Асинхронный двигатель как ветрогенератор

Ветрогенератор из асинхронного двигателя

Энергетический кризис часто сопровождается перебоями в энергоснабжении, особенно, если проблема касается сельской местности. Иметь резервный генератор не всегда возможно по ряду причин, поэтому можно воспользоваться «дармовым» источником энергии ветра. Для этого необходим ветрогенератор, который проще всего соорудить из обычного асинхронного двигателя.

Принцип действия такого генератора весьма прост: энергия ветра будет передаваться на ротор, который начёт вращаться в том же направлении, что и создаваемое при этом магнитное поле. Поскольку скольжение ротора при этом становится отрицательным, то на валу ротора возникает тормозной момент, а образующаяся электроэнергия будет передана потребителю. Таким образом, намагниченность ротора становится причиной возбуждения эдс в выходной цепи машины.

Преимущества асинхронного генератора:

1. Конструктивно такой генератор проще, чем синхронный, и к тому же некритичен к внешним неблагоприятным воздействиям: например, к попаданию на него пыли и грязи (что вполне вероятно в условиях сильного ветра).
2. Напряжение на выходе имеет меньшую степень нелинейных искажений, а потому к такому генератору можно подключать различную нагрузку – от сварочного преобразователя до компьютера.
3. Коэффициент неравномерности вращения для асинхронных генераторов не опускается ниже 0,98 , что исключает его перегрев в условиях длительной работы.
4. Вследствие отсутствия вращающихся обмоток долговечность асинхронного генератора ожидается достаточно высокой.

Таким образом изготовить ветрогенератор из асинхронного двигателя не только принципиально возможно, но и практически целесообразно.

Рассмотрим основные этапы переделки

Вначале подбирается необходимый электродвигатель: он должен быть низкооборотистым ( не более 1300 мин -1 ), имеющим 3 или 4 пары полюсов.

Проточка ротора двигателя под установку магнитов

Заключается в уменьшении диаметра ротора под высоту устанавливаемых магнитов. Здесь возможны варианты: если имеющиеся в распоряжении магниты – недостаточно сильные, то дополнительно необходимо выточить и одеть на ротор переходную металлическую втулку, с помощью которой значение наводимой магнитной индукции окажется достаточным для того, чтобы не допустить рассеивания магнитного поля. В ином случае никаких других работ по переделке ротора производить не нужно. Проточенный под установку магнитов (при наличии втулки) ротор имеет вид, представленный на рис.1.

Расчёт необходимого количества магнитов и их монтаж

Для этого сначала определяется длина окружности ротора после его переточки, которая будет соответствовать высоте втулки:

L= πD , где D – диаметр ротора.

Требуемая толщина магнитов t должна быть в пределах t=(0.1. 0.15)D. Далее рассчитывается количество секций n, в каждой из которых магниты будут устанавливаться с одинаковым полюсом:

n=L/p, где p – количество полюсов электродвигателя.

Для окончательного решения вопроса определяют количество магнитов, которое сможет уместиться в одном полюсе, чтобы потом равномерно и с наибольшей плотностью распределить их по всей высоте втулки. Смещение магнитов при их наклейке принимается равным толщине одного магнита. Для приклеивания лучше всего применять эпоксидный клей. Внешний вид втулки с магнитами в сборе, одетой на ротор, представлен на рис.2.

Проверка работоспособности генератора

После сборки ветрогенератора из асинхронного двигателя необходимо проверить на фактически развиваемую выходную мощность, поскольку после наклейки магнитов, а также вследствие увеличения массы ротора, параметры электромашины изменяются. С этой целью ротор генератора необходимо привести во вращение со скоростью, соответствующей номинальной скорости вращения переделанного электродвигателя.

Для этого можно использовать обычную электродрель, а на выходе подключить любую доступную нагрузку, например, электролампочку. Изменяя мощность подключаемых ламп, а также число оборотов дрели, можно установить практическую работоспособность ветрогенератора и зависимость вырабатываемого напряжения от количества оборотов ротора. Контрольная установка в различных вариантах её подключения представлена на рис.3.

