Из асинхронного двигателя ветрогенератор: Генератор для ветряка из асинхронного двигателя

Содержание

Генератор для ветряка из асинхронного двигателя

В качестве генератора для ветряка было решено переделать асинхронный двигатель. Такая переделка очень проста и доступна, поэтому в самодельных конструкциях ветрогенераторов часто можно видеть генераторы сделанные из асинхронных двигателей.

Переделка заключается в проточке ротора под магниты, далее магниты обычно по шаблону приклеивают к ротору и заливают эпоксидной смолой чтобы не отлетели. Так-же обычно перематывают статор более толстым проводом чтобы уменьшить слишком большое напряжение и поднять силу тока. Но этот двигатель не хотелось перематывать и было решено оставить все как есть, только переделать ротор на магниты. В качестве донора был найден трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1,32Кв. Ниже фото данного электродвигателя.

> Ротор электродвигателя был проточен на токарном станке на толщину магнитов. В этом роторе не применяется металлическая гильза, которую обычно вытачивают и надевают на ротор под магниты. Гильза нужна для усиления магнитной индукции, через нее магниты замыкают свои поля питая из под низа друг друга и магнитное поле не рассеивается, а идет все в статор. В этой конструкции применены достаточно сильные магниты размером 7,6*6мм в количестве 160 шт., которые и без гильзы обеспечат хорошую ЭДС.

> Сначала, перед наклейкой магнитов ротор был размечен на четыре полюса, и со скосом были расположены магниты. Двигатель был четырех-полюсной и так как статор не перематывался на роторе тоже должно быть четыре магнитных полюса. Каждый магнитный полюс чередуется, один полюс условно «север», второй полюс «юг». Магнитные полюса сделаны с промежутками, так в полюсах магниты сгруппированы плотнее. Магниты после размещения на роторе были замотаны скотчем для фиксации и залиты эпоксидной смолой.

После сборки ощущалось залипание ротора, при вращение вала чувствовались залипания. Было решено переделать ротор. Магниты были сбиты вместе с эпоксидной смолой и снова размещены, но теперь они более менее равномерно установлены по всему ротору, ниже фото ротора с магнитами перед заливкой эпоксидной смолой. После заливки залипание несколько снизилось и было замечено что немного упало напряжение при вращении генератора на одних и тех же оборотах и немного подрос ток.

После сборки готовый генератор было решено покрутить дрелью и что нибудь к ниму подключить в качестве нагрузки. Подключалась лампочка на 220 вольт 60 ватт, при 800-1000 об/м она горела в полный накал. Так-же для проверки на что способен генератор была подключена лампа мощностью 1 Кв, она горела в полнакала и сильнее дрель не осилила крутить генератор.

В холостую на максимальных оборотах дрели 2800 об/м напряжение генератора было более 400 вольт. При оборотах примерно 800 об/м напряжение 160 вольт. Так-же попробовали подключить кипятильник на 500 ватт, после минуты кручения вода в стакане стала горячей. Вот такие испытания прошел генератор, который был сделан из асинхронного двигателя.

Далее дошла очередь до винта. Лопасти для ветрогенератора были вырезаны из ПВХ трубы диаметром160мм. Ниже на фото сам винт диаметром 1,7 м., и расчетные данные, по которым делались лопасти.

После для генератора была сварена стойка с поворотной осью для крепления генератора и хвоста. Конструкция сделана по схеме с уводом ветроголовки от ветра методом складывания хвоста, поэтому генератор смещен от центра оси, а штырек позади, это шкворень, на который одевается хвост.

Здесь фото готового ветрогенератора. Ветрогенератор был установлен на девятиметровую мачту. Генератор при силе ветра выдавал напряжение холостого хода до 80 вольт. К нему пробовали подсоединять тенн на два киловатта, через некоторое время тенн стал теплым, значит ветрогенератор все-таки имеет какую-то мощность.

Потом был собран контроллер для ветрогенератора и через него подключен аккумулятор на зарядку . Зарядка была достаточно хорошим током, аккумулятор быстро зашумел, как будто его заряжают от зарядного устройства.

Пока к сожалению никаких подробных данных по мощности ветрогенератора нет, так-как пользователь разместивший свой ветрогенератор вот здесь Фотоальбом ветряки ВК. не оставил эти данных. Но руководствуясь расчетами попробую немного просчитать что все-таки дает генератор на ветру 8-9 м/с, так-как напряжение холостого хода 80 вольт на этом ветре.

Данные на шиндике электродвигателя говорили 220/380 вольт 6,2/3,6 А.значит сопротивление генератора 35,4Ом треугольник/105,5 Ом звезда. Если он заряжал 12-ти вольтовый аккумулятор по схеме включения фаз генератора в треугольник, что скорее всего, то 80-12/35,4=1,9А. Получается при ветре 8-9 м/с ток зарядки был примерно 1,9 А, а это всего 23 ватт/ч, да немного, но может я где-то ошибся, если что поправьте в комментариях и я исправлю.

Такие большие потери из-за высокого сопротивления генератора, поэтому статор обычно перематывают более толстым проводом чтобы уменьшить сопротивление генератора, которое влияет на силу тока, и чем выше сопротивление обмотки генератора, тем меньше сила тока и выше напряжение.

Некоторые данные по ветрогенератору. Автор данного ветрогенератора Сергей написал что ток короткого замыкания 3,5А..При ветре 5-7м,с ,75в холостого хода,с нагрузкой надва АКБ,это 24в,2,5А и при этом на контролере срабатывал постоянно баласт..Это показания на 14.09.13г..А так получилось всё отлично..

Как сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя

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:

Подберите неодимовые магниты для ротора. От их силы и количества зависит сила магнитного поля.
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.
Сделайте разметку ротора на четыре полюса. На каждом разместите магниты (от восьми штук на полюс, но лучше больше).
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.

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.
Зачистите поверхность ротора наждачкой. Для этого используйте бумагу средней зернистости.
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.

Недостатки такие:

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.

Генератор из асинхронного двигателя — схема, как сделать своими руками?

Генератор асинхронного или индукционного типа представляет собой особую разновидность устройств, использующую переменный ток и имеющую способность воспроизведения электроэнергии. Главной особенностью является совершение довольно быстрых поворотов, которые делает ротор, по скорости вращения этого элемента он в значительной степени превосходит синхронную разновидность.

Одним из главных преимуществ является возможность использования данного устройства без существенных преобразований схемы или длительного настраивания.

Однофазную разновидность индукционного генератора можно подключить путем подачи на него необходимого напряжения, для этого потребуется подсоединение его к источнику питания. Однако, ряд моделей производит самовозбуждение, эта способность позволяет им функционировать в режиме, независимом от каких-либо внешних источников.

Осуществляется это благодаря последовательному приведению конденсаторов в рабочее состояние.

Схема генератора из асинхронного двигателя

схема генератора на базе асинхронного двигателя

В фактически любой машине электрического типа, сконструированной по типу генератора, имеются 2 разные активные обмотки, без которых невозможно функционирование устройства:

Обмотка возбуждения, которая находится на специальном якоре.
Статорная обмотка, которая отвечает за образование электрического тока, данный процесс происходит внутри нее.

Для того, чтобы наглядно представить и точнее понять все процессы, происходящие во время функционирования генератора, наиболее оптимальным вариантом будет подробнее рассмотреть схему его работы:

Напряжение, которое подается от аккумулятора или любого иного источника, создает магнитное поле в якорной обмотке.
Вращение элементов устройства вместе с магнитным полем можно реализовать разными способами, в том числе и вручную.
Магнитное поле, вращающееся с определенной скоростью, порождает электромагнитную индукцию, благодаря чему в обмотке появляется электрический ток.
Подавляющее большинство используемых на сегодняшний день схем не имеет возможностей для обеспечения якорной обмотки напряжением, это связано с наличием в конструкции короткозамкнутого ротора. Поэтому, вне зависимости от скорости и времени вращения вала, питающие клеммы устройства все равно будут обесточены.

При переделывании двигателя в генератор, самостоятельное создание движущегося магнитного поля является одним из основных и обязательных условий.

Устройство генератора

Перед тем, как предпринимать какие-либо действия по переделыванию асинхронного двигателя в генератор, необходимо понять устройство данной машины, которое выглядит следующим образом:

Статор, который оснащен сетевой обмоткой с 3 фазами, размещенной по его рабочей поверхности.
Обмотка организована таким образом, что напоминает по своей форме звезду: 3 начальных элемента соединяются между собой, а 3 противоположных стороны соединены с контактными кольцами, которые не имеют никаких точек соприкосновений между собой.
Контактные кольца имеют надежный крепеж к валу ротора.
В конструкции имеются специальные щетки, которые не совершают никаких самостоятельных движений, но способствуют включению реостата с тремя фазами. Это позволяет осуществлять изменение параметров сопротивления обмотки, находящейся на роторе.
Нередко, во внутреннем устройстве присутствует такой элемент, как автоматический короткозамыкатель, необходимый для того, чтобы закоротить обмотку и остановить реостат, находящийся в рабочем состоянии.
Еще одним дополнительным элементом устройства генератора может являться специальное приспособление, которое разводит щетки и контактные кольца в тот момент, когда они проходят стадию замыкания. Подобная мера способствует значительному уменьшению потерь, отводимых на трение.

