Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

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..

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.

Рекомендуемые товары

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:

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

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

Тестирование генератора

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

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

Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора

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

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

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

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

Преимущества заключаются в следующем:

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

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:

  1. Обмотка возбуждения, которая находится на специальном якоре.
  2. 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:

  1. Напряжение, которое подается от аккумулятора или любого иного источника, создает магнитное поле в якорной обмотке.
  2. Вращение элементов устройства вместе с магнитным полем можно реализовать разными способами, в том числе и вручную.
  3. Магнитное поле, вращающееся с определенной скоростью, порождает электромагнитную индукцию, благодаря чему в обмотке появляется электрический ток.
  4. 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:

  1. Статор, который оснащен сетевой обмоткой с 3 фазами, размещенной по его рабочей поверхности.
  2. 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.
  3. Контактные кольца имеют надежный крепеж к валу ротора.
  4. 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.
  5. Нередко, во внутреннем устройстве присутствует такой элемент, как автоматический короткозамыкатель, необходимый для того, чтобы закоротить обмотку и остановить реостат, находящийся в рабочем состоянии.
  6. 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:

  1. 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.
  2. Снять размеры с полученного ротора, после чего из жестяного материала изготовить шаблон в виде полосы, который будет соответствовать габаритам устройства.
  3. Установить в образовавшемся свободном пространстве неодимовые магниты, которые необходимо заранее приобрести. На каждый полюс потребуется не менее 8 магнитных элементов.
  4. 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.
  5. Обернуть ротор обычной бумагой и скотчем, который потребуется для ее фиксации.
  6. Торцовую часть ротора залепить пластилином, что обеспечит герметизацию устройства.
  7. 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.
  8. Дождаться полного застывания залитой смолы, после чего защитную бумажную оболочку можно устранить.
  9. 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.
  10. Определить состояние и предназначение проводов, выходящих из двигателя. Двое должны вести к рабочей обмотке, остальные можно обрезать, чтобы не запутаться в дальнейшем.
  11. Иногда процесс вращения осуществляется довольно плохо, чаще всего причиной являются старые износившиеся и тугие подшипники, в таком случае их можно заменить новыми.
  12. 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:

  1. В ходе их функционирования отсутствует возможность по обеспечению номинальных промышленных параметров электрического тока, который вырабатывается генератором.
  2. Высокая степень чувствительности даже к малейшим перепадам параметров рабочих нагрузок.
  3. 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:

  1. После подключения конденсаторов к зажимам, на обмотке статоров происходит ряд процессов. В частности, в обмотке начинается движение опережающего тока, который создает эффект намагничивания.
  2. Только при соответствии конденсаторов параметрам необходимой емкости, происходит самовозбуждение устройства. Это способствует возникновению симметричной системы напряжения с 3 фазами на статорной обмотке.
  3. 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:

  1. 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.
  2. Работа в качестве ГЭС с небольшой выработкой.
  3. Обеспечение питанием и электроэнергией городской квартиры, частного загородного дома или отдельного бытового оборудования.
  4. Выполнение основных функций сварочного генератора.
  5. 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:

  1. Любая разновидность асинхронных генераторов вне зависимости от сферы, в которой они применяются, является опасным устройством, по этой причине рекомендуется провести его изоляцию.
  2. В процессе изготовления устройства необходимо продумать монтаж измерительных приборов, поскольку потребуется получение данных о его функционировании и рабочих параметрах.
  3. Наличие специальных кнопок, с помощью которых можно управлять устройством, в значительной степени облегчает процесс эксплуатации.
  4. Заземление является обязательным требованием, которое необходимо реализовать до момента эксплуатации генератора.
  5. 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)

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. 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

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.
  • 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.

Читайте также: Носледние новости Украины России и мира сегодня.

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

Самодельный генератор из асинхронного электродвигателя

В стремлении получить автономные источники электроэнергии специалисты нашли способ как своими руками переделать, трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока в генератор. Такой метод имеет ряд преимуществ и отдельные недостатки.

Внешний вид асинхронного электродвигателя

В разрезе показаны основные элементы:

  1. чугунный корпус с радиаторными рёбрами для эффективного охлаждения;
  2. корпус короткозамкнутого ротора с линиями сдвига магнитного поля относительно его оси;
  3. коммутационно контактная группа в коробке (борно), для коммутации обмоток статора в схемы звезда или треугольник и подключения проводов электропитания;
  4. плотные жгуты медных проводов обмотки статора;
  5. стальной вал ротора с канавкой для фиксации шкива клиновидной шпонкой.

Детальная разборка асинхронного электродвигателя с указанием всех деталей показана на рисунке ниже.

Детальная разборка асинхронного двигателя

Достоинства генераторов, переделанных из асинхронных двигателей:

  1. простота сборки схемы, возможность не разбирать электродвигатель, не перематывать обмотки;
  2. возможность вращения генератора электротока ветряной или гидротурбиной;
  3. генератор из асинхронного двигателя широко используется в системах мотор-генератор для преобразования однофазной сети 220В переменного тока в трёхфазную сеть с напряжением 380В.
  4. возможность использования генератора, в полевых условиях раскручивая его от двигателей внутреннего сгорания.

Как недостаток можно отметить сложность расчёта ёмкости конденсаторов, подключаемых к обмоткам, фактически это делается экспериментальным путём.

Поэтому трудно добиться максимальной мощности такого генератора, бывают сложности с электропитанием электроустановок, которые имеют большое значение пускового тока, на циркулярных электропилах с трёхфазными двигателями переменного тока, бетономешалках и других электроустановках.

Принцип работы генератора

В основу работы такого генератора заложен принцип обратимости: «любая электроустановка преобразующая электрическую энергию в механическую, может сделать обратный процесс». Используется принцип работы генераторов, вращение ротора вызывает ЭДС и появление электрического тока в обмотках статора.

Исходя из этой теории, очевидно, что асинхронный электродвигатель можно переделать в электрогенератор. Чтобы осознано провести реконструкцию необходимо понять, как происходит процесс генерации и что для этого требуется. Все двигатели, которые приводит в движение сила переменного тока, считаются асинхронными. Поле статора движется с небольшим опережением относительно магнитного поля ротора, подтягивая его за собой в сторону вращения.

Чтобы получить обратный процесс, генерацию, поле ротора должно опережать движение магнитного поля статора, в идеальном случае вращаться в противоположном направлении. Добиваются этого включением в сеть питания, конденсатора большой ёмкости, для увеличения ёмкости используют группы конденсаторов. Конденсаторная установка заряжается, накапливая магнитную энергию (элемент реактивной составляющей переменного тока). Заряд конденсатора по фазе противоположный источнику тока электродвигателя, поэтому вращение ротора начинает замедляться, обмотка статора генерирует ток.

Этот принцип работы используется практически в электровозах, трамваях при необходимости плавного торможения. По такому же принципу некоторые «Кулибины», замедляют вращение диска электросчётчиков, пытаясь сократить расходы на электроэнергию.

Преобразование

Как практически своими руками преобразовать асинхронный электродвигатель в генератор?

Для подключения конденсаторов надо открутить верхнюю крышку борно (коробка), где расположена контактная группа, коммутирующая контакты обмоток статора и подключены провода питания асинхронного двигателя.

Открытое борно с контактной группой

Обмотки статора могут быть соединены в схему «Звезда» или «Треугольник».

Схемы включения «Звезда» и «Треугольник»

На шильдике или в паспорте на изделие показаны возможные схемы подключения и параметры двигателя при различных подключениях. Указывается:

  • максимальные токи;
  • напряжение питания;
  • потребляемая мощность;
  • количество оборотов в минуту;
  • КПД и другие параметры.

Параметры двигателя, которые указаны на шильдике

В трёхфазный генератор из асинхронного электродвигателя, который делают своими руками, конденсаторы подключаются по аналогичной схеме «Треугольником» или «Звездой».

Вариант включения со «Звездой» обеспечивает пусковой процесс генерации тока на более низких оборотах, чем при соединении схемы в «Треугольник». При этом напряжение на выходе генератора будет немного ниже. Подключение по схеме «Треугольника» предоставляет незначительное увеличение выходного напряжения, но требует более высоких оборотов при запуске генератора. В однофазном асинхронном электродвигателе подключается один фазосдвигающий конденсатор.

Схема подключения конденсаторов на генераторе в «Треугольник»

Используются конденсаторы модели КБГ-МН, или другие марки не менее 400 В бесполярные, двухполюсные электролитические модели в этом случае не подходят.

Как выглядит бесполюсный конденсатор марки КБГ-МН

Так как в бытовых условиях рассчитать необходимую ёмкость конденсаторов для используемого двигателя практически невозможно, экспериментальным путём была составлена таблица.

Расчёт ёмкости конденсаторов для используемого двигателя

Номинальная выходная мощность генератора, в кВтПредположительная ёмкость в, мкФ
260
3,5100
5138
7182
10245
15342

В синхронных генераторах возбуждение процесса генерации происходит на обмотках якоря от источника тока. 90% асинхронных двигателей имеют короткозамкнутые роторы, без обмотки, возбуждение создаётся остаточным в роторе статическим зарядом. Его достаточно чтобы на первоначальном этапе вращения создать ЭДС, которое наводит ток, и подзаряжает конденсаторы, через обмотки статора. Дальнейшая подзарядка уже поступает от генерируемого тока, процесс генерации будет непрерывным, пока вращается ротор.

Автомат подключения нагрузки к генератору, розетки и конденсаторы рекомендуется установить в отдельный закрытый щит. Соединительные провода от борно генератора до щита проложить в отдельном изолированном кабеле.

Даже при неработающем генераторе необходимо избегать прикосновения к клемам конденсаторов контактов розеток. Накопленный конденсатором заряд остаётся длительное время и может ударить током. Заземляйте корпуса всех агрегатов, мотора, генератора, щита управления.

Монтаж системы мотор-генератор

При монтаже генератора с мотором своими руками надо учитывать, что указанное количество номинальных оборотов используемого асинхронного электродвигателя на холостом ходу больше.

Схема мотор-генератора на ременной передаче

На двигателе в 900 об/м при холостом ходе будет 1230 об/м, чтобы получить на выходе генератора, переделанного из этого двигателя достаточную мощность, надо иметь количество оборотов на 10% больше холостого хода:

1230 + 10% =1353 об/м.

Ременная передача рассчитывается по формуле:

Vг = Vм x Dм\Dг

Vг – необходимая скорость вращения генератора 1353 об/м;

Vм – скорость вращения мотора 1200 об/м;

Dм – диаметр шкива на моторе 15 см;

Dг – диаметр шкива на генераторе.

Имея мотор на 1200 об/м где шкив Ø 15 см, остаётся рассчитать только Dг – диаметр шкива на генераторе.

Dг = Vм x Dм/ Vг = 1200об/м х 15см/1353об/м = 13,3 см.

Генератор на ниодимовых магнитах

Как сделать генератор из асинхронного электродвигателя?

Этот самодельный генератор исключает применение конденсаторных установок. Источник магнитного поля, которое наводит ЭДС и создаёт ток в обмотке статора, построен на постоянных ниодимовых магнитах. Для того чтобы это сделать своими руками необходимо последовательно выполнить следующие действия:

  • Снять переднюю и заднюю крышки асинхронного электродвигателя.
  • Извлечь ротор из статора.

Как выглядит ротор асинхронного двигателя

  • Ротор протачивается, снимается верхний слой на 2 мм больше толщины магнитов. В бытовых условиях сделать расточку ротора своими руками не всегда представляется возможным, при отсутствии токарного оборудования и навыков. Нужно обратиться к специалистам в токарные мастерские.
  • На листе обычной бумаги готовится шаблон для размещения круглых магнитов, Ø 10-20мм, толщиной до 10 мм, с силой притяжения 5-9 кг, на кв/см, размер зависит от величины ротора. Шаблон наклеивается на поверхность ротора, магниты размещаются полосами под углом 15 – 20 градусов относительно оси ротора, по 8 штук в полосе. На рисунке ниже видно, что на некоторых роторах отмечены тёмно-светлые полосы смещения линий магнитного поля относительно его оси.

Установка магнитов на ротор

  • Ротор на магнитах рассчитывается так, чтобы получилось четыре группы полос, в группе по 5 полосок, расстояние между группами 2Ø магнита. Промежутки в группе 0.5-1Ø магнита, такое расположение снижает силу залипания ротора к статору, он должен проворачиваться усилиями двух пальцев;
  • Ротор на магнитах, сделанный по рассчитанному шаблону, заливается эпоксидной смолой. После того как она немного подсохнет цилиндрическая часть ротора покрывается слоем стекловолокна и опять пропитывается эпоксидной смолой. Это исключит вылет магнитов при вращении ротора. Верхний слой на магнитах не должен превышать первоначального диаметра ротора, который был до проточки. В противном случае ротор не встанет на своё место или при вращении будет тереться об обмотку статора.
  • После просушки, ротор можно поставить на место и закрыть крышки;
  • Испытывать, электрогенератор необходимо – проворачивать ротор электродрелью, измеряя напряжение на выходе. Количество оборотов при достижении нужного напряжения измеряется тахометром.
  • Зная необходимое количество оборотов генератора, ременная передача рассчитывается по методике описанной выше.

Интересный вариант применения, когда электрогенератор на основе асинхронного электродвигателя, используется в схеме электрический мотор-генератор с самоподпиткой. Когда часть мощности вырабатываемой генератором поступает на электродвигатель, который его раскручивает. Остальная энергия расходуется на полезную нагрузку. Осуществив принцип самоподпитки практически можно на долгое время обеспечить дом автономным электропитанием.

Видео. Генератор из асинхронного двигателя.

Для широкого круга потребителей электроэнергии покупать мощные дизельные электростанции как TEKSAN TJ 303 DW5C с мощностью на выходе 303 кВА или 242 кВт не имеет смысла. Маломощные бензиновые генераторы дорогие, оптимальный вариант сделать своими руками ветровые генераторы или устройство мотор-генератор с самопдпиткой.

Используя эту информацию можно собрать генератор своими руками, на постоянных магнитах или конденсаторах. Такое оборудование очень полезно на загородных домах, в полевых условиях, как аварийный источник питания, когда отсутствует напряжение в промышленных сетях. Полноценный дом с кондиционерами, электрическими плитами и нагревательными бойлерами, мощный мотор циркулярной пилы они не потянут. Временно обеспечить электроэнергией бытовые приборы первой необходимости могут, освещение, холодильник, телевизор и другие, которые не требуют больших мощностей.

Оцените статью:Индукционный генератор

как ветрогенератор

Индукционный генератор как ветрогенератор Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 05.12.2021 Учебники по альтернативной энергии

Индукционный генератор как ветрогенератор

Вращающиеся электрические машины обычно используются в ветроэнергетических установках, и большинство этих электрических машин могут функционировать как двигатель или 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 распространенной машине с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, поскольку они дешевы, надежны и легко доступны в широком диапазоне электрических размеров от машин с дробной мощностью до нескольких мегаватт, что делает их идеальными для использование как в бытовых, так и в коммерческих применениях возобновляемых источников энергии ветра.

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 коммунальной сети и приводиться в действие лопастями ротора турбин при переменной скорости ветра, как только он выведен на линию с 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.

Тем не менее, индукционный генератор может обеспечивать необходимую мощность непосредственно в энергосистему общего пользования, но ему также необходима реактивная мощность, обеспечиваемая электросетью.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 регулятор напряжения, когда он подключен к трехфазной сети. Когда холостой 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.

Поскольку магнитное поле обоймы ротора следует за магнитным полем статора, ротор ускоряется до синхронной скорости, установленной 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 роторов, магнитного поля и, следовательно, крутящего момента.

Разница в скорости вращения между вращающимся магнитным полем статоров и скоростью ротора называется в асинхронных машинах «скольжением».Для обеспечения крутящего момента на валу ротора должно существовать 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 относительное скольжение s асинхронной машины определяется как:

Это скольжение означает, что работа индукционных генераторов, таким образом, является «асинхронной» (несинхронизированной), и чем больше нагрузка на асинхронный генератор, тем выше результирующее скольжение, поскольку для более высоких нагрузок требуются более сильные магнитные поля.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 индукционной машины

В состоянии покоя вращающееся магнитное поле статора имеет одинаковую скорость вращения как по отношению к статору, так и по отношению 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 изменится на противоположную.

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, 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

Мы видели выше, что индукционный генератор требует, чтобы статор был намагничен 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

Конденсаторы возбуждения – это 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 в том случае, 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 ветроэнергетических установках, 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

Таким образом, 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, так как 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 приложений, позволяющих работать 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 доступных ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки использования индукционных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, нажмите здесь, чтобы получить Ваш экземпляр одной из лучших книг по трехфазным индукционным генераторам с самовозбуждением прямо от Amazon.

Как работают ветряные генераторы?

Как работают ветряные генераторы? Ветровые турбины обычно работают по простому принципу: вместо использования электричества для создания ветра, такого как вентилятор, ветряные турбины используют ветер для производства электричества. Ветер вращает похожие на пропеллер лопасти турбины внутри ротора, который вращает генератор для выработки электричества.

Как работают ветряные генераторы?

Скорость и характер ветрового потока значительно различаются по всему миру и зависят от растительности, водоемов и рельефа местности.Люди используют этот поток ветра или силу движения для многих целей: запуск воздушного змея, плавание под парусом и даже производство электроэнергии. Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» объясняют процедуру, с помощью которой ветер используется для производства механической энергии или электричества. Эту механическую энергию можно использовать для различных целей (например, для перекачивания воды или измельчения зерна), или генератор может преобразовывать эту механическую энергию в электричество.

Как работают ветряные генераторы? (Ссылка: Renewableenergyhub.co.uk )

Ветряная турбина преобразует энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу от лопастей ротора, которые действуют как лопасти винта вертолета или крыло самолета. Когда ветер движется поперек лопасти, давление воздуха на одну часть лопасти уменьшается. Разница в давлении воздуха в двух частях лопасти создает как силу сопротивления, так и подъемную силу.

Подъемная сила больше, чем сопротивление, и это заставляет ротор вращаться. Ротор прикреплен к генератору либо прямо (если это турбина с прямым приводом), либо внутри вала и последовательного расположения шестерен (или редуктора), которые увеличивают скорость вращения и позволяют использовать генератор меньшего размера.Этот эффект аэродинамической силы вращает генератор для выработки электричества. Посетите здесь, чтобы увидеть этот эффект теоретически.

Как ветряная турбина вырабатывает электричество?

Основным компонентом ветряной турбины является генератор, преобразующий механическую энергию в электричество. С начала 20 века мы знали, что если вы вращаете проводник в магнитной среде, он производит электричество в соответствии с законом Фарадея. Итак, ветер обеспечивает крутящий момент и движение, а генератор делает все остальное.

Для промышленных турбин, подобных тем, которые вы можете увидеть на ветряных электростанциях, обычно имеется анемометр, присоединенный к панели управления. Турбина работает при скорости ветра более 8 миль в час, но система отключается со скоростью более 50 миль в час, чтобы предотвратить повреждение.

Wind Farm View (Ссылка: energy.gov )

Редуктор используется для изменения замедленного движения, которое мы видим от вращения лопастей, на более быстрое движение оси, которая практически управляет генератором.Это один из самых дорогих компонентов системы, преобразующий скорость от 25 до 50 оборотов в минуту в тысячу оборотов в минуту. Это одна из областей, которую разработчики и исследователи стремятся создать более эффективно, чтобы более мощный электрический ток мог генерироваться на более медленных скоростях.

Привод рыскания обычно используется для поворота группы лопастей против встречного ветра, чтобы справиться с переменным направлением ветра. Генератор вырабатывает переменный ток, который подается в систему и используется для питания окружающих домов.Если вы хотите больше узнать о принципе работы генератора ветряных турбин, вам следует сначала взглянуть на их различные типы.

Типы ветрогенераторов

Когда мы хотим дать ответ на этот главный вопрос: «Как работают ветряные генераторы?», Мы должны более подробно изучить структуру различных типов. Ветряная турбина состоит из двух основных частей: лопасти ротора и генератора ветровой турбины или WTG. WTG – это электрическая система, используемая для производства электроэнергии.Электрический генератор с низкой частотой вращения используется для преобразования механической энергии вращения, производимой силой ветра, в полезную электроэнергию, чтобы обеспечить электричеством наши дома, и он лежит в основе любой ветроэнергетической системы.

Индукционный генератор

(Ссылка: energy.gov )

Преобразование вращательной механической энергии, создаваемой лопастями ротора (представленных в качестве первичного двигателя) в полезную электрическую энергию для использования в осветительных приборах и бытовом энергоснабжении или для зарядки аккумуляторов, может осуществляться с помощью любого из следующих основных видов вращательных электрических систем. обычно используется в ветроэнергетических установках:

  • Индукционная система переменного тока (AC), также представленная как генератор переменного тока
  • Система постоянного тока (DC), также представленная как Dynamo
  • Синхронная система переменного тока (AC), также представленная как генератор переменного тока

Все эти электрические системы представляют собой электромеханические инструменты, работающие на основе закона электромагнитной индукции Фарадея.То есть они работают с взаимодействием электрического тока и магнитного потока или потока заряда. Поскольку эта процедура обратима, та же система может использоваться как обычный электродвигатель для преобразования электрической энергии в механическую или как генератор, преобразующий механическую энергию обратно в электрическую.

Электрические системы, наиболее часто используемые для ветряных турбин, – это те, которые работают как генераторы, при этом индукционные и синхронные генераторы обычно используются в более крупных установках ветряных турбин.Как правило, в самодельных или небольших ветряных турбинах обычно используется низкоскоростная система постоянного тока или динамо, поскольку они компактны, дешевы и намного проще в подключении.

Итак, имеет ли значение, какую электрическую систему мы можем использовать для создания энергии ветра? Лучшим ответом будет как «Нет», так и «Да», поскольку все зависит от формы настройки и приложения, которое вы хотите. Низковольтный выход постоянного тока от генератора или динамо-машины более старой формы может использоваться для зарядки батарей, тогда как более высокий синусоидальный тип переменного тока от генератора переменного тока может быть подключен непосредственно к местной сети.

Кроме того, выходное напряжение и потребность в энергии полностью зависят от имеющихся у вас приборов и от того, как вы хотите их использовать. Кроме того, они связаны с местом расположения генератора ветровой турбины: будет ли источник ветра поддерживать его непрерывное вращение в течение длительных периодов времени, или скорость генератора и, следовательно, его выходная скорость будут уменьшаться и увеличиваться с изменениями текущего ветра.

Производство электроэнергии

Генератор ветряной турбины – это то, что производит электричество, преобразуя механическую энергию в электрическую.Давайте здесь будем точными; они не производят энергии и не производят больше электроэнергии, чем количество механической энергии, используемой для перемещения лопастей ротора. Чем больше «энергия» или электрическая нагрузка, предъявляемая к системе, тем больше механической нагрузки требуется для вращения ротора. Вот почему генераторы бывают разных размеров и вырабатывают разное количество электроэнергии.

В случае «ветряного генератора», ветер толкает прямо против лопастей турбины, что преобразует линейное движение ветра во вращательное, что необходимо для вращения ротора генератора, и чем сильнее он толкает, тем сильнее может производиться больше электроэнергии.Тогда жизненно важно иметь соответствующую модель лопасти ветряной турбины, чтобы извлекать из ветра как можно больше энергии.

Все электрические турбогенераторы работают за счет воздействия магнитного поля на электрическую катушку. Когда электроны движутся внутри электрической катушки, вокруг нее создается магнитная среда. Точно так же, когда магнитное поле проходит мимо катушки с проволокой, в катушке возникает напряжение, как это объясняется законом магнитной индукции Фарадея, заставляющим электроны двигаться.

Простой генератор с использованием магнитной индукции

Затем мы можем видеть, что, пропуская магнит через одиночный виток провода, напряжение, вводимое как ЭДС (электродвижущая сила), индуцируется через петлю провода на основе магнитного поля системы. Когда в проволочной петле возникает напряжение, электрический ток в случае потока электронов начинает течь по петле, создавая электричество.

Простой генератор, использующий магнитную индукцию (Ссылка: Renewableenergyhub.co.uk )

Но что, если вместо простой отдельной проволочной петли, как показано, у нас было бы несколько петель, соединенных вместе одного размера, чтобы создать катушку из проволоки? Конечно, в этом случае при той же величине магнитного поля может быть получено гораздо больше напряжения и, следовательно, тока.

Это связано с тем, что магнитный поток разрезает большее количество проводов, создавая более высокую ЭДС, и это основной принцип закона электромагнитного воздействия Фарадея, и система переменного тока использует этот принцип для преобразования механической энергии, такой как движение от ветряной турбины или гидроэлектростанции. турбину, в электрическую мощность, генерирующую синусоидальную форму волны.

Итак, мы видим, что существует три основных требования для производства электроэнергии, а именно:

  • Катушка или расположение проводов
  • Установка магнитного поля
  • Относительное движение между полем и проводниками

Тогда, чем быстрее катушка с проводом циркулирует, тем выше скорость модификации, при которой магнитный поток сокращается катушкой, и тем выше создаваемая ЭДС в катушке. Точно так же, если магнитный поток создается сильнее, созданная ЭДС улучшится при той же скорости вращения.В результате наведенная ЭДС пропорциональна Φ и N. Где «Φ» – это поток магнитного поля, а «N» – скорость вращения. Кроме того, полярность создаваемого напряжения зависит от направления магнитных проводов потока и направления движения проводника.

Существуют две основные формы электрического генератора и генератора переменного тока: генератор с возбужденным полем и генератор с постоянными магнитами с обеими формами, включая две основные части: ротор и статор.

Ротор – это часть системы, которая «вращается». Опять же, ротор может иметь движущиеся выходные катушки или определенные типы постоянных магнитов. Статор является «стационарным» компонентом системы и может иметь либо набор постоянных магнитов в рамках своей модели, либо набор электрических обмоток, генерирующих электромагнит. Обычно генераторы и генераторы переменного тока, используемые для генераторов ветряных турбин, объясняются тем, как они создают свой магнетизм, постоянные магниты или электромагниты.

Практических преимуществ и недостатков обеих форм нет. Большинство бытовых ветряных генераторов, представленных на рынке, используют постоянные магниты в конструкции турбогенератора, что создает необходимое магнитное поле при движении системы, хотя в некоторых действительно используются электромагнитные катушки.

Установка ветряных турбин в жилых помещениях (Ссылка: Renewableenergyhub.co.uk )

Эти высокопрочные магниты обычно изготавливаются из редкоземельных материалов, таких как самарий, кобальт (SmCo) или неодимовое железо (NdFe), что устраняет необходимость в обмотках возбуждения для обеспечения постоянного магнитного поля, что приводит к более простой и прочной конструкции.Обмотки намотки поля имеют преимущество согласования своего магнетизма (и, следовательно, энергии) с различной скоростью ветра, но нуждаются в дополнительном источнике энергии для создания необходимого магнитного поля.

Теперь мы понимаем, что электрический генератор поддерживает средство преобразования энергии между механической нагрузкой, создаваемой лопастями ротора, выступающими в качестве первичного двигателя, и некоторыми другими электрическими нагрузками. Механическое соединение ветрогенератора с лопастями ротора выполнено с основным валом, который может быть либо простым прямым приводом, либо за счет использования редуктора для уменьшения или увеличения скорости генератора относительно скорости движения лопастей.

Использование редуктора позволяет лучше согласовать скорость генератора со скоростью турбины, но недостатком использования редуктора является то, что как механическая часть она подвержена износу, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности устройства. Однако прямой привод может быть проще и эффективнее, но подшипники ротора и вал генератора подвергаются общей массе и вращательной нагрузке лопастей ротора.

Кривая выходной мощности ветряного генератора

Таким образом, форма ветряного генератора, необходимого для особого местоположения, зависит от мощности ветра и характеристик самой электрической системы.Все ветряные турбины имеют особые характеристики, связанные со скоростью ветра.

Кривая выходной мощности ветряного генератора (Ссылка: alternate-energy-tutorial.com )

Генератор или генератор не вырабатывают выходную мощность до тех пор, пока его скорость вращения не превысит его скорость ветра при включении, когда нагрузка ветра на лопасти ротора достаточна для преодоления трения, а лопасти ротора достаточно точны для генератор, чтобы начать производство полезной энергии.

Выше этой скорости включения генератор должен создавать мощность, соответствующую кубу скорости ветра (K.V 3 ), пока не достигнет своей потенциальной номинальной выходной энергии.

Выше этой номинальной скорости мощность ветра на лопастях ротора приближается к оптимальной прочности электрической системы, и генератор вырабатывает максимальную или номинальную выходную энергию по мере достижения окна номинальной скорости ветра. Если скорость ветра имеет тенденцию улучшаться, генератор ветряной турбины останавливается на значении отключения, чтобы предотвратить электрические и механические повреждения, что приведет к нулевому производству электроэнергии.Тормозом, предотвращающим повреждение системы, может быть электрический датчик скорости или механический регулятор.

Купить ветрогенератор, такой как ветряные генераторы мощностью 400 Вт, для зарядки аккумуляторов – непростая задача, и есть несколько особенностей, которые следует учитывать. Цена только одна из них. Обязательно выберите электрическую систему, соответствующую вашим требованиям. Если вы устанавливаете конфигурацию с подключением к сети, выберите генератор сетевого напряжения переменного тока.Если вы настраиваете устройство на батарейках, поищите систему постоянного тока для зарядки батарей. Также учитывайте механическую структуру генератора, включая размер и вес, рабочую скорость и защиту от окружающих.

Чтобы узнать больше о «Как работают ветряные генераторы», или получить больше информации о ветровой энергии о различных доступных ветроэнергетических системах, или изучить недостатки и преимущества ветровой энергии, щелкните здесь.

Система фиксированной скорости

– обзор

2.18.4.1 Сравнение традиционных и ветроэнергетических технологий

Существуют заметные различия между традиционными и ветроэнергетическими технологиями. Наиболее примечательные из них включают первичный источник энергии, номинальную мощность отдельных блоков, а также стратегии управления и регулирования, которые используют различные системы генерации.

Как упоминалось ранее, первичная энергия ветряных турбин случайна и колеблется и не может быть сохранена. Для сравнения, в традиционных технологиях генерации используется топливо, которое можно хранить и которое доступно в любой момент.

Номинальная мощность больших ветряных турбин значительно выросла за последние 10 лет, но даже в этом случае номинальная мощность самой большой ветряной турбины, построенной на сегодняшний день, составляет всего 7,5 МВт [8]. Кроме того, размер ветряных турбин намного меньше, чем у обычных синхронных генераторов. Основная цель стратегий управления обычных систем генерации – обеспечить мощность, требуемую нагрузкой. Однако в настоящее время стратегии управления ветряными турбинами направлены на максимальное увеличение выходной мощности независимо от нагрузки, чтобы минимизировать затраты.

Разработаны различные системы преобразования кинетической энергии ветра в электрическую [3, 8–10, 82, 86–88]. Архитектура этих систем, как и элементы управления и стратегии, очень разнообразна. Различные конфигурации ветряных турбин будут зависеть от типа задействованного генератора, изменчивости или постоянства скорости вращения, с которой работает система, и установленных устройств управления мощностью. Специфические особенности этих конфигураций могут влиять на характеристики генерируемой электроэнергии и в разной степени влиять на реакцию на помехи, вызванные сетью.

Хотя системы с регулируемой скоростью имеют более высокую технологическую сложность и, возможно, более низкую надежность, они все же предлагают ряд преимуществ по сравнению с системами с фиксированной скоростью. Они включают большую способность сглаживать колебания скорости ветра. Системы с регулируемой скоростью также лучше способны улавливать энергию при работе в диапазоне частичной нагрузки. Из-за более высокого качества выходной мощности, которую они вводят в сеть, в большинстве крупных ветряных турбин внедряются системы регулируемой скорости с регулируемым шагом.

Возможны различные конфигурации для работы ветряных турбин с регулируемой скоростью. Эти конфигурации могут быть основаны на синхронных генераторах, индукционных генераторах или асинхронных генераторах. Электроэнергия вырабатывается с переменной частотой, и с помощью силовых электронных устройств эта частота преобразуется в частоту сети.

В зависимости от типа турбины, турбины с регулируемой частотой вращения могут регулировать реактивную мощность с помощью электронного преобразователя.Такой контроль гарантирует, что напряжение на выводах генератора остается в установленных пределах. То есть ветряная турбина потенциально может работать аналогично синхронным генераторам на обычных электростанциях.

Исследования и разработки разнообразных силовых электронных устройств в настоящее время интенсифицируются, чтобы ветряные электростанции могли пользоваться возможностями управления на том же уровне, что и характеристики вмешательства традиционной электростанции [105, 106].Точно так же, как для получения таких характеристик может использоваться широкий спектр стратегий, точки, в которых силовые электронные устройства могут быть установлены на ветряной электростанции, также могут быть разнообразными.

Следует отметить, что инновационные тенденции, которые следовали за более крупными ветряными турбинами, составляющими ветряные электростанции, не были скопированы небольшими ветряными турбинами ( Рисунок 37 ). Небольшие ветряные турбины, используемые в автономных системах, системах MG и DG, не достигли того же технологического уровня, а затраты на установленный киловатт выше, чем у больших ветряных турбин [8].Развитие различных систем, которые составляют малые ветряные турбины, застопорилось, и, следовательно, различия между электрическими системами и системами управления малых и больших ветряных турбин огромны.

Рисунок 37. Малая ветряная турбина номинальной мощностью 15 кВт.

Обычные синхронные генераторы, как указано в разделе 2.18.2, имеют устройства управления, которые используют информацию обратной связи, предоставляемую сетью, для регулирования частоты и напряжения системы. Однако в настоящее время устройства управления ветряными турбинами, подключенные к электрическим сетям, не используют информацию обратной связи, предоставляемую этими сетями, для участия в задачах регулирования напряжения и частоты.Однако современные ветряные турбины с регулируемой скоростью потенциально могут регулировать себя с учетом напряжения и частоты сети [3, 8–10, 82, 86–88, 105].

Помимо экономических факторов, одной из причин, по которой такие механизмы контроля не были установлены в широком масштабе, является случайный характер ветра. Использование подходящих инструментов прогнозирования для краткосрочной выработки энергии ветряной электростанцией могло бы помочь в этом отношении, но в настоящее время сама сеть отвечает за поддержание частоты и напряжения в указанных пределах.

Отсутствие механизмов обратной связи в ветряных турбинах имеет ряд различных последствий в зависимости от типа сети и процента энергии ветра, вводимой в нее.

Генератор и генератор переменного тока в сравнении | Otherpower

| Генераторы для автомобилей | Самодельные генераторы с постоянными магнитами | Преобразованные асинхронные двигатели с постоянным магнитом |
Генераторы постоянного тока | Бесщеточные двигатели с постоянным током постоянного тока | Асинхронные двигатели |
Para Español, перевод Хулио Андраде.

Генераторы автомобильные
  • Преимущества: дешево, легко найти, предварительно смонтировано.
  • Недостатки: требуется высоких оборотов в минуту, требуются шестерни или шкивы, низкая выходная мощность, контактные кольца требуют обслуживания.
  • Пригодность для ветроэнергетики: ПЛОХО
Самая большая проблема с использованием автомобильных генераторов для ветроэнергетики заключается в том, что они предназначены для вращения со слишком высокой скоростью, чтобы их можно было использовать в ветроэнергетических установках без значительных модификаций. Даже небольшая, казалось бы, быстрая ветряная мельница может выполнять большую часть своей работы при 600 об / мин, что недостаточно для генератора переменного тока легкового или грузового автомобиля.Это означает, что необходима передача с помощью шкивов или других методов, поэтому большая часть мощности теряется из-за трения – большая проблема для энергии ветра или воды, но не проблема для бензинового двигателя. Насколько полезны автомобильные генераторы для создания небольшого газового зарядного устройства, ЗДЕСЬ.

Стандартный генератор для легкового или грузового автомобиля является электромагнитным – это означает, что часть электроэнергии, производимой устройством, должна использоваться внутри и отправляться в якорь через щетки и контактные кольца для создания магнитного поля.Генераторы переменного тока, которые используют электричество для генерации тока возбуждения, менее эффективны и более сложны. Однако их довольно легко регулировать, поскольку магнитный поток внутри можно изменять, регулируя мощность поля.

Кроме того, изнашиваются щетки и контактные кольца, что требует более тщательного обслуживания. Генераторы легковых и грузовых автомобилей также могут быть перемотаны для выработки мощности на более низких скоростях. Это достигается заменой существующих обмоток статора большим количеством витков провода меньшего сечения. Этот проект не для слабонервных, но если вам интересно, посетите нашу страницу ПРОДУКТЫ, чтобы найти недорогой буклет «Секреты генератора» Томаса Линдсея.Буклет бесценен для любого экспериментатора генератора переменного тока! Кроме того, некоторые магазины генераторов / электродвигателей могут сделать это за вас.

Самодельные генераторы с постоянными магнитами
  • Преимущества: Низкая стоимость ватт выходной мощности, очень эффективный, возможна большая выходная мощность, чрезвычайно прочная конструкция
  • Недостатки: Проект трудоемкий, довольно сложный, требуется механическая обработка.
  • Пригодность для ветроэнергетики: ХОРОШО

Самодельный генератор переменного тока с тормозным диском Volvo PM, 800 Вт, 150 долларов США!

Хью Пигготт из Шотландии был пионером в создании генераторов с постоянными магнитами с нуля.Во многом мы вдохновлялись его проектами. Спасибо, Хью!

Наши эксперименты последовательно показали, что самодельные генераторы с постоянными магнитами являются наиболее мощным и экономичным решением для создания ветряных генераторов. Их характеристики на низких оборотах превосходны, а на высоких скоростях они действительно могут раскрутить усилители благодаря своей эффективности. Наши новейшие генераторы с постоянным магнитом основаны на узлах дисковых тормозов Volvo, которые очень прочные и имеют упорные подшипники, встроенные в блок. Наши более крупные блоки имеют «дисковую» или «осевую» конструкцию…плоская пластина магнитов вращается рядом с плоской пластиной катушек. Наши генераторы с постоянными магнитами меньшего размера представляют собой «радиальные» конструкции, в которых магниты прикреплены к внешнему радиусу якоря. Поскольку все генераторы переменного тока вырабатывают переменный ток, выход должен быть преобразован в постоянный ток с помощью мостовых выпрямителей для зарядки аккумулятора.

На сегодняшний день наши конструкции были однофазными для простоты строительства. Трехфазные генераторы переменного тока имеют некоторые преимущества (они несколько более эффективны и лучше используют доступное пространство), но их сложнее построить.

С опорой диаметром 7 футов наши тормозные конструкции Volvo могут обеспечить более 60 ампер в 12-вольтовой батарее при скорости ветра 30 миль в час – это около 700 Вт. Мы наблюдали пик конструкции Volvo, превышающий 100 ампер во время сильного ветра! Это дает этим самодельным конструкциям большое преимущество перед преобразованными асинхронными двигателями аналогичного размера, которые быстро становятся неэффективными и достигают максимальной выходной мощности 20-25 А с опорой диаметром 7 футов.

Ознакомьтесь со всеми нашими проектами генераторов с постоянными магнитами на нашей странице ЭКСПЕРИМЕНТЫ!

Преобразователи с асинхронными двигателями
  • Преимущества: дешево, легко найти, довольно легко переоборудовать, хорошие характеристики на низких оборотах.
  • Недостатки: выходная мощность ограничена внутренним сопротивлением, неэффективна на высоких скоростях, требуется механическая обработка.
  • Пригодность для ветроэнергетики: OK

Якорь с постоянными магнитами

Обычный асинхронный двигатель переменного тока может быть преобразован в генератор с постоянными магнитами по очень низкой цене. Наши эксперименты показали, что эти преобразования производят значительную мощность на очень низких скоростях, но быстро становятся неэффективными на более высоких уровнях мощности.

Асинхронный двигатель имеет центральный сердечник без проводов, просто чередующиеся пластины из алюминия и стали (снаружи он будет выглядеть гладким). Если вы проделаете канавку в этом центральном сердечнике для размещения постоянных магнитов, устройство станет генератором переменного тока с постоянными магнитами! Мы продаем сверхмощные неодимовые магниты, форма и поляризация которых идеально подходят для этого применения – ознакомьтесь с нашей страницей продуктов.

На практике наши ветряные генераторы, сделанные из них, работают достаточно хорошо, пока не достигают выходной мощности 10-20 ампер.В этот момент они быстро становятся неэффективными – требуется значительное увеличение скорости ветра, чтобы выработать лишь немного больше мощности, а остальная часть тратится впустую в виде тепла внутри устройства. Асинхронные двигатели намотаны проволокой, которая слишком тонкая для выработки большого количества энергии. В наших тестах преобразователь ветряной мельницы с асинхронным двигателем с постоянными магнитами DanB достигает пикового значения около 25 ампер при скорости ветра 30 миль в час с опорой диаметром 7 футов. Для сравнения, 7-футовая опора на эффективном генераторе с постоянными магнитами, сделанном с нуля, дает пики в 50-60 ампер при аналогичном ветре! Модернизированные двигатели также имеют тенденцию к «зубчатой ​​передаче» при запуске…Вы можете почувствовать сопротивление, когда поворачиваете вал. Это несколько влияет на запуск на низкой скорости.

Если вам подходит меньшая мощность при сильном ветре, эти устройства могут стать довольно простым проектом ветряного генератора. Ищите асинхронные двигатели переменного тока с минимально возможной скоростью вращения. Трехфазные двигатели будут работать лучше, чем однофазные. Поскольку генераторы вырабатывают переменный ток (AC), мощность необходимо преобразовывать в постоянный ток с помощью мостовых выпрямителей.

Советы и фотографии – преобразование асинхронного двигателя переменного тока в генератор с постоянными магнитами.

Генераторы постоянного тока
  • Преимущества: Простые и предварительно собранные, некоторые из них хороши на низких оборотах.
  • Недостатки: Требуются большие затраты на обслуживание, большинство из них не подходят для низких оборотов, большие размеры очень трудно найти, маленькие имеют ограниченную выходную мощность.
  • Пригодность для ветроэнергетики: От плохого до ОК
Генераторы вырабатывают постоянный ток, а батареям нужен постоянный ток для зарядки. Генераторы использовались в автомобилях примерно до 1970 года, когда генераторы стали более практичными (из-за доступности дешевых небольших диодов).Даже старые автомобильные генераторы должны вращаться слишком быстро, чтобы их можно было использовать в ветроэнергетике, но было много хороших планов по их модификации. Ознакомьтесь с нашей страницей ПРОДУКТОВ для LeJay Manual , которое содержит много полезных, хотя и сложных, планов для этого. Генераторы довольно сложны по сравнению с генераторами. У них должны быть щетки и сложные коммутаторы. Щетки требуют обслуживания, а коммутаторы могут изнашиваться. В большинстве случаев генераторы сегодня более практичны, хотя иногда генераторы действительно имеют определенные преимущества.Некоторые двигатели постоянного тока с низкой частотой вращения можно приобрести в качестве излишка, и они отлично работают в качестве 12-вольтных генераторов с низкой частотой вращения. Это старые ленточные накопители для мэйнфреймов, которые иногда можно приобрести в местных магазинах электроники и в магазинах электроники, а также на Ebay. Ознакомьтесь с нашей страницей с двигателем для стримера ЗДЕСЬ Они не производят много энергии … вы можете рассчитывать на выходную мощность всего 100-200 Вт … но эти двигатели – это почти научный проект в коробке! Наденьте раму и опору 3-4 фута, и у вас будет небольшой работающий ветрогенератор.
Излишки ленточных приводов могут стать быстрым и легким генератором для небольших ветряков

Бесщеточные серводвигатели постоянного тока с постоянным током Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами – это просто генератор переменного тока с постоянными магнитами! Специальная схема драйвера обеспечивает питание переменного тока, синфазное с вращением. Если вам удастся найти большой из этих излишков, возможно, у вас будет отличный старт для ветроэнергетического проекта. Они используются в робототехнике и точном управлении, а в некоторых используются магниты из Nd-Fe-B для достижения высокого крутящего момента в небольшом пространстве.Как и в случае с излишками двигателей с ленточным приводом, мы бы не стали доверять подшипникам, чтобы выдержать их в ветроэнергетике … добавьте больше подшипников, чтобы не повредить оригинальный передний подшипник двигателя. Нам пока не удалось найти ни один из этих излишков для экспериментов. Если вы пробовали это сделать или у вас есть дополнительная информация об источниках, напишите нам! Однако у нас есть небольшая версия … в нашем самодельном анемометре используется небольшой избыточный бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, который можно дешево купить на страницах наших продуктов.
Внешний вид нашего крошечного бесщеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами выглядит так же, как генератор переменного тока Wood 103!

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока Можно заставить трехфазный асинхронный двигатель вырабатывать электроэнергию, как трехфазную, так и однофазную.Для этого требуется контроллер и конденсатор. Генератор должен работать с довольно постоянной скоростью. По этой причине этот тип генератора больше подходит для гидроэлектростанций с постоянной скоростью, чем для ветра, где скорость меняется, хотя это возможно. Мы еще не экспериментировали с этой техникой, так как у нас нет подходящего источника гидроэнергии. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с книгой Найджела Смита Motors as Generators for Micro-Hydro Power .

Потребление электроэнергии ветряными турбинами [AWEO.org]

Энергопотребление в ветроустановках

Для работы больших ветряных турбин требуется большое количество энергии. Другие электростанции обычно используют собственное электричество, и разница между количеством, которое они производят, и количеством, поставляемым в сеть, легко определяется. Однако ветряные электростанции используют электроэнергию из сети, которая, по всей видимости, не учитывается в их показателях выработки. Например, на объекте в Сирсбурге, штат Вермонт, он, по-видимому, даже не измеряется и полностью неизвестен [щелкните здесь].* Производители больших турбин – например, Vestas, GE и NEG Micon – не включают потребление электроэнергии в свои спецификации.

Среди функций ветряных турбин, использующих электричество, следующие: †

  • механизм рыскания (для удержания узла лопастей перпендикулярно ветру; а также для раскручивания электрических кабелей в башне при необходимости) – гондола (корпус турбины) и лопасти вместе весят 92 тонны на турбине GE мощностью 1,5 МВт
  • регулировка шага лопастей (для поддержания постоянной скорости вращения роторов)
  • освещение, контроллеры, связь, датчики, измерения, сбор данных и т. д.
  • нагрев лопаток – для этого может потребоваться 10-20% от номинальной (номинальной) мощности турбины
  • нагрев и осушение гондолы – согласно датскому производителю Vestas, «потребление энергии для нагрева и осушения гондолы следует ожидать в периоды с повышенной влажностью, низкими температурами и низкой скоростью ветра»
  • подогреватель масла, насос, радиатор и система фильтрации в коробке передач
  • гидравлический тормоз (для блокировки лопастей при сильном ветре)
  • тиристоры (для градуировки подключения и отключения между генератором и сетью) – теряется 1% -2% проходящей энергии
  • намагничивание статора – индукционные генераторы, используемые в большинстве крупных турбин, подключенных к сети, требуют «большого» количества непрерывного электричества от сети для активного питания магнитных катушек вокруг асинхронного «клеточного ротора», который охватывает вал генератора; при номинальной скорости ветра он помогает поддерживать постоянную скорость вращения ротора, а когда ветер начинает дуть, он помогает начать вращение ротора на (см. следующий пункт) ; при номинальной скорости ветра статор может использовать мощность, равную 10% от номинальной мощности турбины, при более медленном ветре возможно намного больше
  • использование генератора в качестве двигателя (чтобы помочь лопастям начать вращаться при низкой скорости ветра или, как многие подозревают, для поддержания иллюзии, что объект вырабатывает электроэнергию, когда это не так, ‡ особенно во время важных осмотров объекта или проверки шума (удерживая лопасти опущенными, то есть бесшумными)) – кажется возможным, что намагниченный сеткой статор должен работать, чтобы поддерживать вращение 40-тонного узла лопастей вместе с шестернями, которые увеличивают частоту вращения лопастей примерно в 50 раз для генератора, не только при врезке (или для показа при еще меньшем ветре), но, по крайней мере, на некотором подъёме к полной номинальной скорости ветра; он также может вращать лопасти и вал ротора, чтобы предотвратить деформацию, когда нет ветра§
Может ли случиться так, что порой каждая турбина потребляет более 50% своей номинальной мощности в своей работе ?! Если это так, то завод в целом – который может производить только 25% своей номинальной мощности в год – будет использовать (бесплатно!) Вдвое больше электроэнергии, чем он производит и продает.Возможно, это маловероятная ситуация, но отрасль не публикует никаких данных, подтверждающих обратное; входящая мощность, по-видимому, обычно не регистрируется.

Существует ли какой-то обширный заговор, охватывающий мировую индустрию, от производителей и разработчиков до коммунальных предприятий и операторов? Этого не должно быть, если все инженеры разделяют предположение, что ветряные турбины не потребляют значительного количества энергии по сравнению с их выходной мощностью, и, следовательно, не стоит этого замечать, а тем более измерения. Такое предположение может быть основано на опыте десятилетий назад с небольшими турбинами, генерирующими постоянный ток, просто перенесенными на генераторы переменного тока, которые продолжают давать метастазы.Каким бы ошибочным ни было такое предположение, оно остается в силе до тех пор, пока никто не ставит его под сомнение. Никаких заговоров не нужно – корыстной лени достаточно.

Каким бы ни был фактический объем потребления, это может серьезно уменьшить любые претензии по обеспечению значительного количества энергии. Вместо этого похоже, что промышленная ветроэнергетика может оказаться схемой отмывания денег: «грязная» энергия входит, «чистая» энергия выходит. Это объясняет, почему разработчики требуют законодательства для создания рынка «зеленых кредитов» – токенов «чистой» энергии, таких как индульгенции, продаваемые средневековой церковью. Ego te absolvo.

(Достаточно только попросить коммунальные службы показать, насколько меньше «грязной» электроэнергии они покупают из-за энергии ветра, чтобы увидеть, что что-то не так в заявлениях ветроэнергетики. Если бы ветер работал, а не был просто украшением витрин, промышленность приводит некоторые реальные цифры. Но они этого не делают. Начинает подозревать, что они не могут.)

* Уэйн Гулден проанализировал ежедневные отчеты о производстве ветряной турбины Vestas V82 мощностью 1,65 МВт в Университете Миннесоты, Моррис, с 2006 по 2008 год.Эти записи включают отрицательное производство, то есть чистое потребление, а также среднесуточную скорость ветра. Данные показывают, что турбина потребляет как минимум около 50 кВт, или 8,3% от заявленной выработки за эти годы (которая ежегодно снижалась на 2-4%).

Есть еще вопрос реактивной мощности (VAR). Поскольку ветряные установки обычно строятся в отдаленных районах, от них часто требуется предоставление VAR для поддержания сетевого напряжения. Таким образом, большая часть их продукции может быть направлена ​​на обеспечение только этой «безэнергетической» энергией.

См. Также: «Четыре турбины Техачапи могут быть затоплены», Гордон Лулл, 7 ноября 2012 г .: «[Нет] у меня есть некоторый вопрос, действительно ли турбины стоят больше денег с точки зрения потребления электроэнергии и затрат на техническое обслуживание, чем они производят власть ». … «Сами турбины, предназначенные для генераторов возобновляемой энергии, при запуске должны потреблять значительное количество электроэнергии из традиционных невозобновляемых источников».

Как вырабатывать электричество из энергии ветра с помощью индукционного генератора

Индукционный генератор с двойным питанием, как следует из названия, представляет собой трехфазный индукционный генератор, в котором на обмотки ротора и статора подается трехфазный сигнал переменного тока.Он состоит из многофазных обмоток, размещенных как на роторе, так и на корпусе статора. Он также состоит из многофазного контактного кольца для передачи мощности на ротор. Обычно он используется для выработки электроэнергии в генераторах ветряных турбин.

Прежде чем перейти к более подробным сведениям об индукционном генераторе с двойным питанием, используемом в генераторах ветряных турбин, позвольте нам получить краткое представление о производстве электроэнергии с использованием энергии ветра.

Как мы уже знаем, энергия ветра в последнее время является одним из наиболее широко используемых возобновляемых источников энергии.Большие турбины вращаются в зависимости от дуновения ветра и, соответственно, вырабатывается электричество. Обычно ветряные турбогенераторы работают в диапазоне скоростей ветра между максимальной скоростью (минимальная скорость ветра, необходимая для подключения генератора к электросети) и скоростью отключения (максимальная скорость ветра, необходимая для отключения генератора от электросети). ).

4 типа ветряных генераторов:
  • Тип 1: Он состоит из индукционного генератора с короткозамкнутым ротором, подключенного непосредственно к электросети.Используется для небольшого диапазона скорости ветра.
  • Тип 2: Он состоит из преобразователя AC-DC-AC в дополнение к индукционному генератору перед подключением к электросети.
  • Тип 3: Он состоит из индукционного генератора с фазным ротором, подключенного непосредственно к сети, где скорость вращения роторов регулируется с помощью реостата.
  • Тип 4: Он состоит из индукционного генератора с двойной подачей, подключенного непосредственно к сети, где скорость ротора регулируется с помощью обратных преобразователей.

Основные сведения о производстве электроэнергии из энергии ветра с использованием индукционного генератора с двойным питанием.

DFIG состоит из трехфазного ротора и трехфазного статора. На ротор подается трехфазный сигнал переменного тока, который индуцирует переменный ток в обмотках ротора. Когда ветряные турбины вращаются, они оказывают механическое усилие на ротор, заставляя его вращаться. Когда ротор вращается, магнитное поле, создаваемое переменным током, также вращается со скоростью, пропорциональной частоте переменного сигнала, подаваемого на обмотки ротора.В результате через обмотки статора проходит постоянно вращающийся магнитный поток, который вызывает индукцию переменного тока в обмотке статора. Таким образом, скорость вращения магнитного поля статора зависит от скорости ротора, а также от частоты переменного тока, подаваемого на обмотки ротора.

Основным требованием для производства электроэнергии с использованием энергии ветра является создание переменного сигнала постоянной частоты независимо от скорости ветра. Другими словами, частота сигнала переменного тока, генерируемого на статоре, должна быть постоянной независимо от изменений скорости ротора.Для этого необходимо отрегулировать частоту сигнала переменного тока, подаваемого на обмотки ротора.

Система выработки энергии ветра, использующая индукционный генератор с двойным питанием.

Частота сигнала переменного тока ротора увеличивается по мере уменьшения скорости ротора и имеет положительную полярность, и наоборот. Таким образом, частота сигнала ротора должна быть отрегулирована так, чтобы частота сигнала статора была равна частоте сети. Это делается путем регулировки чередования фаз обмоток ротора таким образом, чтобы магнитное поле ротора было в том же направлении, что и ротор генератора (в случае уменьшения скорости ротора), или в направлении, противоположном направлению ротора генератора (в случае увеличения скорости ротора). ).

Вся система состоит из двух обратных преобразователей – преобразователя на стороне машины и преобразователя на стороне сети, включенных в контур обратной связи системы. Преобразователь на стороне машины используется для управления активной и реактивной мощностью путем управления компонентами d-q ротора, а также крутящим моментом и скоростью машины. Преобразователь на стороне сети используется для поддержания постоянного напряжения в звене постоянного тока и обеспечивает работу с единичным коэффициентом мощности, сводя реактивную мощность, потребляемую из энергосистемы, к нулю.Конденсатор подключен между двумя преобразователями, так что он действует как накопитель энергии. Такое расположение «спина к спине» обеспечивает выход с фиксированным напряжением и фиксированной частотой независимо от выходной переменной частоты и выходного напряжения генератора. Другими применениями индукционных генераторов являются маховиковые накопители энергии, гидроаккумулирующие электростанции, преобразователи энергии, питающие железнодорожную электрическую сеть из общедоступной сети с фиксированной частотой.

Немного знаний обо всей ветроэнергетической системе

Вся система состоит из следующих компонентов:

Принцип работы индукционного генератора с двойным питанием
  • Ветряная турбина: Ветряная турбина обычно представляет собой вентилятор, состоящий из из 3-х лопастей, которые вращаются под действием ветра.Ось вращения должна быть совмещена с направлением ветра.
  • Коробка передач: Это высокоточная механическая система, которая использует механический метод для преобразования энергии от одного устройства к другому.
  • Индукционный генератор с двойным питанием: Это электрический генератор, используемый для преобразования механической энергии в электрическую энергию переменной частоты.
  • Преобразователь на стороне сети: Это схема преобразователя переменного тока в постоянный, которая используется для подачи стабилизированного постоянного напряжения на инвертор.Он используется для поддержания постоянного напряжения в промежуточном контуре.
  • Преобразователь на стороне ротора: Это преобразователь постоянного тока в переменный, который используется для подачи регулируемого переменного напряжения на ротор.

5 причин, почему ветроэнергетика с использованием асинхронного двигателя с двойной подачей предпочтительна

  • Выходной сигнал постоянной частоты в сеть независимо от переменной скорости ротора.
  • Низкая мощность, необходимая для силовых электронных устройств, и, следовательно, низкая стоимость системы управления.
  • Коэффициент мощности регулируется, т.е.е. поддерживается в единстве.
  • Производство электроэнергии при низкой скорости ветра.
  • Силовой электронный преобразователь должен обрабатывать часть общей нагрузки, то есть 20-30%, а также стоимость этого преобразователя ниже, чем в случае других типов генераторов.

Надо подумать!

Все, что я дал, – это базовое введение в производство энергии ветра с использованием индукционного генератора с двойным питанием. Затем выскажите свое мнение о различных методах управления сигналом переменного тока, подаваемым на ротор.

Кредиты изображений: Система выработки энергии ветра с использованием индукционного генератора с двойным питанием от Labvolt

Точная настройка контактных колец для ветряных турбин

Спрос на экологически чистую энергию заставляет энергетические компании устанавливать больше ветряных турбин. Эти энергетические компании, естественно, хотят установить максимально эффективные турбины с минимальными затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание и минимальным временем простоя. Одним из ключевых компонентов, который помогает достичь этих целей во многих конструкциях ветряных турбин, являются контактные кольца.Эти электромеханические устройства передают электричество от вращающихся валов генератора к трансформатору. Вот пример того, как инженеры-механики и инженеры-механики используют технологии и здравый смысл для создания более совершенного контактного кольца.

Основы контактных колец

В ветряных турбинах, использующих асинхронный генератор с двойным питанием, обмотки статора генератора остаются неподвижными и не вращаются. Они обеспечивают примерно 70% тока турбины. Он перемещается по кабелям к трансформатору, и, поскольку статор не вращается, токосъемные кольца не требуются.

Узел контактных колец устанавливается на конце вала генератора, где он передает ток, генерируемый обмотками ротора, на трансформатор.

Обмотки ротора, которые действительно вращаются, генерируют остальные 30% тока – значительную часть. Этот ток проходит по трем кабелям, которые проходят по центру полого вращающегося вала генератора. Каждый из трех кабелей прикрепляется к паре шпилек, которые входят в кольцо K, L или M на узле контактных колец (т.е.е., две шпильки на кольцо). Узел контактного кольца вращается вместе с валом генератора. Набор стационарных угольных / графеновых щеток, по одной на каждое из трех колец, принимает ток от токосъемных колец и отправляет его на трансформатор. (Три кольца позволяют токосъемному кольцу передавать трехфазное питание.)

Шатуны

Три контактных кольца изолированы электрически, но механически соединены шестью изолированными шатунами. Шесть стержней входят в три пары, каждая пара разной длины.Одна пара достаточно длинна, чтобы дотянуться до кольца K (3,65 дюйма или 92,75 мм), другая пара немного длиннее, чтобы дотянуться до кольца L (8,81 дюйма или 223,75 мм), а последняя пара достаточно длинна, чтобы дотянуться до M кольцо (13,97 дюйма или 354,75 мм). Изоляция на них предотвращает катастрофические пробои. Также имеется четвертое кольцо, заземляющее, которое защищает подшипники от паразитных электрических токов и предотвращает электрические повреждения.

В традиционных узлах контактных колец для ветряных турбин каждая пара шатунов, идущих к одному контактному кольцу, расположена друг относительно друга (см. Рисунки ниже).Эта конструкция требует наличия тяжелых противовесов, чтобы компенсировать естественное несбалансированное распределение шатунов. В Morgan Advanced Materials инженеры расположили каждую пару так, чтобы расстояние между ними составляло 180 градусов. друг от друга так, чтобы стержни одинакового размера и веса находились напротив друг друга. Это уравновешивает узел контактного кольца и становится более важным при использовании шатунов большего диаметра и с более тяжелыми шпильками.

Контактные кольца традиционного типа (вверху) расположите шатуны рядом друг с другом на узле контактных колец.На контактных кольцах Моргана (внизу) стержни каждого кольца имеют угол 180 градусов. друг от друга для лучшего баланса.

Morgan также значительно увеличил диаметры шатунов и улучшил соединение. Это было сделано путем замены резьбовой шпильки и гайки малого диаметра на большую плоскую поверхность и болтовое соединение. Увеличенный диаметр шпильки и улучшенные соединения значительно уменьшают тепло по сравнению с теплом, выделяемым более высоким сопротивлением в небольших стержнях и плохим соединением в традиционных контактных кольцах.

Многие традиционные контактные кольца имеют соединительные шпильки, обернутые изоляцией для предотвращения скопления пыли. но изоляция препятствует охлаждению и задерживает тепло. Использование правильных покрытий и изоляционных материалов на стойках обеспечивает открытую конструкцию, которая обеспечивает улучшенный воздушный поток и лучшее охлаждение без опасения скопления пыли. Более холодное контактное кольцо, вероятно, может способствовать снижению температуры вала и подшипников, потенциально даже позволяя увеличить производительность в жарких погодных условиях.

Эта традиционная конструкция стального контактного кольца имеет красную обертку на стержнях меньшего диаметра, которые расположены попарно и имеют резьбовые соединения. Ловушки обертывания.

Кольца из бронзы

Традиционно контактные кольца из цельной стали являются наиболее доступным вариантом. Однако в настоящее время бронза считается более эффективной для некоторых применений, что снижает частоту отказов и количество времени, которое технические специалисты проводят в турбине, одновременно увеличивая время безотказной работы.

По сравнению со сталью, бронза более эффективно рассеивает тепло, благодаря чему контактные кольца работают меньше. Это также означает меньшее повреждение угольных щеток из-за перегрева. В дополнение к этим преимуществам, если щетки изготовлены из правильных материалов, они создают на бронзовом кольце патину, снижающую трение, за счет трения о него. Патина снижает износ щеток от трения и устраняет постороннюю токопроводящую пыль. Ток может перемещаться по пыли и течь в места, где он причиняет ущерб и разрушения.

Это контактное кольцо Morgan имеет соединительные шпильки большего размера и большую изоляцию на них. Это позволяет конструкторам исключить обертку для защиты от пыли и придать сборке более прохладный вид под открытым небом. Дизайнеры также добавили отверстия для охлаждения на более широких кольцах.

Важнейшим компонентом в обеспечении длительного срока службы щеток и контактных колец является снижение трения. Пленка или патина, образующаяся в результате электрохимической реакции между материалом щетки и материалом кольца, хотя и имеет толщину всего несколько ангстрем, может быть важным компонентом в снижении трения.

Еще один способ избежать пыли – это нанести контактные кольца на специальные лакокрасочные покрытия. Эти покрытия предотвращают скопление щеточной пыли и ее прилипание к контактному кольцу, уменьшая нежелательное отслеживание тока. Бронза также снижает износ щеток.

Есть несколько свойств, которые инженеры должны учитывать при выборе или модернизации контактных колец. Во-первых, им следует найти поставщика, который вложил значительные средства в исследования и разработки изоляционных материалов. Улучшенная изоляция будет иметь более высокую диэлектрическую прочность, лучше сопротивляться более высоким температурам и обладать «антипригарными» свойствами.Эти свойства препятствуют накоплению токопроводящей пыли и протеканию тока там, где это может вызвать повреждение или разрушение.

Контактные кольца могут весить от 50 до 400 фунтов и иметь внешний диаметр от 5,5 до 12 дюймов. Они вращаются со скоростью от 1400 до 1800 об / мин и обычно передают от 575 до 690 В.

Во-вторых, ширина контактного кольца имеет решающее значение при выдерживании тепловых нагрузок. Чем шире кольцо, тем больше в нем материала и тем больше оно будет прохладным.Например, инженеры Morgan по материалам разработали бронзовое контактное кольцо с увеличенной на 20% шириной для дополнительной тепловой массы. Также в кольца проделаны отверстия для охлаждения для лучшей теплоотдачи. Более холодное контактное кольцо, вероятно, снижает температуру вала и подшипников, потенциально позволяя увеличить выработку электроэнергии в жаркую погоду.

Хотя первоначальные затраты на бронзу выше, нет сомнений в том, что она продлевает срок службы щеток и снижает температуру, что делает ее выгодным вложением в долгосрочную перспективу и дает большую окупаемость с точки зрения затрат на весь срок службы.

Узлы контактных колец также имеют четвертое кольцо, заземляющее кольцо. Он не имеет постоянного тока и поэтому обычно не имеет спиральной канавки. Назначение заземляющего кольца и щеток – отводить ток от подшипников для их защиты.

Кисти

Когда контактное кольцо вращается, щетки принимают ток от трех колец. Обычно они изготавливаются из углеродных материалов с низким коэффициентом трения, включая медный графит, серебряный графит, природный графит, электрографит, углерод со связующим смолой и углерод с пековой связкой.

Щетки удерживаются на месте статическими щеткодержателями. Держатели оснащены пружинами, которые позволяют щеткам двигаться, оставаясь в контакте с вращающимся контактным кольцом. Эти компоненты имеют решающее значение для поддержания устойчивости щеток, что влияет на производительность и скорость износа. Таким образом, наличие надежных и прочных щеткодержателей является ключом к сокращению дорогостоящих простоев.

Если щеткодержатели расположены не на нужной высоте или под углом, или несовместимы с используемыми щетками, контактное кольцо может подвергнуться канавке – типу царапин на металле.Канавки возникают, когда щетки теряют контакт с контактным кольцом и образуют дугу. Дуга повреждает контактное кольцо аналогично тому, как вырезаются канавки при электроэрозионной обработке. Потеря электрического контакта и искрение также могут повредить печатные платы, которые могут стоить почти столько же, сколько токосъемное кольцо в сборе.

На этих изображениях показано различное выравнивание держателя щетки и то, как несовпадение или неправильная высота могут вызвать нестабильность щетки и потерю контакта.Устранение заглушек – это когда кисть наклонена так, что ее нижняя часть (поверхность щетки) противодействует вращению. Это создает более высокие силы трения и может привести к тому, что неустойчивая щетка будет легко подпрыгивать и терять контакт с контактным кольцом.

Если щетки нестабильны, это еще одна неисправность держателя, это может привести к трению. Это вызывает потерю контакта между щеткой и контактным кольцом, что может привести к искрению и повреждению колец. Хуже того, трение может вызвать полный пробой, который представляет собой сильноточное короткое замыкание, которое может разрушить контактные кольца и другие компоненты в щеточной коробке генератора.Это также может навредить рабочим, если они будут слишком близко. Это повреждение может привести к дорогостоящим простоям.

Нестабильность щеток приводит к чрезмерному износу щеток и контактных колец, в результате чего может образовываться токопроводящая пыль. Эта пыль может вызвать прослеживание и протекание тока в нежелательных местах, что опять же увеличивает риск разрушительного пробоя.

Материалы щетки также должны быть совместимы с материалом контактных колец. В противном случае щетки быстро изнашиваются и образуют много пыли.Помимо отвода тока туда, где он не должен идти, пыль увеличивает время очистки. Чтобы избежать попадания пыли, техники могут выбирать щеточные материалы с меньшим содержанием смолы. Когда пыли мало, ее можно удалить, перенаправив охлаждающий воздух.

Спиральная канавка

Многие контактные кольца имеют спиральные канавки, обработанные по внешнему диаметру. Они такие же широкие, как кисти. При правильном шаге спиральной канавки площадь поверхности контактного кольца остается постоянной, поскольку воздушный зазор вращается под поверхностями щетки.Это важно, поскольку при этом поддерживается постоянное давление щетки и постоянная сила тока на квадратный дюйм (APSI) угольной щетки, касающейся поверхности контактного кольца.

APSI также может называться плотностью тока. При неправильном шаге спиральной канавки плотность тока и давление щетки изменяются, т. Е. Они не остаются постоянными от щетки к щетке, как хотелось бы. Правильная регулировка осевого щеткодержателя также важна для того, чтобы щетки находились на правильной части поверхности контактного кольца.

Назначение спиральной канавки часто понимают неправильно. Многие думают об этом как о канавке для охлаждения или пыли. Хотя спиральная канавка может помочь в охлаждении и удалении пыли, основная и предполагаемая цель – электрическая. Канавка представляет собой вращающийся воздушный зазор, который заставляет ток изменяться, когда воздушный зазор вращается и перемещается под поверхностями щетки. Это постоянное изменение положения потока тока на поверхностях щетки помогает предотвратить избирательность.

Селективность – это когда ток выбирает путь наименьшего сопротивления, что может привести к ускоренному износу некоторых щеток из-за повышенного протекания тока и нагрева.Чем выше ток, тем больше тепла в щетке. Это означает, что в угле меньше сопротивление, а затем ток идет еще больше, создавая эффект снежного кома, когда одна проблема усугубляет другую.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.