Изготовление исполнительной части ветрогенератора

Она должна состоять из лопастей винтов, поворотной оси и стойки, на которой закрепляется вся конструкция. Лопасти (см. рис.4) можно изготавливать из полихлорвиниловой трубы диаметром 150…200 мм. Далее под готовый ветрогенератор из асинхронного двигателя изготавливается стойка, которая должна иметь поворотную ось, собранную на подшипниках качения. Готовая конструкция исполнительной части ветрогенератора с винтом диаметром 1,7 м представлена на рис. 5.

Апробация ветрогенератора из асинхронного двигателя

Заключается в экспериментальном определении мощности готовой установки. Данный параметр будет определяться множеством факторов, причём большинство из них весьма неопределённо: в расчёт следует принимать и высоту мачты, и диапазон изменения скорости ветра и влажность воздуха. Тем не менее принцип остаётся тем же: подключается нагрузка заранее известной мощности, после чего по падению числа оборотов можно сделать вывод о мощности ветрогенератора.

Повысить мощность машины можно, дополнительно осуществив перемотку статора двигателя проводом с большим сечением. Это уменьшает собственное сопротивление генератора, и , соответственно, увеличивает напряжение на выходе. Общий вид переделанного таким образом статора двигателя представлен на рис. 6. Таким путём удаётся увеличить выходную мощность ветрогенератора в несколько раз.

А вот и видео по переделке и показательным запуском:

Источник

Как сделать генератор для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

Обновлено: 14 января 2021

Этапы

• изготовление ротора
• создание генератора

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.

Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.

Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.

Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.

Как переделать ротор

Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.

Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.

Существует два способа монтажа магнитов:

• изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
• уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.

Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.

Испытания вновь созданного генератора

Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.

Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.

По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.

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.

Источник

Самодельный ветрогенератор из асинхронного двигателя

Дата публикации: 22 февраля 2019

Для самодельного ветряка удобно использовать асинхронный генератор. Он сразу вырабатывает переменный ток, и нет необходимости подключать инвертор, что упрощает схему сборки. Это означает, что всеми бытовыми приборами можно пользоваться прямо от ветряка. Сделать асинхронный генератор своими руками несложно. Достаточно найти старый асинхронный двигатель (АД) от какого-либо бытового прибора и использовать его в качестве основы для ветряка. Понадобится, правда, несложная переделка.

Принцип работы асинхронного двигателя и генератора

Асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока. Его особенность состоит в том, что магнитное поле, которое производится током обмотки статора, и ротор вращаются с разной частотой. В синхронных двигателях их частота совпадает. Наиболее распространенная конструкция АД включает в себя фазный ротор и статор, между которыми находится воздушный зазор. Но встречаются и двигатели с короткозамкнутым ротором. Активная часть АД — это магнитопровод и обмотки. Остальные элементы обеспечивают жесткость конструкции, возможность вращения и охлаждение. Ток в таком двигателе появляется благодаря электромагнитной индукции, которая возникает при вращении магнитного поля с определенной скоростью.

В свою очередь, асинхронный ветрогенератор — это двигатель, который работает в генераторном режиме. Приводной ветродвигатель вращает ротор и магнитное поле в одном направлении. При этом возникает отрицательное скольжение ротора, на валу появляется тормозящий момент, после чего энергия передается на аккумулятор. Для возбуждения ЭДС в дело идет остаточная намагниченность ротора, а усиление ЭДС происходит за счет конденсаторов.

Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя

Чтобы приспособить АД под ветряк, вам нужно создать в нем движущееся магнитное поле. Для этого проведите ряд преобразований:

