Ветрогенераторы с асинхронными генераторами

Ветрогенератор из асинхронного двигателя

Первый этап, переделка асинхронного двигателя на магниты и перемотка статора. Сборка, калибровка и установка анемометра.

Описание этой конструкции я нашел на форуме по ветрогенератором, вот страничка Сергей»АИР90L4 + Винт 2,3м». Данный уже даже не просто ветрогенератор, а целую ветро электростанцию сделал пользователь под ником Сергей, сам судя по профилю из Украины г. Запорожье. он кстати по совместительству еще и модератор того форума. Ниже я описал его конструкцию, все сделано довольно профессионально и умно.

Как сказал Сергей — Вот наконец-то и у меня что-то завертелось. Приехав на новое место жительства он первым делом решил построить ветрогенератор и начал с анемометра (прибор слежения за скоростью ветра). В качестве датчика скорости ветра был использован вольтметр со шкалой до сто вольт, из которого было удалено сопротивление. Анемометр был сделан если не ошибаюсь из моторчика от магнитолы, к которому были приделаны лопасти в виде чашечек.

Самодельный анемометр был откалиброван с помощью скутера, показания вольтметра были сняты на четырех скоростях движения. Хоть ветра и не было, вернее был еле ощутимый, но показания при езде в одну и другую сторону разнились, так-же показания спидометра могут быть не точными, но будем считать что показания верны, так-как пока более точно откалибровать не получается.

После поднял анемометр на 12-ти метровую мачту, а внизу подключил датчик, который сделан из вольтметра, теперь он показывает скорость ветра в м/с.

Генератор для ветряка был сделан из асинхронного двигателя мощностью 2,2Кв. АИР90L4. На огороде была сделана небольшая печка для отливки алюминиевых болванок, из которых будет сделана «шуба» под магниты. Обычно шубу делают на основе бинтов, пропитанных эпоксидной смолой, ноя решил сделать по надежнее и прочнее.

Ротор асинхронного двигателя был проточен на толщину магнитов, потом из алюминиевой болванки была выточена «шуба», в которой просверлены дырки под магниты, ротор делался на шесть полюсов под магниты шайбы 10*13мм. К сожалению при попытке насадить на ротор первая заготовка треснула и пришлось делать новую, наверно слишком плотно сделал и не смог насадить.

Статор был перемотан на шесть полюсов проводом 1,12 мм, получилось по 24 витка в катушках, больше просто впихнуть некуда. Сопротивление фазы 1 ом, после перемотки уже готовый генератор был прокручен с помощью дрели и вот что накрутилось на нагрузку 5Ом., 300об/м =16вольт 3,5А, 400об/м=21вольт 5А, 500об/м= 27вольт 6А, 600об/м= 32вольта 7А, 700об/м= 38вольт 8,1А. Показания были сняты с одной фазы генератора, то-есть каждая фаза по отдельности выдает такие параметры.

Перематывался статор вот так, было сделано приспособление для намотки катушек, потом каждая катушка заправлялась в пазы и утрамбовывалась.

После сборки генератора и подготовки всех элементов был сделан стенд для сборки и тестирования ветрогенератора. Только после этого к генератору был подсоединен диодный мост, датчик оборотов, и с помощью перфоратора были сняты нагрузочные характеристики генератора.

Продолжение изготовления ветрогенератора на следующей странице, где данные генератора, и процесс сборки, лопасти, и т.д.

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

Ветрогенераторы с асинхронными генераторами

У асинхронных генераторов есть несколько преимуществ перед синхронными:
1) Простата конструкции;
2) Надёжность;
3) Высокий КПД.

И недостатки:
1) Не выдерживает перегрузки;
2) Сложно регулировать выходное напряжение.

Ветрогенераторы используют либо для зарядки аккумуляторов, либо как не единственные в системе, т.е. перегрузок в системе с ветрогенераторами быть не должно, поэтому и используются простые, эффективные и надёжные асинхронные генераторы. В других системах часто нет буферов (аккумуляторов) поэтому вероятность возникновения перегрузок достаточно высока, что и не даёт использовать асинхронные генераторы.