Изготовление генератора из двигателя

Фактически, любой асинхронный электродвигатель можно собственными руками переделать в устройство, функционирующее по типу генератора, который затем допускается использовать в быту. Для этой цели может подойти даже двигатель, взятый из стиральной машинки старого образца или любого иного бытового оборудования.

Чтобы данный процесс был благополучно реализован, рекомендуется придерживаться следующего алгоритма действий:

Снять слой сердечника двигателя, благодаря чему будет образовано углубление в его структуре. Осуществить это можно на токарном станке, рекомендуется снять 2 мм. по всему сердечнику и проделать дополнительные отверстия с глубиной около 5 мм.
Снять размеры с полученного ротора, после чего из жестяного материала изготовить шаблон в виде полосы, который будет соответствовать габаритам устройства.
Установить в образовавшемся свободном пространстве неодимовые магниты, которые необходимо заранее приобрести. На каждый полюс потребуется не менее 8 магнитных элементов.
Фиксацию магнитов можно осуществить при помощи универсального суперклея, но необходимо учитывать, что при приближении к поверхности ротора они будут менять свое положение, поэтому их необходимо крепко удерживать руками пока каждый элемент не приклеится. Дополнительно рекомендуется использовать во время этого процесса защитные очки, чтобы избежать попадания брызг клея в глаза.
Обернуть ротор обычной бумагой и скотчем, который потребуется для ее фиксации.
Торцовую часть ротора залепить пластилином, что обеспечит герметизацию устройства.
После совершенных действий необходимо произвести обработку свободных полостей, между магнитными элементами. Для этого оставшееся между магнитами свободное пространство необходимо залить эпоксидной смолой. Удобнее всего будет прорезать специальное отверстие в оболочке, преобразовать его в горлышко и залепить границы при помощи пластилина. Внутрь можно заливать смолу.
Дождаться полного застывания залитой смолы, после чего защитную бумажную оболочку можно устранить.
Ротор необходимо зафиксировать при помощи станка или тисков, чтобы можно было провести его обработку, которая заключается в шлифовании поверхности. Для этих целей можно использовать наждачную бумагу со средним параметром зернистости.
Определить состояние и предназначение проводов, выходящих из двигателя. Двое должны вести к рабочей обмотке, остальные можно обрезать, чтобы не запутаться в дальнейшем.
Иногда процесс вращения осуществляется довольно плохо, чаще всего причиной являются старые износившиеся и тугие подшипники, в таком случае их можно заменить новыми.
Выпрямитель для генератора можно собрать из специальных кремниевых диодов, которые предназначены именно для этих целей. Такж,е потребуется контроллер для зарядки, подходят фактически все современные модели.

После совершения всех названных действий, процесс можно считать завершенным, асинхронный двигатель был преобразован в генератор такого же типа.

Оценка уровня эффективности – выгодно ли это?

Генерация электрического тока электродвигателем вполне реальна и реализуема на практике, основной вопрос заключается в том, насколько это выгодно?

Сравнение осуществляется в первую очередь с синхронной разновидностью аналогичного устройства, в котором отсутствует электрическая цепь возбуждения, но несмотря на этот факт, его устройство и конструкция не являются более простыми.

Обуславливается это наличием конденсаторной батареи, являющейся крайне сложным в техническом плане элементом, который отсутствует у асинхронного генератора.

Основное преимущество асинхронного устройства заключается в том, что имеющиеся в наличии конденсаторы не требуют какого-либо обслуживания, поскольку вся энергия передается от магнитного поля ротора и тока, который вырабатывается в ходе функционирования генератора.

Создаваемый во время работы электрический ток фактически не имеет высших гармоник, что является еще одним значимым преимуществом.

Иных плюсов, кроме названных, асинхронные устройства не имеют, но зато обладают рядом существенных недостатков:

В ходе их функционирования отсутствует возможность по обеспечению номинальных промышленных параметров электрического тока, который вырабатывается генератором.
Высокая степень чувствительности даже к малейшим перепадам параметров рабочих нагрузок.
При превышении параметров допустимых нагрузок на генератор, будет зафиксирована нехватка электричества, после чего подзарядка станет невозможной и процесс генерации будет остановлен. Для устранения этого недостатка, часто используют батареи со значительной емкостью, которые имеют особенность изменять свой объем в зависимости от величины оказываемых нагрузок.

Электрический ток, который вырабатывается асинхронным генератором, подвержен частым изменениям, природа которых неизвестна, она носит случайный характер и никак не объясняется научными доводами.

Невозможность учета и соответствующей компенсации таких изменений объясняет то факт, что подобные устройства не обрели популярность и не получили особого распространения в наиболее серьезных отраслях промышленности или бытовых делах.

Функционирование асинхронного двигателя как генератора

В соответствии с принципами, по которым функционируют все подобные машины, работа асинхронного двигателя после преобразования в генератор происходит следующим образом:

После подключения конденсаторов к зажимам, на обмотке статоров происходит ряд процессов. В частности, в обмотке начинается движение опережающего тока, который создает эффект намагничивания.
Только при соответствии конденсаторов параметрам необходимой емкости, происходит самовозбуждение устройства. Это способствует возникновению симметричной системы напряжения с 3 фазами на статорной обмотке.
Значение итогового напряжения будет зависеть от технических возможностей используемой машины, а также от возможностей используемых конденсаторов.

Благодаря описанным действиям происходит процесс преобразования асинхронного двигателя короткозамкнутого типа в генератор с подобными характеристиками.

Применение

В быту и на производстве такие генераторы широко применяются в различных сферах и областях, но наиболее востребованы они для выполнения следующих функций:

Использование в качестве двигателей для ветряных электростанций, это одна из наиболее популярных функций. Многие люди самостоятельно изготавливают асинхронные генераторы для задействования их в этих целях.
Работа в качестве ГЭС с небольшой выработкой.
Обеспечение питанием и электроэнергией городской квартиры, частного загородного дома или отдельного бытового оборудования.
Выполнение основных функций сварочного генератора.
Бесперебойное оснащение переменным током отдельных потребителей.

Советы по изготовлению и эксплуатации

Необходимо обладать определенными навыками и знаниями не только по изготовлению, но и по эксплуатации подобных машин, помочь в этом могут следующие советы:

Любая разновидность асинхронных генераторов вне зависимости от сферы, в которой они применяются, является опасным устройством, по этой причине рекомендуется провести его изоляцию.
В процессе изготовления устройства необходимо продумать монтаж измерительных приборов, поскольку потребуется получение данных о его функционировании и рабочих параметрах.
Наличие специальных кнопок, с помощью которых можно управлять устройством, в значительной степени облегчает процесс эксплуатации.
Заземление является обязательным требованием, которое необходимо реализовать до момента эксплуатации генератора.
Во время работы, КПД асинхронного устройства может периодически снижаться на 30-50%, побороть возникновение этой проблемы не представляется возможным, поскольку этот процесс является неотъемлемой частью преобразования энергии.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Изготовление генератора для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

Этапы

Создание самодельного ветрогенератора имеет два основных этапа:

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.

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:

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).
Напряжение на выходе имеет меньшую степень нелинейных искажений, а потому к такому генератору можно подключать различную нагрузку – от сварочного преобразователя до компьютера.
Коэффициент неравномерности вращения для асинхронных генераторов не опускается ниже 0,98 , что исключает его перегрев в условиях длительной работы.
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

рис. 1

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.

рис. 2

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.

рис. 3

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.

рис. 4

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.

рис. 6

А вот и видео по переделке и показательным запуском:

Генератор из асинхронного двигателя своими руками

За основу был взят промышленный асинхронный двигатель переменного тока, мощностью 1,5 кВт с частотой вращения вала 960 об/мин. Сам по себе такой мотор изначально не может работать как генератор. Ему необходима доработка, а именно замена или доработка ротора.
Табличка с маркировкой двигателя:

Двигатель хорош тем, что у него везде где нужно стоят уплотнения, особенно у подшипников. Это существенно увеличивает интервал между периодическими техническими обслуживаниями, так как пыль и грязь никуда просто так попасть и проникнуть не могут.
Ламы у этого электродвигателя можно поставить на любую сторону, что очень удобно.

Переделка асинхронного двигателя в генератор

Снимаем крышки, извлекаем ротор.
Обмотки статора остаются родные, двигатель не перематывается, все остается как есть, без изменений.

Ротор дорабатывался на заказ. Было решено сделать его не цельнометаллическим, а сборным.

То есть, родной ротор стачивается до определенного размера.
Вытачивается стальной стакан и запрессовывается на ротор. Толщина скана в моем случае 5 мм.

Разметка мест для приклеивания магнитов была одной из самых сложных операций. В итоге методом проб и ошибок было решено распечатать шаблон на бумаге, вырезать в нем кружочки под неодимовые магниты – они круглые. И приклеить магниты по шаблону на ротор.
Основная загвоздка возникла в вырезании множественных кружочков в бумаге.
Все размеры подбираются сугубо индивидуально под каждый двигатель. Каких-то общих размеров размещения магнитов дать нельзя.

Неодимовые магниты приклеены на супер клей.

Была сделана сетка из капроновой нити для укрепления.

Далее обматывается все скотчем, снизу делается герметичная опалубка, герметизированная пластилином, а сверху заливная воронка из того же скотча. Заливается все эпоксидной смолой.

Смола потихоньку стекает сверху вниз.

После застывания эпоксидной смолы, снимаем скотч.

Теперь все готов к сборке генератора.

Загоняем ротор в статор. Делать это нужно особо осторожно, так как неодимовые магниты обладают огромной силой и ротор буквально залетает в статор.

Собираем, закрываем крышки.

Магниты не задевают. Залипания почти нет, крутится относительно легко.
Проверка работы. Вращаем генератор от дрели, с частотой вращения 1300 об/мин.
Двигатель подключен звездой, треугольником генераторы такого типа подключать нельзя, не будут работать.
Снимается напряжение для проверки между фазами.

Генератор из асинхронного двигателя работает отлично.

Смотрите видео

Более подробную информацию смотрите в видеоролике.

Канал автора — Peter Dmitriev

Принцип работы асинхронного двигателя и генератора

Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя

Подберите неодимовые магниты для ротора. От их силы и количества зависит сила магнитного поля.
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.
Сделайте разметку ротора на четыре полюса. На каждом разместите магниты (от восьми штук на полюс, но лучше больше).
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.
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.
Зачистите поверхность ротора наждачкой. Для этого используйте бумагу средней зернистости.
Определите два роторных провода, которые ведут к рабочей обмотке. Остальные провода обрежьте, чтобы не путаться.

Тестирование генератора

Если тестирование показывает хорошие результаты, то можно приступать к монтажу ветряка. Для этого необходимо изготовить лопастные элементы, осевую конструкцию, подобрать аккумулятор. Лопасти можно изготовить самостоятельно или купить на Алиэкспресс

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

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.

Недостатки такие:

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.
Конденсаторные батареи имеют высокую стоимость, поэтому переделка старого АД — это оптимальное решение вопроса.
Оборотность генератора находится в обратной зависимости от его массы.

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Индукционный генератор

как ветрогенератор

Индукционный генератор как ветрогенератор Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 05.12.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии

Индукционный генератор в качестве ветряного генератора

Вращающиеся электрические машины обычно используются в ветроэнергетических системах, и большинство этих электрических машин могут функционировать либо как двигатель, либо как генератор, в зависимости от конкретного применения. Но помимо синхронного генератора , который мы рассматривали в предыдущем руководстве, существует еще один более популярный тип трехфазной вращающейся машины, который мы можем использовать в качестве генератора ветровой турбины, называемый индукционным генератором .

Как синхронный генератор, так и индукционный генератор имеют аналогичное фиксированное расположение обмоток статора, которое при возбуждении от вращающегося магнитного поля выдает трехфазное (или однофазное) выходное напряжение.

Однако роторы двух машин сильно различаются: ротор индукционного генератора обычно состоит из одного из двух типов компоновки: «беличья клетка» или «ротор с обмоткой».

Однофазный индукционный генератор

Индукционный генератор Конструкция основана на очень распространенном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, поскольку они дешевы, надежны и легко доступны в широком диапазоне электрических размеров от машин с дробной мощностью до многоцелевых. -мегаваттные мощности делают их идеальными для использования как в бытовых, так и в коммерческих ветроэнергетических установках с использованием возобновляемых источников энергии.

Кроме того, в отличие от предыдущего синхронного генератора, который должен быть «синхронизирован» с электрической сетью, прежде чем он сможет вырабатывать электроэнергию, индукционный генератор может быть подключен непосредственно к электросети и приводиться в движение лопастями ротора турбин при переменной скорости ветра, как только он вводится в эксплуатацию из неподвижного состояния.

Для экономии и надежности во многих ветроэнергетических турбинах в качестве генератора используются асинхронные двигатели, приводимые в действие механической коробкой передач для увеличения скорости вращения, производительности и эффективности.Однако индукционным генераторам требуется реактивная мощность, обычно обеспечиваемая шунтирующими конденсаторами в отдельных ветряных турбинах.

Асинхронные машины также известны как Асинхронные машины , то есть они вращаются ниже синхронной скорости при использовании в качестве двигателя и выше синхронной скорости при использовании в качестве генератора. Поэтому, когда он вращается быстрее, чем его нормальная рабочая скорость или скорость холостого хода, индукционный генератор вырабатывает электричество переменного тока. Поскольку индукционный генератор синхронизируется непосредственно с основной энергосистемой, то есть вырабатывает электроэнергию с той же частотой и напряжением, выпрямители или инверторы не требуются.

Однако индукционный генератор может обеспечивать необходимую мощность непосредственно в энергосистему общего пользования, но ему также необходима реактивная мощность, обеспечиваемая энергосистемой. Автономная (автономная) работа индукционного генератора также возможна, но недостатком здесь является то, что генератор требует дополнительных конденсаторов, подключенных к его обмоткам для самовозбуждения.

Трехфазные индукционные машины очень хорошо подходят для выработки энергии ветра и даже гидроэлектроэнергии.Индукционные машины, работая как генераторы, имеют неподвижный статор и вращающийся ротор, как и у синхронного генератора. Однако возбуждение (создание магнитного поля) ротора выполняется по-другому, и типичная конструкция ротора представляет собой структуру с короткозамкнутым ротором, в которой проводящие стержни встроены в корпус ротора и соединены друг с другом на своих концах посредством закорачивающих колец, как показано на рисунке. .

Конструкция индукционного генератора

Как уже упоминалось в начале, одним из многих преимуществ асинхронной машины является то, что ее можно использовать в качестве генератора без каких-либо дополнительных схем, таких как возбудитель или контроллер напряжения, когда он подключен к трех -фазное питание от сети.Когда неработающий асинхронный генератор подключен к сети переменного тока, в обмотке ротора индуцируется напряжение, аналогичное трансформатору с частотой этого индуцированного напряжения, равной частоте приложенного напряжения.

Поскольку проводящие стержни ротора с короткозамкнутым ротором закорочены, вокруг них протекает большой ток, и внутри ротора создается магнитное поле, заставляющее машину вращаться.

Так как магнитное поле ротора следует за магнитным полем статора, ротор ускоряется до синхронной скорости, заданной частотой питания сети.Чем быстрее вращается ротор, тем меньше результирующая относительная разница скоростей между обоймой ротора и вращающимся полем статора и, следовательно, напряжение, наведенное на его обмотку.

Когда ротор приближается к синхронной скорости, он замедляется, поскольку ослабляющее магнитное поле ротора недостаточно для преодоления потерь на трение ротора в режиме холостого хода. В результате ротор теперь вращается медленнее, чем синхронная скорость. Это означает, что асинхронная машина никогда не сможет достичь своей синхронной скорости, так как для ее достижения не будет индуцированного тока в короткозамкнутой клетке ротора, магнитного поля и, следовательно, крутящего момента.

Разница в скорости вращения между вращающимся магнитным полем статоров и скоростью ротора в асинхронных машинах называется «скольжением». Для обеспечения крутящего момента на валу ротора необходимо проскальзывание. Другими словами, «проскальзывание», которое является описательным способом объяснения того, как ротор постоянно «откатывается» от синхронизации, представляет собой разницу в скорости между синхронными скоростями статоров, выражаемую как: n _с = / P в об / мин, а фактическая частота вращения роторов n _R также в об / мин и выражается в процентах (скольжение в%).

Тогда дробное скольжение s асинхронной машины определяется как:

Это скольжение означает, что работа индукционных генераторов, таким образом, является «асинхронной» (несинхронизированной), и чем тяжелее нагрузка на асинхронный генератор, тем выше в результате скольжения, поскольку более высокие нагрузки требуют более сильных магнитных полей. Большее скольжение связано с большим наведенным напряжением, большим током и более сильным магнитным полем.

Таким образом, для того, чтобы асинхронная машина работала как двигатель, ее рабочая скорость всегда будет меньше скорости вращения поля статора, а именно синхронной скорости.Чтобы асинхронная машина работала как генератор, ее рабочая скорость должна быть выше номинальной синхронной скорости, как показано на рисунке.

Характеристики крутящего момента / скорости асинхронной машины

В состоянии покоя вращающееся магнитное поле статора имеет одинаковую скорость вращения по отношению как к статору, так и к ротору, поскольку частота токов ротора и статора одинакова, поэтому в состоянии покоя скольжение положительно и равно единице (s = +1).

При точно синхронной скорости разница между скоростью вращения и частотой ротора и статора будет равна нулю, поэтому при синхронной скорости никакая электрическая энергия не потребляется и не производится, и поэтому скольжение двигателя равно нулю (s = 0 ).

Если частота вращения генератора превышает эту синхронную скорость с помощью внешних средств, результирующий эффект будет заключаться в том, что ротор будет вращаться быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора, и полярность индуцированного напряжения и тока ротора будет обратной.

В результате скольжение теперь становится отрицательным (s = -1), и индукционная машина генерирует ток с опережающим коэффициентом мощности обратно в электрическую сеть. Мощность, передаваемая в виде электромагнитной силы от ротора к статору, может быть увеличена простым вращением ротора быстрее, что затем приведет к увеличению количества вырабатываемой электроэнергии.Характеристики крутящего момента асинхронного генератора (s = от 0 до -1) являются отражением характеристик асинхронного двигателя (s = от +1 до 0), как показано.

Скорость индукционного генератора будет изменяться в зависимости от силы вращения (момента или крутящего момента), приложенной к нему энергией ветра, но он будет продолжать вырабатывать электричество до тех пор, пока его скорость вращения не упадет ниже холостого хода. На практике разница между скоростью вращения при пиковой генерирующей мощности и на холостом ходу (синхронная скорость) очень мала, всего несколько процентов от максимальной синхронной скорости.Например, 4-полюсный генератор с синхронной частотой вращения холостого хода 1500 об / мин, подключенный к электросети с током 50 Гц, может производить свою максимальную генерируемую мощность, вращаясь только на 1–5% выше (от 1515 до 1575 об / мин). , легко достигается с помощью коробки передач.

Это очень полезное механическое свойство: генератор будет немного увеличивать или уменьшать свою скорость при изменении крутящего момента. Это означает, что редуктор будет меньше изнашиваться, что снижает потребность в техническом обслуживании и длительный срок службы, и это одна из наиболее важных причин для использования индукционного генератора , а не синхронного генератора на ветряной турбине, которая подключается напрямую. к электросети.

Автономная индукционная машина

Выше мы видели, что индукционный генератор требует намагничивания статора от электросети, прежде чем он сможет вырабатывать электричество. Но вы также можете запустить индукционный генератор в автономной автономной системе, подав необходимый противофазный ток возбуждения или намагничивания от конденсаторов возбуждения, подключенных к клеммам статора машины. Это также требует наличия некоторого остаточного магнетизма в пластинах железа ротора при запуске турбины.Типичная схема трехфазной индукционной машины с короткозамкнутым ротором для автономного использования показана ниже. Конденсаторы возбуждения показаны звездой (звездой), но также могут быть подключены треугольником (треугольником).

Конденсаторный индукционный генератор с запуском

Конденсаторы возбуждения представляют собой стандартные конденсаторы для запуска двигателя, которые используются для обеспечения необходимой реактивной мощности для возбуждения, которая в противном случае обеспечивалась бы электросетью. Индукционный генератор будет самовозбуждаться при использовании этих внешних конденсаторов, только если ротор имеет достаточный остаточный магнетизм.

В режиме самовозбуждения на выходную частоту и напряжение генератора влияют частота вращения, нагрузка турбины и значение емкости конденсаторов в фарадах. Затем, чтобы произошло самовозбуждение генератора, должна быть минимальная скорость вращения для значения емкости, используемой на обмотках статора.

«Самовозбуждающийся индукционный генератор» (SEIG) является хорошим кандидатом для применения в ветроэнергетике, особенно при переменной скорости ветра и в удаленных районах, поскольку им не требуется внешний источник питания для создания магнитного поля.Трехфазный индукционный генератор можно преобразовать в однофазный индукционный генератор с регулируемой скоростью, подключив два конденсатора возбуждения к трехфазным обмоткам. Одно из значений емкости C на одной фазе и другое значение 2C емкости на другой фазе, как показано.

Однофазный выход от трехфазного индукционного генератора

Благодаря этому генератор будет работать более плавно, работая с коэффициентом мощности (PF), близким к единице (100%). В однофазном режиме можно получить КПД, близкий к трехфазному, что составляет примерно 80% от максимального номинала машины.Однако следует соблюдать осторожность при преобразовании трехфазного источника питания в однофазный, поскольку выходное линейное напряжение однофазной сети будет вдвое больше номинального напряжения обмотки.

Индукционные генераторы хорошо работают с однофазными или трехфазными системами, подключенными к электросети, или в качестве автономных генераторов с самовозбуждением для небольших ветроэнергетических установок, допускающих работу с регулируемой скоростью. Однако индукционным генераторам требуется реактивное возбуждение для работы на полной мощности, поэтому они идеально подходят для подключения к коммунальной сети как часть связанной с сетью ветроэнергетической системы.

Чтобы узнать больше об «индукционных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных имеющихся ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки использования индукционных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, щелкните здесь, чтобы Получите копию одной из лучших книг о трехфазных индукционных генераторах с самовозбуждением прямо у Amazon.

Индукционный (асинхронный) генератор с прямым подключением — ESIG

Автор: EnerNex ^[1]

Большинство ветряных генераторов, установленных в конце 20-го века, были обычными асинхронными (индукционными) генераторами, обычно с фиксированной емкостью для корректировки требований реактивной мощности этого типа генератора.Асинхронный генератор — это, по сути, асинхронный двигатель, в котором скольжение отрицательное, то есть скорость ротора немного опережает поток вращения в обмотке статора. Индукционный генератор имеет ротор с короткозамкнутым ротором, который отбирает ток намагничивания из статора, вызывая высокую потребность в реактивной мощности при магнитном потоке, как при первом включении выключателя генератора. Ветряные турбины с короткозамкнутыми индукционными генераторами, подключенными непосредственно к линии, являются самыми простыми электрически. Хотя в целях аэродинамической эффективности они работают с почти постоянной скоростью, небольшое изменение скорости в зависимости от крутящего момента (и мощности) может значительно уменьшить переходные механические крутящие моменты, связанные с порывами ветра и возмущениями со стороны сети.

Диапазон скорости турбины определяется характеристикой зависимости крутящего момента от скорости асинхронного генератора. Для крупных генераторов в современных промышленных турбинах скольжение при номинальном крутящем моменте составляет менее 1%, что приводит к очень небольшому изменению скорости в рабочем диапазоне турбины. Для данной скорости ветра рабочая скорость турбины в установившихся условиях почти линейно зависит от крутящего момента. При резких изменениях скорости ветра механическая инерция трансмиссии ограничивает скорость изменения электрической мощности.

Поскольку индукционный генератор получает свое магнитное возбуждение от сети, на реакцию турбины во время возмущения в сети будет влиять степень нарушения возбуждения. На рисунке справа показано, насколько резко возрастает потребность сети в реактивной мощности, когда генератор выходит из режима резкого скольжения. Для показанной машины номинальное скольжение составляет около 0,8%, в этот момент машина будет потреблять 340 кВАр из линии с номинальным напряжением. Если бы промах увеличился до 1.0% потребность в реактивной мощности увеличивается почти до 480 кВАр. При скольжении 2,0% потребление реактивной мощности возрастает до 900 кВАр.

Список литературы

Wind Turbine Technologies — ESIG

Автор: EnerNex ^[1], Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии ^[2]

Доминирующей технологией в сфере коммунальных услуг является ветряная турбина с горизонтальной осью. Типичный диапазон мощности от 500 кВт до 5 МВт. Сегодня используется широкий спектр технологий ветряных турбин.Типичные ветряные электростанции состоят из сотен турбин, обычно использующих одну и ту же технологию. Эти технологии различаются по стоимости, сложности, эффективности извлечения энергии ветра и используемому оборудованию. Типичная ветряная турбина использует узел лопасти и ступицы ротора для извлечения энергии из ветра, зубчатую передачу для увеличения скорости вала медленно вращающегося ротора до более высоких скоростей, необходимых для приведения в действие генератора, и индукционный генератор в качестве генератора. электромеханическое устройство преобразования энергии. Индукционные машины популярны как генераторные агрегаты из-за их асинхронной природы, поскольку поддержание постоянной синхронной скорости для использования синхронного генератора затруднительно из-за переменной природы скорости ветра.Силовые электронные преобразователи могут использоваться для регулирования выходной реальной и реактивной мощности турбины.

Фон

Почти все ветряные турбины, развернутые на крупных ветроэнергетических установках в США за последние десятилетия, можно в целом описать одной из конфигураций, перечисленных ниже

Индукционный (асинхронный) генератор с прямым подключением (тип I)

Основная статья: Индукционный (асинхронный) генератор с прямым подключением

Иногда упоминаемые как ветряные турбины с фиксированной скоростью, в которых используются лопасти с регулируемым срывом (фиксированный шаг), соединенные со ступицей, которая через редуктор соединена с обычным индукционным генератором с короткозамкнутым ротором.Генератор напрямую подключен к линии и может иметь автоматически переключаемые шунтирующие конденсаторы для компенсации реактивной мощности и, возможно, механизм плавного пуска, который блокируется после подачи питания на машину. Диапазон скорости турбины фиксируется характеристиками крутящего момента в зависимости от скорости асинхронного генератора. Некоторые из этих турбин не имеют возможности качания лопастей.
Несмотря на то, что эта технология относительно устойчива и надежна, у этой технологии есть существенные недостатки, а именно: улавливание энергии от ветра неоптимально и требуется компенсация реактивной мощности.

Индукционный генератор с фазным ротором и контролем внешнего сопротивления (тип II)

Основная статья: Индукционный генератор с обмоткой ротора с контролем внешнего сопротивления

Иногда называемые ветряными турбинами с регулируемым скольжением используют индукционный генератор с намотанным ротором с механизмом для управления величиной тока ротора с помощью регулируемых резисторов цепи внешнего ротора и регулирования шага лопаток турбины для помощи в управлении скоростью. Диапазон скоростей турбины расширен за счет внешних резисторов.

Асинхронный генератор с двойным питанием — DFAG (тип III)

Основная статья: Асинхронный генератор с двойным питанием — DFAG

Ветровые турбины, которые иногда называют индукционным генератором с двойным питанием (DFIG), используют индукционный генератор с обмоткой ротора, в котором цепь ротора соединена с выводами линии через четырехквадрантный преобразователь мощности. Преобразователь обеспечивает векторное (по величине и фазе) управление током в цепи ротора даже в динамических условиях и существенно расширяет диапазон рабочих скоростей турбины.Управление потоком-вектором токов ротора позволяет разделить выходную активную и реактивную мощность, а также максимально увеличить отбор ветровой энергии и снизить механические нагрузки. Поскольку преобразователь обрабатывает только мощность в цепи ротора, его не нужно рассчитывать на полную мощность машины. Скорость турбины в основном регулируется путем активной регулировки шага лопаток турбины.

Турбина с регулируемой частотой вращения и преобразователем номинальной мощности (тип IV)

Основная статья: Турбина с регулируемой скоростью и преобразователем мощности на полную мощность

Иногда называемые ветряными турбинами с полным преобразователем частоты, используются ветровые турбины с регулируемой скоростью и преобразователем мощности с полной номинальной мощностью между электрическим генератором и сетью.Силовой преобразователь обеспечивает существенную развязку динамики электрического генератора от сети, так что часть преобразователя, подключенная непосредственно к электрической системе, определяет большинство характеристик и поведения, важных для исследований энергосистемы. Эти турбины могут использовать синхронные или индукционные генераторы и обеспечивать независимое управление активной и реактивной мощностью.

Тенденции развития технологий

Ценность технологии регулируемой скорости для больших ветряных турбин доказала свою эффективность на рынке за последнее десятилетие, и в будущем она станет преобладающей технологией.Работа с регулируемой скоростью имеет преимущества с точки зрения управления механическими нагрузками на лопатки турбины, трансмиссию и конструкцию. Преимущества со стороны сети также значительны и включают динамическое управление реактивной мощностью, усиленное динамическое управление производством электроэнергии и возможности для дальнейшего улучшения характеристик интеграции турбины в сеть.

Электрическая устойчивость

Поставщики ветряных турбин теперь хорошо осведомлены о необходимости повышения электрической надежности турбин, особенно с точки зрения способности устранять неисправности в системе передачи.Усовершенствованный низковольтный проезд уже является опцией для нескольких коммерческих турбин и, вероятно, станет стандартной функцией в ближайшие несколько лет. В дальнейшем ожидается, что ветряные турбины будут не более чувствительны с точки зрения отключения при неисправностях системы передачи, чем обычные генераторы, и обеспечат гибкость в отношении «программирования» их режимов отключения для событий в сети.

Управление реальной мощностью

В настоящее время коммерческие ветряные турбины обычно работают для максимального увеличения выработки энергии.Когда скорость ветра равна или превышает номинальную скорость, электрическая мощность ограничивается номиналом, указанным на паспортной табличке. Однако при слабом и умеренном ветре турбина работает так, чтобы улавливать как можно больше энергии, так что выходная мощность будет колебаться при колебаниях скорости ветра. Эти колебания не являются оптимальными с точки зрения сети, поскольку они могут привести к колебаниям напряжения и потенциально увеличить нагрузку по регулированию на уровне зоны контроля. В будущих поколениях ветряных турбин можно будет «сгладить» эти колебания в большей степени, чем это достигается сейчас с помощью одной только механической инерции.Более сложные схемы регулирования шага, улучшенная аэродинамическая конструкция лопастей и более широкий диапазон рабочих скоростей обеспечат средства для ограничения краткосрочных изменений выходной мощности турбины, в то же время минимизируя производственные потери. Такая функция может быть задействована только в том случае, если и когда она имеет экономическую ценность, превышающую потерянную продукцию. Расширение этого типа управления позволит ветровым турбинам участвовать в автоматическом управлении генерацией (AGC). В этом режиме турбина должна будет работать на уровне, несколько ниже максимального, доступного от ветра, чтобы обеспечить пространство для «разгона» в ответ на команды EMS.Опять же, ценность предоставления этой услуги необходимо оценивать по сравнению со стоимостью с точки зрения более низкой производительности, а также со стоимостью приобретения этой услуги из другого источника. Однако технически такая работа возможна даже при использовании некоторых существующих коммерческих ветряных турбин и ветряных электростанций.

Динамические характеристики

Динамические характеристики более совершенных промышленных турбинных технологий являются сложными функциями общей конструкции турбины и схем управления.До сих пор мало внимания уделялось тому, что представляет собой желаемое динамическое поведение с точки зрения энергосистемы. На сегодняшний день большая часть внимания в этой области сосредоточена на вопросе сквозного проезда. Как только этот вопрос будет решен, могут появиться возможности для точной настройки динамического отклика турбины на сбои в сети передачи, чтобы обеспечить максимальную поддержку восстановления системы и повысить общую стабильность. Учитывая сложность, присущую топологии и схемам управления будущих ветряных турбин, должна быть возможность запрограммировать реакцию до такой степени, чтобы достичь таких преимуществ стабильности.Такая функция позволит ветряной турбине / ветряной установке участвовать в обширной схеме корректирующих действий (RAS) или специальной защитной системе (SPS), как это иногда делается сейчас с клеммами преобразователя HVDC и появляющимися устройствами FACTS.

Список литературы

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

Образование
Исследовательская работа
Инновации
Прием + помощь
Студенческая жизнь
Новости
Выпускников
О Массачусетском технологическом институте
Подробнее ↓
- Прием + помощь
- Студенческая жизнь
- Новости
- Выпускников
- О Массачусетском технологическом институте

Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Асинхронный генератор ветровой турбины

в изолированной сети — MATLAB и Simulink

R.Рид, Б. Сольнье, Р. Ганьон; Hydro-Quebec (IREQ)

Описание

В этом примере представлена общая модель ветро-дизельной системы с высокой проникающей способностью, без хранения, (HPNSWD) [1]. Эта технология была разработана Hydro-Quebec для снижения стоимости подачи электроэнергии в отдаленные северные общины [2]. Оптимальное проникновение ветра (установленная мощность ветра / пиковая потребность в электроэнергии) для этой системы зависит от стоимости доставки топлива на объект и доступного ветрового ресурса. Первое коммерческое применение технологии HPNSWD было введено в эксплуатацию в 1999 году компанией Northern Power Systems (Вермонт, США) на острове Св.Остров Пола, Аляска [3]. Система HPNSWD, представленная в этом примере, использует синхронную машину 480 В, 300 кВА, ветряную турбину, приводящую в действие индукционный генератор 480 В, 275 кВА, потребительскую нагрузку 50 кВт и переменную вторичную нагрузку (от 0 до 446,25 кВт).

При низких скоростях ветра для питания нагрузки требуются и индукционный генератор, и синхронный генератор с дизельным приводом. Когда мощность ветра превышает потребность в нагрузке, можно отключить дизельный генератор. В этом полностью ветровом режиме синхронная машина используется как синхронный конденсатор, и ее система возбуждения регулирует напряжение сети до его номинального значения.Вторичный блок нагрузки используется для регулирования частоты системы за счет поглощения энергии ветра, превышающей потребительский спрос.

Блок Wind Turbine использует 2-D Lookup Table для вычисления выходного крутящего момента турбины (Tm) как функции скорости ветра (w_Wind) и скорости турбины (w_Turb). Когда вы открыли этот пример, характеристики Pm (w_Wind, w_Turb) были автоматически загружены в ваше рабочее пространство (массив psbwindgen_char). Чтобы отобразить характеристики турбины, дважды щелкните блок, расположенный под блоком Wind Turbine.

Блок вторичной нагрузки состоит из восьми наборов трехфазных резисторов, соединенных последовательно с тиристорными переключателями GTO. Номинальная мощность каждого комплекта следует двоичной прогрессии, так что нагрузка может изменяться от 0 до 446,25 кВт с шагом 1,75 кВт. GTO моделируются идеальными переключателями.

Частота контролируется блоком дискретного регулятора частоты. Этот контроллер использует стандартную трехфазную систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для измерения частоты системы. Измеренная частота сравнивается с опорной частотой (60 Гц) для получения погрешности частоты.Эта ошибка интегрируется для получения фазовой ошибки. Затем фазовая ошибка используется пропорционально-дифференциальным (PD) контроллером для создания выходного сигнала, представляющего требуемую мощность вторичной нагрузки. Этот сигнал преобразуется в 8-битный цифровой сигнал, управляющий переключением восьми трехфазных вторичных нагрузок. Чтобы минимизировать возмущения напряжения, переключение выполняется при переходе напряжения через нуль.

Simulation

Например, скорость ветра (10 м / с) такова, что ветряная турбина производит достаточно энергии для питания нагрузки.Дизель-генератор (не моделируется) останавливается, и синхронная машина работает как синхронный конденсатор с его входной механической мощностью (Pm), установленной на ноль. Пример иллюстрирует динамические характеристики системы частотного регулирования при включении дополнительной нагрузки потребителя 25 кВт.

Запустите моделирование и наблюдайте напряжения, токи, мощности, асинхронную скорость машины и частоту системы на двух осциллографах. Начальные условия (вектор xInitial) были автоматически загружены в ваше рабочее пространство, так что моделирование запускается в устойчивом состоянии.

Поскольку асинхронная машина работает в режиме генератора, ее скорость немного выше синхронной скорости (1,011 о.е.). По характеристикам турбины при скорости ветра 10 м / с выходная мощность турбины составляет 0,75 о.е. (206 кВт). Из-за потерь в асинхронной машине ветряк вырабатывает 200 кВт. Поскольку основная нагрузка составляет 50 кВт, вторичная нагрузка поглощает 150 кВт для поддержания постоянной частоты 60 Гц. При t = 0,2 с включается дополнительная нагрузка 25 кВт. Частота на мгновение падает до 59.85 Гц, и регулятор частоты реагирует, уменьшая мощность, потребляемую вторичной нагрузкой, чтобы вернуть частоту к 60 Гц. Напряжение остается на уровне 1 о.е., мерцания не наблюдается.

Восстановить начальные условия

Этот пример настроен со всеми инициализированными состояниями, так что моделирование начинается в установившемся состоянии. Начальные условия сохранены в файле power_windgen.mat. Когда вы открываете эту модель, обратный вызов InitFcn (в свойствах модели / обратных вызовах) автоматически загружает в ваше рабочее пространство содержимое this.mat файл (переменная «xInitial»).

Если вы модифицируете эту модель или изменяете значения параметров компонентов мощности, начальные условия, сохраненные в переменной «xInitial», больше не будут действительны, и Simulink® выдаст сообщение об ошибке. Чтобы восстановить начальные условия для измененной модели, выполните шаги, перечисленные ниже:

1. На панели «Параметры конфигурации» снимите флажок с параметра «Начальное состояние».

2. Дважды щелкните блок 3-Phase Breaker и отключите переключение выключателя (снимите флажок с параметров «Переключение фазы X» для фаз A, B и C »).

3. Измените время остановки моделирования на 20 с. Обратите внимание, что для создания начальных условий, согласованных с частотой 60 Гц, время остановки должно быть целым числом циклов 60 Гц.

4. Запустите симуляцию. Когда моделирование завершено, убедитесь, что достигнуто устойчивое состояние, посмотрев на формы сигналов, отображаемые на осциллографах. Конечные состояния, которые были сохранены в массиве «xFinal», могут использоваться в качестве начальных состояний для будущих симуляций. Выполнение следующих двух команд копирует эти окончательные условия в «xInitial» и сохраняет эту переменную в новом файле (myModel_init.мат).

 >> сохранить myModel_init xInitial

5. В окне InitFcn на панели свойств модели замените первую строку команд инициализации на «load myModel_init». В следующий раз, когда вы откроете эту модель, переменная xInitial, сохраненная в файле myModel_init.mat, будет загружена в вашу рабочую область.

6. На панели «Параметры конфигурации» отметьте «Исходное состояние».

7. Запустите моделирование и убедитесь, что ваша модель запускается в установившемся состоянии.

8. Дважды щелкните блок 3-Phase Breaker и снова включите переключение выключателя (проверьте параметры «Переключение фазы X» для фаз A, B и C »).

9. Измените время остановки моделирования на 5 с.

10. Сохраните вашу модель.

Ссылки

[1] Р. Ганьон, Б. Сольнье, Г. Сибилла, П. Жиру; «Моделирование типовой ветро-дизельной системы с высокой проникающей способностью без накопления энергии с использованием MATLAB® / Power System Blockset», 2002 г., Глобальная конференция по ветроэнергетике, апрель 2002 г., Париж, Франция

[2] Б. Солье, A.O. Барри, Б. Дубе, Р. Рид; «Проектирование и разработка системы регулирования и контроля для схемы ветро / дизельного топлива с высокой проникающей способностью без накопления» Конференция Европейского сообщества по ветроэнергетике 88, 6-10 июня 1988 г., Хернинг, Дания

[3] L.Mott (NPS), B. Saulnier (IREQ) «Коммерческий проект ветро-дизельного двигателя, остров Сент-Пол, Аляска» 14-я конференция Prime Power Diesel Inter-Utility, 28 мая — 2 июня, Виннипег, Манитоба, Канада

Модернизация индукционных двигателей на

Мельница | Otherpower

Эта страница посвящена одному из наших старых проектов. Мы храним ВСЕ наши проекты в Интернете для всех, кто заинтересован … но мы больше не реализуем многие из этих старых идей. Перед тем, как начать этот проект, пожалуйста, проверьте нашу главную страницу ветроэнергетики, чтобы проверить наличие похожих, более свежих дизайнов.Они будут в верхней части списка и отмечены тегом «активный проект». Если у вас есть какие-либо вопросы о том, что актуально, а что нет, или почему мы больше не работаем над определенными проектами, сначала загляните на нашу страницу «Эволюция ветряных турбин», чтобы получить подробную историю того, как наши проекты менялись за эти годы. Вы также можете написать нам по электронной почте, и мы заполним вас, если позволяет объем нашей электронной почты … сначала проверьте страницу Wind Turbine Evolution.

Эта страница об эксперименте с ветряной мельницей.Мельница была построена менее чем за 100 долларов, и, хотя, безусловно, есть много возможностей для улучшения дизайна, она работает довольно хорошо и должна предоставить некоторые данные другим людям, которые хотели бы построить свою собственную с нуля! Если время — деньги, и у кого-то больше денег, чем времени, было бы разумно купить коммерческую машину, есть много хороших, начиная примерно от 500 долларов, однако построить ее дома — весело, и это может значительно сэкономить денег! Я надеюсь, что «эксперты» (люди, более осведомленные в этой теме, чем я) рассмотрят эту страницу и предложат предлагаемые улучшения на нашей доске обсуждений! На этой странице будут разбиты компоненты машины, и в конце я расскажу, что я знаю о ее характеристиках!

И обязательно ознакомьтесь с нашей книгой Homebrew Wind Power для получения дополнительной информации о небольшой ветроэнергетике!

Пропеллер

Гребной винт данной машины имеет трехлопастную конструкцию.Хотя стойку с двумя лопастями построить проще, их сложнее запустить. Другой недостаток заключается в том, что когда ветер меняет направление, стойка с двумя лопастями имеет тенденцию довольно сильно вибрировать при повороте. Это плохо сказывается на стойке и подшипниках генератора. Я сделал свою опору из еловых досок размером 1 на 4 дюйма. Я попытался выбрать 3 доски без сучков, с хорошей вертикальной текстурой и похожей плотностью. (они весили примерно одинаково). Конечно, можно использовать и другие породы дерева, это то, что у меня было в наличии.Я без проблем сделал очень хорошие опоры из красного дерева, пондерозы и сосны. Я использовал 1 «X4» (на самом деле — он был спланирован примерно до 3/4 «X 3 1/2»), потому что я хотел, чтобы стойка была легкой, я думаю, это помогает им запускаться быстрее и сохраняет подшипники на генераторе. . Это похоже на реквизит, который я видел на небольших коммерческих ветряных мельницах. Я вырезал свой реквизит очень быстро, около 2 часов. Несомненно, если бы я потратил больше времени, у меня, вероятно, была бы лучшая опора, но … Я видел, как люди проводят неделю на этой сцене, и я чувствую, что это может быть довольно быстрый и простой проект.Я использовал «интуицию» как в отношении шага винта, так и в отношении формы аэродинамического профиля. Я просто отметил 1/4 дюйма на толщине стойки, так, чтобы на ширине 3 1/2 дюйма нижняя часть была на 1/4 дюйма ниже верхней границы. Существует МНОГО информации о резьбе винта, аэродинамической поверхности. подробности и т. д. в Интернете.Руководство Ли-Джея, опубликованное в 1930-х годах, также содержит хорошие простые инструкции как по резьбе пропеллера, так и по созданию ветряной мельницы с нуля. См. рисунок ниже ….

После обработки я взвесил каждую опору и выровнял ее так, чтобы они были такими же.Затем я скрепил их вместе, по два за раз, и затем спилил, чтобы они были достаточно сбалансированы. Когда все три лопасти стали одинакового веса, я покрасил их и прикрутил болтами к ступице (старая шестерня диаметром около 8 дюймов). Попав на ступицу, я мог надеть весь узел на вал и крутить его. понаблюдайте за местом, в котором опора остановилась, если бы она имела тенденцию останавливаться в одном месте чаще, чем другие, я бы выровнял тяжелую сторону (-и), пока она не казалась идеально сбалансированной (конечно, мне пришлось снова рисовать эти пятна! ).Весь процесс сборки и балансировки занял менее 4 часов. Следует отметить, что все 3 лопасти после балансировки НЕ были одинаковой толщины. На кончике они различались по толщине более чем на 1/8 дюйма! Этого можно было избежать, если найти лучшую древесину и потратить больше времени на первоначальную резьбу стойки. Основным инструментом, который я использовал для вырезания этой стойки, была сила Также стоит отметить, что у этой стойки НЕТ скручивания, шаг от ступицы до носка остается неизменным.Хотя не уверен, но не думаю, что это больно, особенно в маленькой машине. Общий диаметр стойки составляет ок. 6 1/2 ‘… хотя, честно говоря, никогда не мерял! Это тот же винт, который я тестировал на своей модели A Ford. Щелкните здесь, чтобы просмотреть эту страницу! . Он так хорошо сработал на тесте Ford, что я подумал, что он выдержит и ветряную мельницу. Единственные изменения, которые я внес после этого теста, заключались в том, чтобы отрезать диаметр примерно 8 дюймов и дополнительно сбалансировать его.

Генератор

Генератор, используемый в этой ветряной мельнице, представляет собой асинхронный двигатель мощностью 2 л.с., который я снял с тайваньского фрезерного станка.Я разобрал его и вырезал прорезь в якоре на металлическом токарном станке, чтобы я мог вставить 8 неодимовых редкоземельных магнитов, превратив таким образом асинхронный двигатель в генератор переменного тока с постоянными магнитами на низких оборотах. Магниты имеют прямоугольную форму и изогнуты таким образом, что кажутся подходящими для якоря большинства асинхронных двигателей мощностью 1/2 л.с. и выше. Я прорезал прорезь в якоре так, чтобы при нажатии до упора самая высокая точка на магнитах находилась заподлицо с внешним диаметром якоря. Прорезь вырезана так, чтобы магниты плотно прилегали, а магниты приклеены эпоксидной смолой.Это 4-полюсный двигатель, поэтому для него требуется 4 чередующихся полюса генератора. Чтобы разместить 8 магнитов, мне пришлось вставлять их попарно, причем два магнита одинаковой полярности располагались рядом друг с другом. Эти особые магниты являются излишками от компьютерных жестких дисков и доступны как с севером, так и с югом на выпуклой поверхности. См. Изображение 8 таких магнитов в кольце ниже. Вы найдете эти же магниты в продаже на странице наших продуктов.

Генератор подключен так, что он выдает 12 вольт при напряжении прибл.160 об / мин. Если бы я подключил двигатель по-другому, он мог бы достичь зарядного напряжения при 80 об / мин, но я боялся, что это слишком сильно ограничит ток. Конечно, выход здесь — переменный ток, и его необходимо выпрямить перед зарядкой аккумуляторов. Для этого я использовал мостовой выпрямитель на 40 ампер. Мы также предлагаем большие мостовые выпрямители на странице нашей продукции. Очень важно, чтобы при использовании диода или мостового выпрямителя в этом приложении он был прикреплен к подходящему радиатору, иначе он станет слишком горячим и перегорится! Щелкните здесь, чтобы увидеть страницу наших экспериментов по преобразованию асинхронных двигателей в генераторы с низкой частотой вращения.

Башня

Башня, вероятно, САМАЯ важная часть любой ветряной машины, и ей часто пренебрегают …. это, вероятно, так и здесь! Я установил это в середине февраля, было очень холодно, земля была очень замороженной, и у меня не было возможности залить подходящую бетонную площадку, которая, я думаю, могла бы стать хорошей основой башни. У меня также есть недостаток в том, что я нахожусь в лесу, где нет ровной местности. Хотя это работает нормально, я считаю, что уместной была бы башня намного выше.Моя ветряная мельница в настоящее время находится на высоте 36 футов над землей. Я убрал одну большую сосну, так как подумал, что это лучшее место для башни. Я отрезал пень высотой примерно 3 фута и сделал надрез цепной пилой. Мачта сделана из сосны домовой. Основание его было просверлено насквозь, чтобы он мог поворачиваться в пне. В верхней части имеется стальная сборка из трубы, позволяющая поддерживать и поворачивать ветряную мельницу. Во время сборки мельницы башня опиралась на землю небольшим штативом, сделанным из сосны.Для его подъема использовался штатив большего размера. Башня поддерживается 4 растяжками авиационного троса диаметром 1/8 дюйма с поворотными стяжками на земле для регулировки.

Я просто использовал грузовик, длинный трос и большой штатив, чтобы поднять мачту, все прошло гладко!

Шасси и хвост ветряка

Мельница действительно очень простая. Я начал с куска стали толщиной 3/8 дюйма, к которому можно было прикрутить генератор переменного тока. К нему я приварил трубу, которая подходит к трубе меньшего размера на вершине башни — это то, на чем вращается ветряная мельница.В этой машине нет контактных колец, я просто проложил достаточно троса самолета, чтобы машина могла несколько раз повернуться, прежде чем она затянется. Линия питания от генератора немного длиннее, чем этот кабель, идея состоит в том, что кабель самолета затягивается непосредственно перед шнуром питания. Хвост отведен примерно на 4 фута от оси и прикручен к уголку. Два стальных стержня диаметром 1/2 дюйма служат для дополнительной поддержки хвоста. В самодельных ветряных мельницах я видел … отламывание хвостов — обычная проблема.Эта деталь должна быть прочной, и хорошо сбалансированная опора также поможет предотвратить усталость металла. Я немного сместил хвостовую часть и генератор переменного тока от оси в надежде, что она ускользнет от ветра, если она станет слишком быстрой. Это было сделано интуитивно, у меня нет конкретных данных, как это сделать правильно, но я намеревался двигаться в направлении нескольких самодельных ветряных мельниц, которые я видел раньше. Смотрите дизайн Хью Пигготса!

Производительность

Пока все хорошо. Генератор имеет небольшой эффект зубчатого зацепления, который мешает этой машине легко запускаться при низких скоростях ветра (ниже 10 миль в час).Эту проблему можно решить с помощью более крупной опоры, более широких лопастей или … большего количества лопастей! Думаю, если я попытаюсь улучшить это, я буду использовать более широкие лезвия. После запуска он продолжает хорошо вращаться на очень низких скоростях. У нас очень порывистые ветры, направление часто меняется, поэтому мне сложно дать конкретные данные о мощности и скорости ветра. Лучшая производительность, которую я видел при сильном ветре, составляет прибл. 25 ампер, хотя обычно он выдает 5-15 ампер (на мои 12-вольтовые батареи) при низкой и средней скорости ветра. Возможно, что регулятор может быть изготовлен с согласующим трансформатором или, возможно, с линейным усилителем тока, который будет лучше согласовывать нагрузку с генератором переменного тока и обеспечивать значительно большую мощность, я еще не пробовал этого.Эта машина работает намного лучше, чем меньшие, которые я сделал, используя излишки ленточных двигателей постоянного тока, и до сих пор она хорошо выдерживает очень сильный ветер. Кажется, что в экстремальных условиях он несколько отклоняется от ветра, хотя я сомневаюсь, что это необходимо.

Опять же, строить их дома — это весело и полезно. На мой взгляд, это намного веселее, чем покупка новой дорогой машины! Я надеюсь, что люди предоставят информацию о своих машинах и свои комментарии об этой! Эта машина, хотя и довольно быстрая и простая в сборке, является кульминацией нескольких экспериментов…. винт, генератор, башня. Пожалуйста, посетите нашу страницу продуктов, чтобы узнать о некоторых элементах, которые я использовал для создания этой машины, и некоторых интересных книгах!

Обновление от 8 апреля

Примерно через 8 недель работы произошла поломка! По радио предсказывали ветер со скоростью 80 миль в час. Я позаботился о том, чтобы выйти на улицу, убедиться, что все растяжки в порядке и затянуты, и сделал все, что мог, чтобы обеспечить его выживание. Около 16:00 я проснулся от очень неприятного звука. Хотя он все еще работает и привязан к 20-амперметру, у него определенно была проблема.Оказывается, она метала клинок при очень сильном ветре. Учитывая нехватку времени, которое я вложил в них, это действительно было неожиданностью, и я был благодарен за данные.

Я нашел кусок сломанной лопасти всего в 20 футах от основания мачты. Оказывается, на лезвии определенно была трещина, еще до того, как я поднял ветряную мельницу, я мог определить это по краске, которая просочилась в дерево. Два других лезвия все еще были в прекрасной форме, что говорит о том, что конструкция была бы хорошей, если бы я больше старался использовать более качественную древесину при изготовлении опоры.Это было особенно удивительно, учитывая, как долго машина работала при очень сильном ветре всего с двумя лопастями!

Вместо того, чтобы заменять одно сломанное лезвие, я решил все вместе сделать новый винт. Он немного больше, его диаметр составляет чуть более 7 футов. Эти новые лопасти имеют ширину 4 дюйма на ступице и 3 дюйма на конце. Древесина намного прочнее. Шаг такой же, хотя у этого нового лезвия есть небольшой изгиб. Хотя он работает менее 24 часов, я уже могу сказать, что все начинается намного проще.Он по-прежнему очень тихий даже на высоких скоростях. Это должно быть интересным испытанием, кончики этого нового лезвия имеют толщину всего 3/8 дюйма. Лезвия сделаны из хорошей сосны с вертикальными волокнами, каждое из них весит ровно 11 унций.

Другая полезная информация об этой поломке … башня. Он очень легко спускался и снова поднимался без каких-либо проблем. Я просто использовал А-образную раму, собранную из опор домика, моего грузовика и кабеля. Общее время простоя, 4 часа, вот сколько времени потребовалось, чтобы опустить его, построить новую опору, закончить ее и снова поднять ее в воздух!

В заключение, я полагаю, судя по улучшениям в новых опорах, эта машина, вероятно, со временем будет хорошо себя чувствовать.Наблюдая за ним в течение нескольких недель, кажется, что он нашел работу, производя до 400 Вт. При «нормальном» ветре он производит от 100 до 200 Вт. Кажется, он превосходит некоторые небольшие коммерческие ветряные мельницы, которые я тоже имел возможность наблюдать. Очень тихо даже при сильном ветре. В целом, я бы сказал, что этот эксперимент был удачным! Пожалуйста, напишите нам с комментариями, вопросами или предложениями.

