. Sa njima rade prijenosni benzinski generatori, koji se koriste za snažne mobilne i stacionarne dizel generatore.
Alternatori s trofaznim namotajem pouzdano pokreću trofazni elektromotor, stoga se često koriste u industrijskim elektranama. Također mogu napajati opremu u jednofaznim mrežama. Način rada s dvije faze omogućuje uštedu goriva ICE, budući da su neiskorišteni namoti u stanju mirovanja.
Opseg primjene je prilično opsežan:
- transportna industrija;
- poljoprivreda;
- sfera kućanstva;
- medicinske ustanove;
Asinhroni alternatori pogodni su za izgradnju lokalnih vjetroelektrana i hidroelektrana.
Asinkroni generator uradi sam
Odmah napravimo rezervaciju: ne radi se o izradi generatora od nule, već o ponovnom postavljanju asinkronog motora u alternator. Neki obrtnici koriste gotove statore iz motora i eksperimentiraju s rotorom. Ideja je izraditi polove rotora neodimijskim magnetima. Nešto poput ovoga moglo bi izgledati kao prazno s zalijepljenim magnetikom (vidi sl. 6):
Magnete pričvrstite na posebno obrađeni radni predmet postavljen na osovinu motora, poštujući njihov polaritet i kut smicanja. To će zahtijevati najmanje 128 magneta.
Gotova konstrukcija mora biti prilagođena statoru i istovremeno osigurati minimalni razmak između zuba i magnetskih polova proizvedenog rotora. Budući da su magneti ravni, morat ćete ih samljeti ili samljeti, dok konstantno hladite strukturu, jer neodimij gubi svoja magnetska svojstva na visokoj temperaturi. Ako to učinite kako treba, generator će raditi.
Problem je u tome što je u zanatskim uvjetima vrlo teško napraviti idealan rotor. Ali ako imate tokarilicu i spremni ste potrošiti nekoliko tjedana na podešavanje i preradu, možete eksperimentirati.
Nudim praktičniju opciju - pretvaranje asinkronog motora u generator (vidi video ispod). Da biste to učinili, trebat će vam električni motor s prikladnom snagom i prihvatljivom brzinom rotora. Snaga motora mora biti najmanje 50% veća od potrebne snage alternatora. Ako vam je na raspolaganju takav elektromotor, nastavite s recikliranjem. Inače, bolje je kupiti gotov generator.
Za obradu, trebat će vam 3 kondenzatora marke KBG-MN, MBGO, MBGT (možete uzeti druge marke, ali ne i elektrolitički). Odaberite kondenzatore za napon od najmanje 600 V (za trofazni motor). Reaktivna snaga generatora Q povezana je s kapacitetom kondenzatora slijedećim odnosom: Q = 0, 314 · U2 · C · 10 -6 .
Kako se opterećenje povećava, povećava se jalova snaga, što znači da je za održavanje stabilnog napona U potrebno povećati kapacitivnost kondenzatora dodavanjem novih kapacitivnosti prebacivanjem.
Video: iz jednofaznog motora izrađujemo asinkroni generator - 1. dio
Dio 2
3. dio
Dio 4
Dio 5
Dio 6
Za pojednostavljenje odabira kondenzatora koristite tablicu:
Tablica 1
| Snaga alternatora (kW-A) | Kapacitivna kapacitivnost (µF) u praznom hodu | Kapacitivna kapacitivnost (μF) pri srednjem opterećenju | Kapacitivna kapacitivnost (µF) pri punom opterećenju |
| 2 | 28 | 36 | 60 |
| 3.5 | 45 | 56 | 100 |
| 5 | 60 | 75 | 138 |
U praksi se obično odabire prosječna vrijednost, uz pretpostavku da opterećenje neće biti maksimalno.
Odabirom parametara kondenzatora priključite ih na priključke namota statora kao što je prikazano na slici (slika 7). Generator je spreman.
Savjeti za rad
Asinkroni generator ne zahtijeva posebnu brigu. Njegovo održavanje je praćenje stanja ležajeva. U nominalnim režimima, uređaj može raditi godinama bez intervencije operatera.
Slaba karika su kondenzatori. Oni mogu propasti, pogotovo kada su njihove osobne vrijednosti pogrešno odabrane.
Tijekom rada, generator se zagrijava. Ako često povezujete povećana opterećenja, pratite temperaturu uređaja ili vodite računa o dodatnom hlađenju.