Во-первых, это аргумент скорее как раз за синхронные генераторы (которые, собственно, и применяются в большинстве бензо- и дизель-генераторов). Потому что раз мы работаем не в сети, то перед нами и не стоит проблема ввода в синхронность при пуске — просто берём и запускаем, как разогнался до нужной частоты — включаем напряжение потребителям.

Во-вторых, многое оборудование предъявляет достаточно жёсткие требования к частоте, поэтому как раз играться частотой крайне нежелательно. Тут вам не тепловоз. Т.е. частота вращения должна поддерживаться с как можно большей точностью.

Именно, асинхронный на то и асинхронный, что при его работе частота вращения поля статора никогда не совпадает с частотой вращения ротора, за счёт чего в пересекаемой полем статора беличьей клетке ротора и наводится ток. В момент пуска двигателя, когда скольжение ((частота поля минус частота ротора)/частоту поля) равно единице, реактивное сопротивление статора минимально, ток большой, при разгоне скольжение уменьшается, ток тоже — реактивное сопротивление растёт.

В режиме двигателя скольжение никогда не упадёт до нуля — тогда перестанет наводиться ток в роторе. Если же приложить к машине разгонный момент, то скольжение перевалит через ноль, станет отрицательным — и реактивное сопротивление тоже станет отрицательным, двигатель начнёт преобразовывать механическую энергию в электрическую. И чем больший момент будет приложен, тем дальше будет уходить от нуля скольжение, тем больше энергии будет вырабатывать машина. Такая система не требует регулятора частоты вращения, характеристика более правильная — с ростом частоты вращения растёт и мощность

Источник

Ветряная электростанция на базе асинхронного двигателя

Вопрос о ветровых электрогенераторах в наше время, очень актуален. Многие европейские производители предлагают ветровые генераторы разной мощности, но стоят они не дешево. А вся система, включая ветровой электрогенератор, инвертор преобразования постоянного тока в переменный и аккумуляторные батареи, это очень дорогое удовольствие, которое вряд ли окупит себя, в ближайшее время использования. Такие ветровые установки не может себе позволить обычный потребитель электрической энергии.

Из всего сказанного, можно сделать вывод, что наиболее остро стоит вопрос об удешевлении получении электроэнергии из ветра.

При применении генераторов на постоянных магнитах, можно получить не очень большое напряжение, как правило, оно не превышает 10 В. Да и к тому же скорость ветра, это не постоянная величина. Установки на таких генераторах должны всегда снабжаться аккумуляторными батареями, и инвертором. Но исходя из того, наиболее оптимальные аккумуляторные батареи, это батареи 150 А/ч, то вряд ли кто захочет связываться с таким дорогим проектом (для примера аккумуляторная батарея танка ПТ-76 весит 65кг, и рассчитана на 140А/ч).

В роли генератора использовались и автомобильные генераторы и синхронные двигатели. Но в обеих вариантах один и тот же недостаток нужны слишком большие обороты ротора двигателя, а это в свою очередь приводит к увеличению передаточного числа редуктора, а значит и габаритов ветряного крыла. Так же можно добавить и нестабильность частоты работы и сложность стабилизации выходного напряжения, а в случае синхронного двигателя еще и больше габариты и масса. Для стабилизации выходного напряжение, можно использовать аккумуляторные батареи и инвертор, но это приведет к той схеме, которая сейчас используется европейскими производителями, о которой здесь не будет идти речи, потому что она очень дорогая.

В ходе долгих поисков и экспериментов, предпочтение было отдано генератору на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. При использовании данной схемы было выявлено много достоинств и всего один недостаток.

Достоинства: небольшие габариты и масса при достаточно большой мощности; нет необходимости в напряжении возбуждения; если использовать тихооборотный двигатель, то и мощность ротора можно уменьшить; выходная частота практически не зависит от скорости вращения ротора.

Недостаток: данный генератор нельзя перегружать.

Принципиальная схема

Схема включения асинхронного двигателя с кроткозамкнутым ротором показана на рисунке №1. При вращении ротора двигателя остаточное магнитное поле действует на одну из обмоток статора. При этом возникает небольшое электрический ток, который заряжает один из конденсаторов С1-С3. Благодаря тому, что фаза напряжения на конденсаторе отстает на, на роторе возникает магнитное поле уже большей величины, которое действует на следующую обмотку. Соответственно следующий конденсатор зарядится на большее напряжение. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ротор генератора не войдет в насыщение (1…1,15с) После этого можно включать автомат В2 и использовать вырабатываемую генератором энергию.

Рис. 1. Схема подключения асинхронного двигателя для работы в качестве генератора электроэнергии.

Причем для нормальной работы двигателя в режиме генератора мощность нагрузки должна составлять не более 80 % примененного в качестве генератора двигателя. Остальные 20 % используются для поддержания напряжения на конденсаторах, т.е. поддержание генератора в рабочем состоянии.

При превышении данного условия напряжение на конденсаторах исчезнет, а значит и исчезнет магнитное поле на якоре, что приведет к исчезновению напряжения на клеммах автомата В2. Причем это происходит практически мгновенно.

В этом есть свой недостаток и свои достоинства. Недостаток является в том, что повторная подача напряжения возможна только тогда, когда будет устранена причина перегрузки и отключен автомат В2. Генератор сонно войдет в рабочий режим (через 1…1,5с).

После этого можно включать В2 и использовать энергию. К достоинству относят тот фактор, что генератор практически невозможно сжечь, так как напряжение на его клеммах исчезает мгновенно в течение 0,1…0,5с.

Выходное напряжение имеет синусоидальную форму и полностью пригодно для дальнейшего использования. Выходная частота генератора 46…60 Гц, что в большинстве случаев достаточно для домашнего использования. Из-за нестабильности напряжения на выходе напряжения необходимо установить стабилизатор (описание схемы и работы описано в дополнительной статье).

Рис. 3. Движущая сила.

Емкость добавочных конденсаторов указанна в таблице №1, на один киловатт указанной мощности мотора, а для работы с нагрузкой – добавочная емкость на каждый киловатт нагрузки.

Таблица №1 Емкость конденсаторов, включаемых в фазы, в микрофарадах на 1 кВт мощности.

Напряжение между фазами	Основная емкость (мкФ)
При холостом ходе	При активной нагрузке	При реактивной нагрузке
127 В	40. 50	10…20	50..60
220 В	12..15	3..6	1…2
380 В	4..5	1..2	5..6

К примеру, есть двигатель мощность 3 кВт. К нему предполагается подключить реактивную нагрузку (электродвигатель, сварочный аппарат), суммарной мощностью примерно 2 кВт.

При этом мы хотим, что бы напряжение между фазами было 380. Значит, емкость конденсатора С1 составит (3*5)+ (2*6) микрофарад. Так как С1=С2=С3, то нам понадобится три конденсатора емкостью 30 мкФ.

Если конденсаторов необходимой емкости нет, то можно соединить конденсаторы параллельно, меньшей емкости. Конденсаторы должны быть бумажные или метолобумажные на напряжение не ниже 450 В, а лучше на 650 В. Лучше включать генератор на напряжение между фазами 220 В, а между нулем и фазой 127 В. Это вызвано тем, что для нормальной работы генератора перекос фаз не должен превышать. При такой схеме, удастся максимально разгрузит генератор. Кроме того, питание осветительных ламп накаливания и некоторые нагревательные приборы лучше питать постоянным током.

Для генератора необходимо использовать тихооборотный двигатель двигатель с короткозамкнутым ротором. Лучше всего применить двигатель на 360…720 об/мин, но подойдет и двигатель на 910 об/мин. Это вызвано необходимостью вращать ротор с большей примерно в два раза скоростью, чем указанно в паспорте на двигатель, и уменьшением числа передачи редуктора.

Конструкция

Сама ветрогенераторная установка может быть выполнена в любой удобной для вас схеме. Здесь же предлагается следующая конструкция. Принцип работы показан на рисунке №3 и в объяснении не нуждается. Ветродвигатель (рисунок №4)состоит из ветряного крыла 1,опоры 2 и собственно генератора 3. Опора жестко забетонирована и укреплена тремя натяжными тросами 4.

Рис. 4. Конструкция ветроэлектрогенератора.

Опору можно изготовить из дерева, бетона, метала. Можно применить опору которую используют для передачи электричества на расстояние, или свою. В качестве растяжек лучше использовать стальной трос диаметром 10..12 мм. Костыли, за которые крепятся растяжки, необходимо хорошо забетонировать. Каркас крыльев ветродвигатель можно изготовить из труб диаметром 1 дюйм, его чертеж показан на рисунке №5.

Элероны можно изготовить из стального прутка диаметром 6мм. В качестве ведущего вола использовано толстостенная труба диаметром 2..2,5 дюйма, в нижний конец которой впрессован вал длинной 300…400мм. В нижнем конце вала сделана канавка под шкив. Подшипники взяты сферические с конусными зажимами марки 2000810 с соответствующим корпусом.

После сборки крыло необходимо сбалансировать. К опоре сбалансированное крыло крепиться любым удобным способом, но, главное, что бы крепление было достаточно жестким и надежным. Экспериментально было установлено, что лучшим материалом для обтягивания крыла служит полиэтиленовая пленка толщиной 80…120мкм.

Она достаточно прочная, легка я дешевая позволяет отказаться от тормозного механизма, который, кстати, в данном случае неприемлем, так как при сильном ветре крыло будет уничтожено. Обтягивать полиэтиленовой пленкой нужно в несколько слоев спаивая по швам, паяльником через кусок полиэтиленовой пленки. Спаянный шов должен быть равным и прочным.

Для привода вала генератора применен редуктор. Можно использовать редуктор любой системы, кроме червячной. Как было уже сказано, вал генератора нужно вращать примерно с удвоенной скоростью, а вол ветродвигателя вращается со скоростью 500 об/мин при скорости ветра 5 м/с, Отсюда и ограничение на использование двигателя в качестве генератора. Наилучшим вариантом может быть двигатель на 360 об/мин, но можно и применить и двигатель на 720 об/мин.

При использовании двигателя можно увеличить высоту крыла на 500 мм. Увеличивать крыло по ширине не рекомендуется , так как при этом уменьшается частота вращения, уменьшать то же не следует, так как при увеличении скорости вращения сильно уменьшиться мощность, причем закон уменьшения не линейный.

Рис. 5. Чертеж лопастей ветрогенератора.

При подборе редуктора нужно руководствоваться следующим правилам: за номинальные обороты крыло ветродвигателя нужно брать величину 500 об/мин, что соответствует скорости ветра 5 м/с, частота вращения вала двигателя увеличивается на 2,3, далее путем несложных подсчетов получаем коэффициент передачи. Сам кронштейн легко прикрепить к опоре с помощью шести шпилек.

Зубчатым редуктором крепление намного проще. Не рекомендуется делать вал ветродвигателя слишком длинным, так как его может попросту перекрутить. Всю конструкцию необходимо заземлить.

Сопротивление заземление должно быть не более 2 Ом. У подножия необходимо поставить шкаф, в котором необходимо разместить конденсаторы С1-С3, автоматы В1-В2, диоды V1-V6, стабилизатор напряжения, автомат управления, четыре аккумулятора и мощный преобразователь напряжения для обеспечение энергией во время штилей. Автомат управления обеспечивает переключение цепей питания в зависимости от нагрузки и скорости ветра.

Мощный преобразователь напряжения обеспечивает заряд аккумулятора во время работы генератора в холостом ходу а также питание сети от аккумуляторов при отсутствии ветра или сильно заниженном напряжении на генераторе. Когда нет напряжения а аккумулятора разряжены, автомат управления обеспечивает подачу энергии из штатной сети.

Кабель которым производится подключение генератора и силового шкафа, должен быть трехфазным с сечением жилы не более, Кабеля, которыми производится соединение шкафа с потребителями могут быть такими же. Шина заземления должна быть сечением не менее.

Внимание! Все работы по монтажу нужно производить при отключенном автомате В1 и разряженных конденсаторах С1-С3.

Источник