Индукционный генератор

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является отличным генератором, когда он работает со скоростью выше синхронной.Те же особенности, которые делают этот двигатель предпочтительным по сравнению с другими типами двигателей, делают индукционный генератор предпочтительным по сравнению с другими типами генераторов, а именно присущая жесткость конструкции с короткозамкнутым ротором и простота систем управления.

Асинхронный двигатель становится генератором, когда он подключается к системе электроснабжения, а затем приводится в движение каким-либо первичным двигателем со скоростью, превышающей его синхронную. Первичный двигатель может быть турбиной, двигателем, ветряной мельницей или чем-либо, что может обеспечить крутящий момент и скорость, необходимые для приведения двигателя в состояние превышения скорости.

Рабочие характеристики генератора будут незначительно отличаться от характеристик двигателя. Как правило, частота вращения и коэффициент мощности будут ниже, а КПД — выше. Различия могут быть настолько незначительными, что их нельзя будет обнаружить методами измерения в нормальном поле.

Основным преимуществом индукционного генератора является регулирование частоты. Скорость должна строго контролироваться синхронным генератором, чтобы его частота не отклонялась от частоты сети. Выходная частота и напряжение регулируются системой питания индукционных генераторов и не зависят от изменений скорости.Эффект саморегулирования сводит к минимуму сложность системы управления.

Элементы управления индукционного генератора

очень похожи на элементы управления асинхронного двигателя, за некоторыми исключениями:

Система должна быть оборудована регулятором ограничения скорости. В случае потери электрической нагрузки крутящий момент первичного двигателя быстро разгонит систему до потенциально опасных скоростей. Тормоз, регулятор или отключение дроссельной заслонки необходимы, чтобы избежать опасных скоростей.
Электрический выключатель должен быть оборудован для ограничения тока повреждения.В случае короткого замыкания в энергосистеме генератор подает ток короткого замыкания. Токоограничивающие предохранители обычно подходят.
Выходной крутящий момент первичного двигателя должен быть ограничен, чтобы предотвратить перегрузку генератора. Это управление может быть заложено в конструкции первичного двигателя или может быть основано на сигналах обратной связи с выхода генератора. В крайнем случае, первичный двигатель может преодолеть толкающий (пробой) крутящий момент генератора, что приведет к разгону.
В некоторых случаях скорость первичного двигателя может упасть ниже синхронной скорости генератора. Если это произойдет, генератор будет моторизоваться, чтобы привести систему в действие. Если такая реакция нежелательна, то можно отключить питание с помощью реле обратной мощности или можно использовать предохранительную муфту, позволяющую двигателю работать без нагрузки.

Индукционный генератор может использоваться в качестве двигателя для разгона системы до рабочей скорости, или первичный двигатель может использоваться для обеспечения ускорения.В последнем случае нет необходимости учитывать пусковой момент и ток в конструкции машины. Это дает разработчику возможность максимизировать рабочие характеристики при полной нагрузке.

Индукционный генератор все чаще используется как средство восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна. Сгенерированная энергия может потребляться на месте или продаваться коммунальной системе, снабжающей площадку (Закон о регулировании коммунальных предприятий требует, чтобы коммунальное предприятие покупало электроэнергию). Для преобразования этой энергии в электрическую используются ветряные и водные генераторы.

Некоторые типичные области применения индукционных генераторов:

Бумажная фабрика имеет значительный запас топлива в виде коры и древесного лома. Используемый в бойлере, он может генерировать 4000 л.с. избыточного пара. Самая большая отдельная нагрузка — это насос мощностью 2000 л.с., 3600 об / мин. Путем механического соединения турбины мощностью 4000 л.с. и индукционного генератора мощностью 2000 л.с. к насосу топливо можно использовать для приведения в действие насоса и выработки 2000 л.с. электроэнергии. В случае отказа пара генератор можно использовать в качестве двигателя для привода насоса.Кроме того, насос поможет ограничить превышение скорости системы в случае потери электрической нагрузки.
Компания по водоснабжению обнаружила, что она может покупать электроэнергию по низким ценам в ночное время и продавать электроэнергию по высоким ценам в течение дневного периода пиковой нагрузки. Строит низкие и высокие бассейны и устанавливает несколько насосов. Ночью он перекачивает воду из низкого бассейна в высокий бассейн, покупая электроэнергию у коммунального предприятия. В пиковые периоды вода течет обратно через насосы, приводя в действие двигатели в качестве генераторов.Электроэнергия продается коммунальным службам. Устройство настолько простое, что им можно управлять дистанционно.
Ветер постоянно дует между пустыней и горами Калифорнии. Один предприимчивый человек установил несколько башен с ветряными мельницами, приводящими в движение индукционные генераторы через редукторы. Электроэнергия вырабатывается пропорционально скорости ветра и продается местным коммунальным предприятиям. Работа «Ветроэлектростанции» практически автоматическая при наличии соответствующего оборудования.

Существуют определенные различия в использовании индукционных генераторов, которые следует учитывать при применении:

Следует избегать неизбирательного использования асинхронных двигателей в качестве генераторов.Вполне возможно, что конкретный двигатель не будет работать как генератор из-за внутреннего магнитного насыщения. Внутреннее напряжение генератора может быть выше, чем у двигателя с таким же напряжением на клеммах. Магнитная плотность в машине определяется напряжением на воздушном зазоре эквивалентной схемы. Для двигателя напряжение воздушного зазора обычно составляет 85-95 процентов от напряжения на клеммах. Для генератора напряжение воздушного зазора обычно составляет 100-105 процентов от напряжения на клеммах. Это более высокое напряжение в воздушном зазоре может привести к магнитному перенасыщению машины, иметь высокие потери в сердечнике и потреблять высокие токи намагничивания.Вполне возможно, что машина может перегреться при очень низкой выходной нагрузке. Если асинхронный двигатель будет использоваться в качестве генератора, эта информация должна быть известна проектировщику, чтобы он мог сделать соответствующие поправки на магнитную плотность.
обычно рассчитаны на 460 вольт для использования в системе на 480 вольт. Индукционные генераторы должны быть рассчитаны на номинальное напряжение системы или немного выше, чем ниже, потому что генератор теперь является источником энергии, а не нагрузкой в энергосистеме.
могут использоваться для коррекции коэффициента мощности генератора так же, как и для асинхронного двигателя. Однако, если есть вероятность превышения скорости генератора, независимо от того, подключен он к системе питания или нет, конденсаторы должны быть подключены к системе через отдельный выключатель, чтобы при размыкании выключателя генератора конденсаторы не работали. подключен к генератору. В условиях превышения скорости конденсаторы могут перевозбудить генератор и вызвать неконтролируемое высокое напряжение.Эти напряжения могут разрушить системы изоляции генератора, а также могут быть опасными для другого оборудования и персонала.

Индукционные генераторы предназначены для специальных применений, а не для общего использования. Свяжитесь с вашим местным дистрибьютором или торговым представителем, чтобы отправить технический запрос.

Генератор для ветряка из асинхронного двигателя

Как сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя

Принцип работы асинхронного двигателя и генератора

Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя

Тестирование генератора

Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

Генератор из асинхронного двигателя — схема, как сделать своими руками?

Схема генератора из асинхронного двигателя

Устройство генератора

Изготовление генератора из двигателя

Оценка уровня эффективности – выгодно ли это?

Функционирование асинхронного двигателя как генератора

Применение

Советы по изготовлению и эксплуатации

Изготовление генератора для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

Этапы

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Как переделать ротор

Испытания вновь созданного генератора

Изготовление ветряка

Рекомендуемые товары

Ветрогенератор из асинхронного двигателя

Преимущества асинхронного генератора:

Рассмотрим основные этапы переделки

Проточка ротора двигателя под установку магнитов

Расчёт необходимого количества магнитов и их монтаж

Проверка работоспособности генератора

Изготовление исполнительной части ветрогенератора

Апробация ветрогенератора из асинхронного двигателя

Генератор из асинхронного двигателя своими руками

Переделка асинхронного двигателя в генератор

Смотрите видео

Принцип работы асинхронного двигателя и генератора

Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя

Тестирование генератора

Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

как ветрогенератор

Индукционный генератор в качестве ветряного генератора

Конструкция индукционного генератора

Характеристики крутящего момента / скорости асинхронной машины

Автономная индукционная машина

Конденсаторный индукционный генератор с запуском

Однофазный выход от трехфазного индукционного генератора

Индукционный (асинхронный) генератор с прямым подключением — ESIG

Список литературы

Wind Turbine Technologies — ESIG

Фон

Индукционный (асинхронный) генератор с прямым подключением (тип I)

Индукционный генератор с фазным ротором и контролем внешнего сопротивления (тип II)

Асинхронный генератор с двойным питанием — DFAG (тип III)

Турбина с регулируемой частотой вращения и преобразователем номинальной мощности (тип IV)

Тенденции развития технологий

Электрическая устойчивость

Управление реальной мощностью

Динамические характеристики

Список литературы

Страница не найдена | MIT

в изолированной сети — MATLAB и Simulink

Описание

Simulation

Восстановить начальные условия

Ссылки

Мельница | Otherpower

Пропеллер

Генератор

Башня

Шасси и хвост ветряка

Производительность

Индукционный генератор

Индукционный генератор

Добавить комментарий Отменить ответ