Ветрогенератор на асинхронном двигателе руками. Как сделать ветряной генератор в домашних условиях и его принцип работы

03.03.2020

Из асинхнонного двигателя можно своими руками собрать ветрогенератор мощностью до 1 кВт. При такой небольшой мощности возможно запитать дома или на даче некоторые бытовые приборы, уличное освещение в саду.

Изготовление самодельного ветряка может решить проблему получения основного или дополнительного бесплатного источника энергии для индивидуального использования. Ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками вполне можно сделать в домашних условиях. При выработке электроэнергии генератор мощностью до 1 кВт он вполне способен обеспечить электропитанием некоторые бытовые приборы, отопление или освещение.

Из чего состоит

Ротор с лопастями и ветротурбиной, оснащенный специальным хвостом для ориентации против ветра или ветроколесо;
Мачта с растяжками или без таковых, на которой закрепляется ротор. Обычно строят мачты высотой от 3 до 7 м;
Аккумуляторные батареи (чаще всего используют свинцовые стартерные кислотные аккумуляторы);
Электрогенератор переменного тока, для которого используется асинхронный двигатель;
Устройство для контроля заряда аккумуляторов (контроллер);
Преобразователь, подключенный к бытовой сети (инвертор), мощностью от 600 до 1500Вт;
Молниеотводящая система (заземление).

Принцип работы

Домашние ветряки не имеют принципиальных отличий от ветрогенераторных установок, используемых в промышленных масштабах. Главное — получение переменного напряжения с помощью преобразования кинетической энергии в электрическую. Чистая энергия ветра через крутящий момент ветроколеса роторного типа передается на генератор, в качестве которого чаще всего используется асинхронный двигатель.

Генератор вырабатывает ток, поступающий в аккумуляторные батареи с модулем и контроллером заряда, и далее — в инвертор постоянного напряжения, подключенный к сети. На выходе получается переменное напряжение, используемое для бытовых нужд (220В 50Гц). Переменное напряжение от генератора с помощью контроллера преобразуется в постоянное для зарядки аккумуляторов (обычно на 12-24В). Инверторы могут работать в качестве источника бесперебойного питания, то есть переключать при необходимости питание бытовых приборов на аккумуляторы или на генератор.

Пример постройки

Материалы и инструменты

Для устройства самодельного ветрогенератора на базе асинхронного двигателя помимо электроники понадобятся:

Труба металлическая диаметром не менее 7 см с соответствующей толщиной стенок для создания мачты;
Стальная или поливинилхлоридная труба для лопастей. Также могут быть использованы деревянная доска, профиль из стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой или готовые лопасти;
Бетон, дерево или металл для устройства опоры;
Дрель с подходящими сверлами, ножовка, рулетка, разводной ключ, газовый ключ;
Металлическая рама или станина для закрепления лопастей и генератора с поворотным узлом; металлический лист для изготовления хвоста; инструмент для резки металла;
Костыли и хомуты для крепления растяжек.;
Стальной трос (оцинкованный) сечением 12 мм для изготовления растяжек.

Характеристики

Мощность от 1,32 кВ.
Наличие неодимовых магнитов, обеспечивающих оптимальную электромагнитную электродвижущую силу (ЭДС), либо металлической гильзы для магнитов, надеваемой на ротор (магниты используются чаще).
Правильное размещение магнитов на роторе, то есть полюсное чередование NS.
Ротор перед размещением магнитов должен быть проточен на толщину используемых магнитов.
Переделка обмотки статора не всегда требуется в случае использования неодимовых магнитов. Однако обмотка с использованием провода большей толщины улучшает рабочие показатели. Оптимальна перемотка статора на 6 полюсах проводом толщиной до 1,2 мм, до 24 витков на катушках.

Для обеспечения бесперебойного электроснабжения дома используют генераторы переменного тока, приводимые во вращение дизельными или карбюраторными двигателями внутреннего сгорания. Но из курса электротехники известно, что любой электродвигатель обратим: он также способен и вырабатывать электроэнергию. Можно ли сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками, если он и двигатель внутреннего сгорания уже имеются? Ведь тогда не потребуется покупка дорогой электростанции, а можно будет обойтись подручными средствами.

Конструкция асинхронного электродвигателя

Асинхронный электродвигатель включает в себя две основные детали: неподвижный статор и вращающегося внутри него ротор. Ротор вращается на подшипниках, закрепленных в съемных торцевых частях. Ротор и статор содержат электрические обмотки, витки которых уложены в пазы.

Статорная обмотка подключается к сети переменного тока, однофазной или трехфазной. Металлическая часть статора, куда она уложена, называется магнитопроводом. Он выполнен из отдельных тонких пластин с покрытием, изолирующих их друг от друга. Этим исключается появление вихревых токов, делающих работу электродвигателя невозможной из-за возникновения чрезмерных потерь на нагрев магнитопровода.

Выводы от обмоток всех трех фаз располагаются в специальном боксе на корпусе электродвигателя. Его называют барно, в нем выводы обмоток соединяются между собой. В зависимости от питающего напряжения и технических данных мотора выводы объединяются либо в звезду, либо в треугольник.

Обмотка ротора любого асинхронного электродвигателя похожа на «беличью клетку», так ее и называют. Она выполнена в виде ряда токопроводящих алюминиевых стержней, рассредоточенных по наружной поверхности ротора. Концы стержней замкнуты, поэтому такой ротор называют короткозамкнутым.

Обмотка, как и статорная, расположена внутри магнитопровода, также набранного из изолированных металлических пластин.

Принцип действия асинхронного электродвигателя

При подключении питающего напряжения к статору по виткам обмотки протекает ток. Он создает внутри магнитное поле. Поскольку ток переменный, то поле изменяется в соответствии с формой питающего напряжения. Расположение обмоток в пространстве выполнено так, что поле внутри него оказывается вращающимся.

В обмотке ротора вращающееся поле наводит ЭДС. А раз витки обмотки накоротко замкнуты, то в них появляется ток. Он взаимодействует с полем статора, это приводит к появлению вращения вала электродвигателя.

Электродвигатель называют асинхронным, потому что поле статора и ротор вертятся с разными скоростями. Эта разница скоростей называется скольжением (S).

n – частота магнитного поля;

nr – частота вращения ротора.

Чтобы регулировать скорость вала в широких пределах, асинхронные электродвигатели выполняют с фазным ротором. На таком роторе намотаны смещенные в пространстве обмотки, такие же, как и на статоре. Концы от них выведены на кольца, с помощью щеточного аппарата к ним подключаются резисторы. Чем большее сопротивление подключить к фазному ротору, тем меньше будет скорость его вращения.

Асинхронный генератор

А что будет, если ротор асинхронного электродвигателя вращать? Сможет ли он вырабатывать электроэнергию, и как сделать генератор из асинхронного двигателя?

Оказывается, это возможно. Для того, чтобы на обмотке статора появилось напряжение, изначально необходимо создать вращающееся магнитное поле. Оно появляется за счет остаточной намагниченности ротора электрической машины. В дальнейшем, при появлении тока нагрузки, сила магнитного поля ротора достигает требуемой величины и стабилизируется.

Для облегчения процесса появления напряжения на выходе используется батарея конденсаторов, подключаемая к статору асинхронного генератора на момент запуска (конденсаторное возбуждение).

Но остается неизменным параметр, свойственный асинхронному электродвигателю: величина скольжения. Из-за него частота выходного напряжения асинхронного генератора будет меньшей, чем частота вращения вала.

Кстати, вал асинхронного генератора необходимо вращать с такой скоростью, чтобы была достигнута номинальная частота вращения поля статора электродвигателя. Для этого нужно узнать скорость вращения вала из таблички, расположенной на корпусе. Округлив ее значение до ближайшего целого числа, получают скорость вращения для ротора переделываемого в генератор электродвигателя.

Например, для электродвигателя, табличка которого изображена на фото, скорость вращения вала равна 950 оборотов в минуту. Значит, скорость вращения вала должна быть 1000 оборотов в минуту.

Чем асинхронный генератор хуже синхронного?

Насколько хорош будет самодельный генератор из асинхронного двигателя? Чем он будет отличаться от синхронного генератора?

Для ответа на эти вопросы кратко напомним принцип работы синхронного генератора. Через контактные кольца к обмотке ротора подводится постоянный ток, величина которого регулируется. Вращающееся поле ротора создает в обмотке статора ЭДС. Для получения требуемой величины напряжения генерации автоматическая система регулировки возбуждения изменит ток в роторе. Поскольку за напряжением на выходе генератора следит автоматика, то в результате непрерывного процесса регулирования напряжение всегда остается неизменным и не зависит от величины тока нагрузки.

Для запуска и работы синхронных генераторов используются независимые источники питания (аккумуляторные батареи). Поэтому начало его работы не зависит ни от появления тока нагрузки на выходе, ни от достижения требуемой скорости вращения. От скорости вращения зависит только частота выходного напряжения.

Но даже при получении тока возбуждения от генераторного напряжения все сказанное выше остается справедливым.

Синхронный генератор имеет еще одну особенность: он способен генерировать не только активную, но и реактивную мощность. Это очень важно при питании потребляющих ее электродвигателей, трансформаторов и прочих агрегатов. Недостаток реактивной мощности в сети приводит к росту потерь на нагрев проводников, обмоток электрических машин, снижении величины напряжения у потребителей относительно генерируемой величины.

Для возбуждения же асинхронного генератора используется остаточная намагниченность его ротора, что само по себе является величиной случайной. Регулирование параметров, влияющих на величину его выходного напряжения, в процессе работы не представляется возможным.

К тому же асинхронный генератор не вырабатывает, а потребляет реактивную мощность. Она необходима ему для создания тока возбуждения в роторе. Вспомним про конденсаторное возбуждение: за счет подключения батареи конденсаторов при запуске создается реактивная мощность, требуемая генератору для начала работы.

В результате напряжение на выходе асинхронного генератора не стабильно и изменяется в зависимости от характера нагрузки. При подключении к нему большого числа потребителей реактивной мощности обмотка статора может перегреваться, что скажется на сроке службы ее изоляции.

Поэтому применение асинхронного генератора ограничено. Он может работать в условиях, близким к «парниковым»: никаких перегрузок, пусковых токов нагрузки, мощных потребителей реактива. И при этом электроприемники, подключенные к нему, не должны быть критичными к изменению величины и частоты напряжения питания.

Идеальным местом для применения асинхронного генератора являются системы альтернативной энергетики, работающие от энергии воды или ветра. В этих устройствах генератор не снабжает потребителя напрямую, а заряжает аккумуляторную батарею. От нее уже, через преобразователь постоянного тока в переменный, питается нагрузка.

Поэтому, если нужно собрать ветряк или небольшую гидроэлектростанцию, лучшим выходом из положения является именно асинхронный генератор. Здесь работает его главное и единственное достоинство – простота конструкции. Отсутствие колец на роторе и щеточного аппарата приводит к тому, что в процессе эксплуатации его не нужно постоянно обслуживать: чистить кольца, менять щетки, удалять графитовую пыль от них. Ведь, чтобы сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками, вал генератора напрямую нужно соединить с лопастями ветряка. Значит – конструкция будет находиться на большой высоте. Снимать ее оттуда хлопотно.

Генератор на магнитах

А почему магнитное поле нужно обязательно создавать с помощью электрического тока? Ведь есть же мощные его источники – неодимовые магниты.

Для переделки асинхронного двигателя в генератор потребуются цилиндрические неодимовые магниты, которые будут установлены на место штатных проводников обмотки ротора. Сначала нужно подсчитать необходимое количество магнитов. Для этого извлекают ротор из переделываемого в генератор двигателя. На нем четко видны места, в которых уложена обмотка «беличьего колеса». Размеры (диаметр) магнитов выбирается таким, чтобы при установке строго по центру проводников короткозамкнутой обмотки они не соприкасались с магнитами следующего ряда. Между рядами должен остаться зазор не менее, чем диаметр применяемого магнита.

Определившись с диаметром, вычисляют, сколько магнитов поместится по длине проводника обмотки от одного края ротора до другого. Между ними при этом оставляют зазор не менее одного – двух миллиметров. Умножая количество магнитов в ряду, на число рядов (проводников обмотки ротора), получают требуемое их количество. Высоту магнитов не стоит выбирать очень большой.

Для установки магнитов на ротор асинхронного электродвигателя его потребуется доработать: снять на токарном станке слой металла на глубину, соответствующую высоте магнита. При этом ротор обязательно нужно тщательно отцентровать в станке, чтобы не сбить его балансировку. Иначе у него появится смещение центра масс, которое приведет к биению в работе.

Затем приступают к установке магнитов на поверхность ротора. Для фиксации используют клей. У любого магнита есть два полюса, условно называемые северным и южным. В пределах одного ряда полюса, расположенные в сторону от ротора, должны быть одинаковыми. Чтобы не ошибиться в установке, магниты сначала сцепляют между собой в гирлянду. Они сцепятся строго определенным образом, так как притягиваются они друг к другу только разноименными полюсами. Теперь остается только отметить одноименные полюса маркером.

В каждом последующем ряду полюс, находящийся снаружи, изменяется. То есть, если вы выложили ряд магнитов с отмеченным маркером полюсом, расположенным наружу от ротора, то следующий выкладывается магнитами, развернутыми наоборот. И так далее.

После приклеивания магнитов их нужно зафиксировать эпоксидной смолой, Для этого вокруг получившийся конструкции из картона или плотной бумаги делают шаблон, в который зальется смола. Бумагу оборачивают вокруг ротора, обматывают скотчем или изолентой. Одну из торцевых частей замазывают пластилином или также заклеивают. Затем устанавливают ротор вертикально и заливают в полость между бумагой и металлом эпоксидную смолу. После ее отвердевания приспособления удаляют.

Теперь снова зажимаем ротор в токарный станок, центруем, и шлифуем поверхность, залитую эпоксидкой. Это необходимо не из эстетических соображений, а для минимизации влияния возможной разбалансировки, образовавшейся из-за дополнительных деталей, установленных на ротор.

Шлифовку производят сначала крупнозернистой наждачной бумагой. Ее крепят на деревянном бруске, который затем равномерно перемещают по вращающейся поверхности. Затем можно применить наждачную бумагу с более мелким зерном.

Теперь готовый ротор можно вставить обратно в статор и испытать получившуюся конструкцию. Она может быть с успехом использована теми, кто хочет сделать, например, ветрогенератор из асинхронного двигателя. Есть только один недостаток: стоимость неодимовых магнитов очень велика. Поэтому, прежде чем начать переделывать ротор и тратить деньги на запчасти, следует подсчитать, какой вариант экономически более выгоден: сделать генератор из асинхронного двигателя или приобрести готовый.

Генератор из асинхронного двигателя своими руками в домашних условиях

Как сделать генератор из асинхронного двигателя своими руками для использования совместно с двигателем внутреннего сгорания или в составе ветровой электростанции. Достоинства и недостатки асинхронных генераторов по сравнению с синхронными, конструкция их и принципы действия.

Ветрогенератор своими руками из асинхронного двигателя

Я сделал свой пропеллер своими руками из еловых досок размером 1″х4″. Я постарался найти три доски без сучков, имеющие хорошие вертикальные волокна и имеющие примерно одинаковую плотность (это определялось по весу).

Конечно, можно использовать и другие породы дерева, просто у меня нашлась под рукой только ель. Размер досок был подобран так, чтобы пропеллер был достаточно легким, чтобы быстро стартовать и не сильно нагружать опоры. На то, чтобы вырезать лопасти, ушло около 2 часов. Безусловно, если бы я потратил больше времени, пропеллер вышел бы лучше, размеры в основном определялись интуитивно (мой чертеж показан на Рисунке 1).

Однако если вы хотите сделать все по правилам, в сети множество информации по аэродинамике, вырезанию по дереву и даже по изготовлению пропеллеров.

Рисунок 1. Поперечный срез лопасти.

После проверки лопастей на одинаковый размер я соединял их болтами по двое и проверял, хорошо ли сбалансирована получающаяся конструкция. Когда все три лопасти стали одинаковыми, я покрасил их и присоединил к ступице, в качестве которой использовал старую 8-дюймовую шестерню. После этого я смог насадить всю эту конструкцию на ось и попробовать покрутить, определив степень сбалансированности и подпилив слишком тяжелые части (конечно, потом их пришлось снова покрасить). В сумме процесс построения и балансировки пропеллера занял около 4 часов.

Следует заметить, что три лопасти после балансировки оказались разной толщины, в некоторых местах они отличались на 1/8 дюйма. Чтобы этого избежать, рекомендуется выбирать дерево лучших пород и уделять первоначальному выпиливанию больше внимания. Для выпиливания я пользовался в основном электрорубанком. Стоит также обратить внимание на то, что лопасти не закручены, то есть их угол наклона относительно оси всегда постоянный. Для пропеллера такого небольшого размера это вполне нормально.

Магниты имеют прямоугольную форму и изогнуты так, чтобы подходить к якорям большинства двигателей мощностью от 0.5 л.с. и выше. Насечки имеют такую глубину, чтобы край вставленного в них магнита находился на одном уровне с поверхностью якоря. Магниты приклеиваются эпоксидным клеем. Располагаются они парами по два магнита с одинаковой полярностью.

Подключенный генератор выдает 12 В примерно на 160 об/мин. При другом способе подключения генератор мог достичь максимальной нагрузки при 80 об/мин, однако это могло значительно ограничить силу тока. Конечно, результирующий ток переменный, а для зарядки аккумулятора нам необходим постоянный, поэтому я использовал 40-амперный ТС.

Во время сборки мачту поддерживала небольшая сосновая тренога. Еще одна тренога большего размера была использована для подъема.

Башня поддерживалась четырьмя проволочными растяжками диаметром 1/8″ из авиационного кабеля с талрепами для регулировки.

Ходовая часть и хвост ветряка

Ветряк действительно было очень легко сделать. Я начал с кусков стали толщиной 3/8″, к которым можно было прикрутить генератор. Для этого я сварил трубу, которая подходила по размеру к трубе на конце мачты, - на ней ветряк будет вращаться. В этой машине нет токосъемников, я просто использовал достаточное количество кабеля, чтобы она могла сделать несколько оборотов прежде чем остановиться. Линия электропередачи генератора чуть длиннее, чем кабель, чтобы ветряк мог остановиться, не вырвав шнур питания. Хвост закреплен железным треугольником в 4 ярдах от центра вращения. Два 0.5″ стальных бруска служат для лучшего закрепления хвоста. Я слегка сдвинул хвост и генератор относительно оси, это было сделано исключительно интуитивно в надежде, что порывы ветра не закрутят его слишком быстро.

Мой самодельный ветрогенератор хорошо запускается только на высоких скоростях ветра. Эту проблему можно устранить, сделав пропеллер большего размера, шире лопасти или даже больше лопастей. Зато после запуска генератора, лопасти достаточно хорошо закрутились даже на очень низкой скорости. Ветер в нашей местности порывистый, направление часто меняется, так что мне сложно связать полученное электричество со скоростью ветра. Лучший результат, который мне удалось замерить – 25 А при высокой скорости ветра, хотя обычно на моих 12-вольтовых батареях можно получить 5-15 А при низкой скорости.

Возможно, имеет смысл построить регулятор с согласующим ТС или линейный усилитель потока, который лучше справится с потреблением на генератор и обеспечит значительно большую силу тока.

Проверка в действии

Через 8 недель безупречной работы мой самодельный ветряк сломался. По радио передали штормовое предупреждение.

Я убедился, что кабель по-прежнему целый, и постарался сделать так, чтобы он оставался целым и дальше. Через некоторое время я услышал странный звук. Ветряк все еще крутился и даже выдавал 20 А, но было очевидно, что что-то случилось. Оказалось, что одна из лопастей отвалилась.

Я нашел обломки лопасти, похоже, она изначально была надтреснутая. Учитывая, что остальные две лопасти остались целыми, конструкция сама по себе была хорошей. Этот факт подтвердился тем, что ветряк проработал с двумя лопастями довольно долгое время при очень сильном порывистом ветре.

Вместо того чтобы чинить этот пропеллер, я сделал новый пропеллер своими руками. Он был больше, для него использовалось более прочное дерево, кроме того, я слегка закрутил лопасти. Высота мачты осталась прежней. Новый самодельный пропеллер стартовал гораздо легче и работал гораздо тише.

Помимо прочего эта поломка доказала, что выбрал правильную конструкцию башни. Она легко опускается и поднимается при необходимости. Спуск старого пропеллера, изготовление нового и монтирование его на мачте заняло всего 4 часа. В результате при нормальной скорости ветра такой самодельный ветряк производит от 100 до 200 Вт.

Ветрогенератор своими руками (генератор на постоянных магнитах из асинхронного электродвигателя)

Ветрогенератор своими руками (генератор на постоянных магнитах из асинхронного электродвигателя) Пропеллер Пропеллер для этого ветряка будет трехлопастным.

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

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

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

Осуществляется это благодаря последовательному приведению конденсаторов в рабочее состояние.

Схема генератора из асинхронного двигателя

схема генератора на базе асинхронного двигателя

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

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

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

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

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

Изготовление генератора из двигателя

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

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

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

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

Оценка уровня эффективности – выгодно ли это?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Функционирование асинхронного двигателя как генератора

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

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

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

Применение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Недостаток : данный генератор нельзя перегружать.

Схема включения асинхронного двигателя с кроткозамкнутым ротором показана на рисунке №1. При вращении ротора двигателя остаточное магнитное поле действует на одну из обмоток статора. При этом возникает небольшое электрический ток, который заряжает один из конденсаторов С1-С3. Благодаря тому, что фаза напряжения на конденсаторе отстает на, на роторе возникает магнитное поле уже большей величины, которое действует на следующую обмотку. Соответственно следующий конденсатор зарядится на большее напряжение. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ротор генератора не войдет в насыщение (1…1,15с) После этого можно включать автомат В2 и использовать вырабатываемую генератором энергию. Причем для нормальной работы двигателя в режиме генератора мощность нагрузки должна составлять не более 80 % примененного в качестве генератора двигателя. Остальные 20 % используются для поддержания напряжения на конденсаторах, т.е. поддержание генератора в рабочем состоянии. При превышении данного условия напряжение на конденсаторах исчезнет, а значит и исчезнет магнитное поле на якоре, что приведет к исчезновению напряжения на клеммах автомата В2. Причем это происходит практически мгновенно.

В этом есть свой недостаток и свои достоинства. Недостаток является в том, что повторная подача напряжения возможна только тогда, когда будет устранена причина перегрузки и отключен автомат В2. Генератор сонно войдет в рабочий режим (через 1…1,5с). После этого можно включать В2 и использовать энергию. К достоинству относят тот фактор, что генератор практически невозможно сжечь, так как напряжение на его клеммах исчезает мгновенно в течение 0,1…0,5с. Выходное напряжение имеет синусоидальную форму и полностью пригодно для дальнейшего использования. Выходная частота генератора 46…60 Гц, что в большинстве случаев достаточно для домашнего использования. Из-за нестабильности напряжения на выходе напряжения необходимо установить стабилизатор (описание схемы и работы описано в дополнительной статье).

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

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

Напряжение между фазами	Основная емкость (мкФ)
Напряжение между фазами	При холостом ходе	При активной нагрузке	При реактивной нагрузке

К примеру, есть двигатель мощность 3 кВт. К нему предполагается подключить реактивную нагрузку (электродвигатель, сварочный аппарат), суммарной мощностью примерно 2 кВт. При этом мы хотим, что бы напряжение между фазами было 380. Значит, емкость конденсатора С1 составит (35)+ (26) микрофарад. Так как С1=С2=С3, то нам понадобится три конденсатора емкостью 30 мкФ. Если конденсаторов необходимой емкости нет, то можно соединить конденсаторы параллельно, меньшей емкости. Конденсаторы должны быть бумажные или метолобумажные на напряжение не ниже 450 В, а лучше на 650 В. Лучше включать генератор на напряжение между фазами 220 В, а между нулем и фазой 127 В. Это вызвано тем, что для нормальной работы генератора перекос фаз не должен превышать. При такой схеме, удастся максимально разгрузит генератор. Кроме того, питание осветительных ламп накаливания и некоторые нагревательные приборы лучше питать постоянным током.

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

Сама ветрогенераторная установка может быть выполнена в любой удобной для вас схеме. Здесь же предлагается следующая конструкция. Принцип работы показан на рисунке №3 и в объяснении не нуждается. Ветродвигатель (рисунок №4)состоит из ветряного крыла 1,опоры 2 и собственно генератора 3. Опора жестко забетонирована и укреплена тремя натяжными тросами 4. Опору можно изготовить из дерева, бетона, метала. Можно применить опору которую используют для передачи электричества на расстояние, или свою. В качестве растяжек лучше использовать стальной трос диаметром 10..12 мм. Костыли, за которые крепятся растяжки, необходимо хорошо забетонировать. Каркас крыльев ветродвигатель можно изготовить из труб диаметром 1дюйм, его чертеж показан на рисунке №5. Элероны можно изготовить из стального прутка диаметром 6мм. В качестве ведущего вола использовано толстостенная труба диаметром 2..2,5 дюйма, в нижний конец которой впрессован вал длинной 300…400мм. В нижнем конце вала сделана канавка под шкив. Подшипники взяты сферические с конусными зажимами марки 2000810 с соответствующим корпусом.

После сборки крыло необходимо сбалансировать. К опоре сбалансированное крыло крепиться любым удобным способом, но, главное, что бы крепление было достаточно жестким и надежным. Экспериментально было установлено, что лучшим материалом для обтягивания крыла служит полиэтиленовая пленка толщиной 80…120мкм. Она достаточно прочная, легка я дешевая позволяет отказаться от тормозного механизма, который, кстати, в данном случае неприемлем, так как при сильном ветре крыло будет уничтожено. Обтягивать полиэтиленовой пленкой нужно в несколько слоев спаивая по швам, паяльником через кусок полиэтиленовой пленки. Спаянный шов должен быть равным и прочным.

Для привода вала генератора применен редуктор. Можно использовать редуктор любой системы, кроме червячной. Как было уже сказано, вал генератора нужно вращать примерно с удвоенной скоростью, а вол ветродвигателя вращается со скоростью 500 об/мин при скорости ветра 5 м/с, Отсюда и ограничение на использование двигателя в качестве генератора. Наилучшим вариантом может быть двигатель на 360 об/мин, но можно и применить и двигатель на 720 об/мин. При использовании двигателя можно увеличить высоту крыла на 500 мм. Увеличивать крыло по ширине не рекомендуется, так как при этом уменьшается частота вращения, уменьшать то же не следует, так как при увеличении скорости вращения сильно уменьшиться мощность, причем закон уменьшения не линейный.

При подборе редуктора нужно руководствоваться следующим правилам: за номинальные обороты крыло ветродвигателя нужно брать величину 500 об/мин, что соответствует скорости ветра 5 м/с, частота вращения вала двигателя увеличивается на 2,3, далее путем несложных подсчетов получаем коэффициент передачи. Сам кронштейн легко прикрепить к опоре с помощью шести шпилек. Зубчатым редуктором крепление намного проще. Не рекомендуется делать вал ветродвигателя слишком длинным, так как его может попросту перекрутить. Всю конструкцию необходимо заземлить. Сопротивление заземление должно быть не более 2 Ом. У подножия необходимо поставить шкаф, в котором необходимо разместить конденсаторы С1-С3, автоматы В1-В2, диоды V1-V6, стабилизатор напряжения, автомат управления, четыре аккумулятора и мощный преобразователь напряжения для обеспечение энергией во время штилей. Автомат управления обеспечивает переключение цепей питания в зависимости от нагрузки и скорости ветра. Мощный преобразователь напряжения обеспечивает заряд аккумулятора во время работы генератора в холостом ходу а также питание сети от аккумуляторов при отсутствии ветра или сильно заниженном напряжении на генераторе. Когда нет напряжения а аккумулятора разряжены, автомат управления обеспечивает подачу энергии из штатной сети.

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

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

В данном разделе представлены самодельные ветрогенераторы с генераторами на основе переделанных асинхронных двигателей. Ветрогенераторы на основе таких двигателей имеют большую популярность, так-как асинхронные двигатели широко распространены и легко поддаются переделке. Переделка в основном заключается в перемотке статора, хотя и не всегда, если двигатель многополосной и мало-оборотистый, то его можно не перематывать. Так-же ротор таких двигателей протачивается и оснащается постоянными магнитами, в итоге двигатель превращается в низко-оборотистый генератор для ветряка.

Ветрогенератор на основе асинхронного двигателя с деревянным винтом

Небольшое описание и фотографии самодельного ветогенератора на базе асинхронного двигателя, который переделан на наодимовые магниты

Ветрогенераторы из мотор-колеса

В статье небольшое описание с фото ветогеераторов с генераторами, в качестве которых мотор колесо. Есть разные конструкции по типу крепления мотор колеса

Ветрогенератор 1кВт из асинхронного двигателя

Ветрогенератор из асинхроного двигателя 1500ватт, 1500об/м, четырехполюсной, который был переделан на постоянные магниты, а стотор перемотан на 12 полюсов. Схема защиты от сильного ветра классическая со смещением оси генератора от центра. Ветряк работает на ночное освещение которое включается автоматически.

Переделка асинхронного двигателя в генератор для ветряка

Постройка своего генератора для ветрогенератора в принципе, да и по сути проста и без существенных затрат как сил, так и денег может быть легко осуществлена. Для этого достаточно всего лишь переделать ротор на постоянные магниты.

Ветрогенератор из асинхронного двигателя

Еще один интересный фото-рассказ о переделке асинхронного двигателя в генератор для ветрогенератора. Ротор двигателя был проточен под магниты, которые как всегда заливались эпоксидной смолой. Статор не перематывался, поэтому генератор получился высаковольтовый с большим сопротивлением фаз. Сам ветрогенератор сделан по классической схеме со складывающимся хвостом, установлен на девятиметровую мачту.

> Фото рассказ о изготовлении ветрогенератора, его отладке и установке, подготовка, анемометр. Испытание и тесты. Данный материал написан по фото-отчету пользователя под ником Сергей, найденном на одном из форумов. Первый этап, калибровка и установка анемометра, переделка асинхронного двигателя в генератор
Страница 1 -