1. Подберите неодимовые магниты для ротора. От их силы и количества зависит сила магнитного поля.
2. Проточите ротор под магниты. Это можно сделать при помощи токарного станка. Снимите пару миллиметров со всей поверхности сердечника и дополнительно сделайте углубления под магниты. Толщина проточки зависит от выбранных магнитов.
3. Сделайте разметку ротора на четыре полюса. На каждом разместите магниты (от восьми штук на полюс, но лучше больше).
4. Теперь нужно зафиксировать магниты. Сделать это можно при помощи суперклея, но тогда удерживайте элементы пальцами до тех пор, пока клей не схватится (при контакте с ротором магниты будут менять свое положение). Или закрепите все элементы скотчем.
5. Следующий шаг — заполнение свободного пространства между магнитами эпоксидной смолой. Для этого обмотайте ротор с магнитами бумагой, поверх нее намотайте скотч, а концы бумажного кокона загерметизируйте пластилином. После изготовления такой защиты внутрь можно заливать смолу. Когда эпоксидка окончательно высохнет, удалите бумагу.
6. Зачистите поверхность ротора наждачкой. Для этого используйте бумагу средней зернистости.
7. Определите два роторных провода, которые ведут к рабочей обмотке. Остальные провода обрежьте, чтобы не путаться.

На этом основные преобразования завершены. Дополнительно вы можете приобрести контроллер, а из кремниевых диодов сделать выпрямитель для вашего ветрогенератора. Кроме того, проверьте вращение двигателя. Если ход тугой, замените подшипники. Быстрый совет: если хотите увеличить силу тока, а также снизить напряжение в вашем агрегате, то не поленитесь и перемотайте статор толстой проволокой.

Тестирование генератора

Перед установкой готового генератора на осевую конструкцию или мачту нужно его протестировать. Для тестирования понадобится дрель или шуруповерт, а также какая-нибудь нагрузка, например, обычная лампочка, которую вы используете в быту. Подсоедините их к вашему агрегату и посмотрите, на каких оборотах лампочка горит ярко и ровно.

Если тестирование показывает хорошие результаты, то можно приступать к монтажу ветряка. Для этого необходимо изготовить лопастные элементы, осевую конструкцию, подобрать аккумулятор. Подробнее о том, как собрать ветрогенератор, можно почитать здесь.

Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора

Такой ветряк обладает рядом особенностей, которые нужно учитывать при эксплуатации:

• Будьте готовы, что КПД готового устройства будет постоянно колебаться (в пределах 50%). Устранить этот недостаток невозможно, это издержки процесса преобразования энергии.
• Позаботьтесь о качественной изоляции, а также заземлении ветрогенератора. Это обязательное требование безопасности.
• Сделайте кнопки для управления устройством. Это значительно упростит его использование в дальнейшем.
• Кроме того, предусмотрите места для подключения измерительных приборов. Это обеспечит вас данными о работе вашего агрегата, позволит проводить диагностику.

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

Если сравнивать асинхронный и синхронный ветрогенераторы, то у асинхронных есть как преимущества, так и недостатки.

Преимущества заключаются в следующем:

• Мощные устройства с простой конструкцией, небольшими размерами и весом.
• Высокий уровень эффективности при выработке энергии.
• Нет необходимости в инверторе, потому что такой ветрогенератор производит переменный ток (220/380В). Он может непосредственно питать бытовые устройства или работать параллельно с сетью централизованного энергоснабжения.
• Выходное напряжение очень стабильно.
• Частота на выходе не зависит от скоростей ротора.
• Обладает высокой устойчивостью к коротким замыканиям, защищен от влаги и грязи.
• Может служить многие годы, так как содержит мало изнашивающихся элементов.
• Работает на конденсаторном возбуждении.

• При отсутствии аккумулятора асинхронный генератор может затухать в моменты перегрузки. Это является ограничителем для использования такого агрегата. Но для ветряка такой недостаток неактуален, потому что его конструкция предполагает накопитель энергии. О том, как выбрать аккумулятор для ветряка, можно прочитать здесь.
• Конденсаторные батареи имеют высокую стоимость, поэтому переделка старого АД — это оптимальное решение вопроса.
• Оборотность генератора находится в обратной зависимости от его массы.

Таким образом, ветрогенератор своими руками из асинхронного трехфазного двигателя — это недорогое и удобное решение для дома.

• Для чего вам нужен ветрогенератор?
• Прорыв в использовании ветровой энергии
• Ветер как источник энергии
• Как сделать вертикальный ветрогенератор своими руками

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник