Может ли асинхронный двигатель работать как генератор

Трехфазный асинхронный генератор

Асинхронному двигателю свойственен принцип обратимости электрических машин, согласно которому, он может работать в режиме асинхронного генератора и отдавать электроэнергию во внешнюю сеть.

Для того чтобы перейти в режим генератора, ротор двигателя должен вращаться другим приводным двигателем (ПД), с частотой больше частоты вращения магнитного поля (синхронной). При этом скольжение двигателя становится отрицательным, а ЭДС ротора меняет свое направление на противоположное. Токи, возникающие под действием ЭДС, меняют свое направление, и генератор начинает отдавать энергию в сеть. Электромагнитный момент на роторе, также меняет свое направление и становится для приводного двигателя тормозящим. Таким образом, на выводах обмотки статора можно получить переменное напряжение, величина которого будет зависеть от схемы соединения.

Для того чтобы создавать вращающееся магнитное поле, генератору требуется реактивная энергия, которую он потребляет из сети, то есть должно происходить возбуждение. Без возбуждения работа генератора невозможна. Именно по этой причине, асинхронный генератор не получил широкого распространения.

Возбуждение может происходить и другим путем – самовозбуждением. При этом к выводам статора подключается батарея конденсаторов, которая является источником реактивной мощности. Таким образом, генератор может работать автономно, то есть вырабатывать энергию при отсутствии внешнего источника. Это свойство используются в различных ветровых генераторах и на малых гидроэлектростанциях.

Батарея конденсаторов, сильно удорожает всю систему, что также влияет на распространение асинхронных генераторов.

Но генераторный режим асинхронного двигателя используется не только для получения электроэнергии, но и в процессах торможения двигателя. Например, при генераторном торможении, когда груз, опускаясь, заставляет вращаться ротор со скоростью большей синхронной и двигатель начинает отдавать энергию в сеть.

В качестве асинхронных генераторов, в основном применяют двигатели с короткозамкнутым ротором. Так как улучшенные пусковые характеристики двигателя с фазным ротором, в данном случае не требуются.

Можно ли использовать электродвигатель как генератор

Всем известно, что работа электродвигателя – это преобразование электрической энергии в механическую. Удастся ли заставить его преобразовывать механическую энергию в электрическую, чтобы использовать электродвигатель как генератор? Благодаря действующему в электротехнике принципу обратимости это возможно. Но нужно четко знать принцип работы агрегата и создать условия, способствующие превращению.

Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор

В генераторе напряжение, обычно подаваемое с аккумулятора, возбуждает в обмотке якоря магнитное поле, вращение же обеспечивается любым физическим устройством. В электродвигателе возможность подачи напряжения на обмотку якоря не предусмотрена. Чтобы он не поглощал, а вырабатывал электроэнергию, магнитное поле необходимо создать искусственно.

В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле ротора «отстает» от поля статора, обеспечивая процесс перехода электроэнергии в механическую энергию. Следовательно, чтобы запустить обратный процесс, нужно сделать так, чтобы поле статора вращалось медленнее поля ротора, либо чтобы оно вращалось в противоположную сторону.

Способы переделки электродвигателя в генератор

Есть два способа «регулировки» магнитного поля статора.

Торможение реактивной нагрузкой

Сделать это можно с помощью мощной конденсаторной батареи. Включите ее в цепь питания двигателя, который работает в обычном режиме. Заряд, накопленный в батарее, будет в противофазе с зарядом, создаваемым питающим напряжением, что приведет к замедлению последнего. После этого двигатель вместо поглощения тока начинает генерировать его, отдавая в сеть.

Любой транспорт на электротяге работает именно благодаря этому эффекту – при «самостоятельном» движении под уклон механическая энергия не требуется, и конденсаторная батарея автоматически подключается к цепи питания. Вырабатываемая энергия подается в сеть, чтобы затем опять преобразоваться в механическую.

Самовозбуждение электродвигателя

Остаточное магнитное поле ротора может произвести ЭДС, достаточное для зарядки конденсатора. Вследствие этого возникает эффект самовозбуждения, что делает возможным переход двигателя в режим генерации электроэнергии. Непрерывность этого процесса обеспечивает конденсаторная батарея, подпитывающаяся от произведенного тока.

Этот способ является более действенным, и именно он подходит, если вы хотите применить асинхронный электродвигатель как генератор.

Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор

При переделке двигателя в генератор следует учитывать следующие технические детали:

• Не пытайтесь использовать электролитические конденсаторы – они не пригодны для подключения в цепь. Вам нужны неполярные конденсаторные батареи.
• В трехфазных машинах конденсаторы могут включаться по схеме «треугольник» или «звезда». В первом случае величина напряжения на выходе выше, а во втором генерация начинается на меньших оборотах ротора. Выбирайте оптимальный для достижения вашей цели вариант.
• Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором тоже могут генерировать электроэнергию. Запуск осуществляется с помощью фазосдвигающего конденсатора.

Поскольку определить необходимую величину емкости конденсаторной батареи невозможно, остается подбирать ее по весу – он должен быть равен весу двигателя или слегка превышать его.

Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора

У использования электродвигателя как генератора есть свои «плюсы»:

• Агрегат достаточно прост в обслуживании и экономичен, поскольку конденсатор получает энергию от остаточного поля ротора и от вырабатываемого тока.
• Практически отсутствуют «побочные» траты энергии на магнитные поля или бесполезный нагрев.

• Преобразованный в генератор двигатель чувствителен к перепадам нагрузки.
• Частота вырабатываемого тока часто нестабильна.
• Такой генератор не может обеспечить промышленную частоту тока.

Если в вашем случае преимущества перевешивают недостатки, то применение асинхронного генератора целесообразно.

Синхронные и асинхронные генераторы — в чем разница?

Современные электрогенераторные установки различаются не только по типу двигателя (дизельные, турбинные и др.), виду выхода электричества (постоянный или переменный), но и по способу возбуждения. Создание магнитного поля внутри установки может быть независимым, магнитным и самостоятельным. Самовозбуждение, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным. Генераторы электричества со смешанным возбуждением (состоит из двух обмоток, одна из которых подключается к параллельной нагрузке, другая — к первой обмотке возбуждения последовательно) носят название синхронных или гибридных установок.

Параметры синхронного генератора

В комплектацию любого, в том числе, синхронного, генератора входят ротор, статор и токосъемный узел — это основные составляющие агрегата. Синхронный генератор работает в режиме, при котором частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля статора, поэтому установка и называется синхронной.

Режимы работы

Синхронный генератор может работать в нормальном и анормальном режиме. Под нормальным понимают режим работы в допустимых лимитах, указанных в ГОСТах и у производителей. Анормальный режим работы синхронного генератора включает функционирование агрегата с аварийными перегрузками, недовозбуждением или потерей возбуждения, в условиях отказа охлаждения, асинхронный ход и др.

Главные преимущества:

• Высокая стабильность напряжения на выходе
• Работа с приборами на больших пусковых токах
• Возможность точно регулировать выходные параметры напряжения и тока
• Простота эксплуатации

К недостаткам можно отнести следующие параметры:

• Низкая степень защиты (класс IP 23). Конструкция установки не позволяет решить проблему защиты агрегата от пыли, воды и других внешних факторов
• Слабые стороны щеточного узла. Щетки снижают ресурс агрегата и требуют регулярного обслуживания, чистки, замены
• Стоимость. Продажа синхронных генераторов характеризуется более высокими ценами, по сравнению с асинхронными аналогами

Область применения синхронных установок определяется совокупностью вышеперечисленных плюсов и минусов: высокий уровень производительности и отменное качество напряжения подходят для работы, как в бытовых условиях, так и в режиме промышленных электростанций. Однако слабая система защиты от внешних воздействий требует дополнительных мер. Например, можно купить синхронный генератор в составе электростанции, установленной в специальном кожухе. Такая защита обеспечивает установке прекрасную функциональность в любых условиях.

Устройство асинхронного генератора

В отличие от синхронного аналога, асинхронный генератор отличается более простым устройством, но лучшей защитой от внешних факторов, устойчивостью по отношению к коротким замыканиям и перегрузкам. Вращение ротора осуществляется в одном направлении с магнитным полем, но несколько опережает его. При этом скольжение ротора становится отрицательным, провоцируя появление тормозящего момента.

Стоит отметить, что параметры асинхронного генератора делают его оптимальным источником электроэнергии для приборов с активной нагрузкой (компьютерная техника, сварочные преобразователи, электрические нагреватели и др.). Однако следует помнить, что для такой установки недопустимы перегрузки: запас мощности при подключении устройств должен быть не менее чем в 3 раза.

Типы генераторов

Различают однофазные и трехфазные энергогенерирующие установки с несинхронным механизмом. Асинхронный трехфазный генератор состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Однофазный аналог включает в себя статор и ротор, сердечники которых набраны из отдельных пластин, а в пазы статорного сердечника устанавливается обмотка. На практике однофазные асинхронные генераторы зарекомендовали себя более экономичными, простыми в обслуживании и надежными в эксплуатации. Поэтому трехфазные установки используются только на объектах, где однофазные аналоги применить невозможно.

Достоинства:

• Простота конструкции
• Отсутствие щеточного узла
• Низкая чувствительность к коротким замыканиям
• Высокий уровень защиты от внешних факторов
• Стоимость: купить асинхронный генератор можно гораздо дешевле синхронного агрегата

Однако у данного типа устройств есть и недостатки:

• Неспособность работать при высоких пиковых нагрузках
• Низкая точность напряжения тока на выходе
• Выход из строя при длительных экстремальных нагрузках

Современные производители предлагают ряд мер по устранению недостатков, что существенно увеличивает спрос на данное энергогенерирующее оборудование.

Асинхронный генератор.Генератор из асинхронного двигателя.

Общая характеристика генератора в асинхронном режиме

Асинхронный генератор (АГ) является наиболее распространенной электрической машиной переменного тока, применяемой преимуществен­но в качестве двигателя.
Только низковольтные АГ (до 500 В пи­тающего напряжения) мощностью от 0,12 до 400 кВт потребляют более 40% всей вырабатываемой в мире электроэнергии, а годовой их выпуск со­ставляет сотни миллионов, покрывая самые разнообразные потребности промышленного и сельскохозяйственного производства, судовых, авиаци­онных и транспортных систем, систем автоматики, военной и специальной техники.[ad#строчный]

Эти двигатели сравнительно просты по конструкции, весьма на­дежны в эксплуатации, имеют достаточно высокие энергетические показа­тели и невысокую стоимость. Именно поэтому непрерывно расширяется сфера использования асинхронных двигателей как в новых областях техники, так и взамен более сложных электрических машин различных конструкций.

Например, значительный интерес в последние годы вызывает приме­нение асинхронных двигателей в генераторном режиме для обеспечения питанием как потреби­телей трехфазного тока, так и потребителей постоянного тока через вы­прямительные устройства. В системах автоматического управления, в сле­дящем электроприводе, в вычислительных устройствах широко применя­ются асинхронные тахогенераторы с короткозамкнутым ротором для пре­образования угловой скорости в электрический сигнал.

Применение асинхронного режима генератора

[adsense_id=»1″]
В определенных условиях эксплуатации автономных источников электроэнергии применение асинхронный режим генератора оказывается предпочтительным или даже единственно возможным решением, как, например, в высокоскоростных передвижных электростанциях с безредукторным газотурбинным приво­дом с частотой вращения п = (9…15)10 3 об/мин. В работе [82] описан АГ с массивным ферромагнитным ротором мощностью 1500 кВт при п = =12000 об/мин, предназначенный для автономного сварочного комплекса «Север». В данном случае массивный ротор с продольными пазами прямо­угольного сечения не содержит обмоток и выполняется из цельной сталь­ной поковки, что дает возможность непосредственного сочленения ротора двигателя в генераторном режиме с газотурбинным приводом при окружной скорости на поверхности ро­тора до 400 м/с. Для ротора с шихтованным сердечником и к.з. обмоткой типа «беличья клетка» допустимая окружная скорость не превышает 200 — 220 м/с.[ad#строчный]

Другим примером эффективного применения асинхронного двигателя в генераторном режиме является давнее их использование в мини-ГЭС при устойчивом режиме нагрузки.

Асинхронный генератор отличаются простотой эксплуатации и обслуживания, легко включаются на параллельную работу, а форма кривой выходного напря­жения у них ближе к синусоидальной, чем у СГ при работе на одну и ту же нагрузку. Кроме того, масса АГ мощностью 5-100 кВт примерно в 1,3 — 1,5 раза меньше массы СГ такой же мощности и они несут меньший объем обмоточных материалов. При этом в конструктивном отношении они ни­чем не отличаются от обычных АД и возможно их серийное производство на электромашиностроительных заводах, выпускающих асинхронные ма­шины.

Недостатки асинхронного режима генератора,асинхронного двигателя(АД)

Один из недостатков АД — это то, что они являются потребителями значительной реактивной мощности (50% и более от полной мощности), необходимой для создания магнитного поля в машине, которая должна по­ступать из сети при параллельной работе асинхронного двигателя в генераторном режиме с сетью или от другого ис­точника реактивной мощности (батарея конденсаторов (БК) или синхрон­ный компенсатор (СК)) при автономной работе АГ. В последнем случае наиболее эффективно включение батареи конденсаторов в цепь статора параллельно нагрузке хотя в принципе возможно ее включение в цепь ро­тора. Для улучшения эксплуатационных свойств асинхронного режима генератора в цепь статора допол­нительно могут включаться конденсаторы последовательно или парал­лельно с нагрузкой.

Во всех случаях автономной работы асинхронного двигателя в генераторном режиме источники реактивной мощ­ности (БК или СК) должны обеспечивать реактивной мощностью как АГ, так и нагрузку, имеющую, как правило, реактивную (индуктивную) со­ставляющую (соsφ_н 0).

Масса и размеры конденсаторной батареи или синхронного компен­сатора могут превосходить массу асинхронного генератора и только при соsφ_н =1 (чисто актив­ная нагрузка) размеры СК и масса БК сопоставимы с размером и массой АГ.

Другой, наиболее сложной проблемой является проблема стабилиза­ции напряжения и частоты автономно работающего АГ, имеющего «мяг­кую» внешнюю характеристику.

При использовании асинхронного режима генератора в составе автономной ВЭУ эта проблема ос­ложняется еще и нестабильностью частоты вращения ротора. Возможные и применяемые в настоящее время способы регулирования напряжения асинхронном режиме генератора.

При проектировании АГ для ВЭУ оптимизационные расчеты следует вести по максимуму КПД в широком диапазоне изменения частоты враще­ния и нагрузки, а также по минимуму затрат с учетом всей схемы управле­ния и регулирования. Конструкция генераторов должна учитывать клима­тические условия работы ВЭУ, постоянно действующие механические усилия на элементы конструкции и особенно — мощные электродинамиче­ские и термические воздействия при переходных процессах, которые возникают при пусках, перерывах питания, выпадении из синхронизма, ко­ротких замыканиях и других, а также при значительных порывах ветра.

Устройство асинхронной машины,асинхронного генератора

Устройство асинхронной машины с короткозамкнутым ротором по­казано на примере двигателя серии АМ (рис. 5.1).

Основными частями АД являются неподвижный статор 10 и вра­щающийся внутри него ротор , отделенный от статора воздушным зазором. Для уменьшения вихревых токов сердечники ротора и статора набираются из отдельных листов, отштампованных из электротехнической стали тол­щиной 0,35 или 0,5 мм. Листы оксидируются (подвергаются термической обработке), что увеличивает их поверхностное сопротивление.
[adsense_id=»1″]
Сердечник статора встраивается в станину 12, являющуюся внешней частью машины. На внутренней поверхности сердечника имеются пазы, в которых уложена обмотка 14. Статорную обмотку чаще всего делают трехфазной двухслойной из отдельных катушек с укороченным шагом из изолированного медного провода. Начала и концы фаз обмотки выводят на зажимы коробки выводов и обозначают так:

концы — С 4, С5, Сб .

Обмотку статора можно соединить звездой (У) или треугольником (Д). Это дает возможность применять один и тот же двигатель при двух различных линейных напряжениях, находящихся в отношении напри­мер, 127/220 В или 220/380 В. При этом соединению У соответствует включение АД на высшее напряжение.

Сердечник ротора в собранном виде запрессовывается на вал 15 го­рячей посадкой и предохраняется от проворачивания при помощи шпонки. На внешней поверхности сердечник ротора имеет пазы для укладки обмот­ки 13. Обмотка ротора в наиболее распространенных АД представляет со­бой ряд медных или алюминиевых стержней, расположенных в пазах и замкнутых по торцам кольцами. В двигателях мощностью до 100 кВт и бо­лее обмотка ротора выполняется заливкой пазов расплавленным алюми­нием под давлением. Одновременно с обмоткой отливаются и за­мыкающие кольца вместе с вентиляционными крылатками 9. По форме та­кая обмотка напоминает «беличью клетку».

Двигатель с фазным ротором.Асинхронный режим генератора.

Для специальных асинхронных двигателях обмотка ротора может выполняться по­добно статорной. Ротор с такой обмоткой помимо указанных частей имеет три укрепленных на валу контактных кольца, предназначенных для соеди­нения обмотки с внешней цепью. АД в этом случае называется двигателем с фазным ротором или с контактными кольцами.

Вал ротора 15 объединяет все элементы ротора и служит для соеди­нения асинхронного двигателя с исполнительным механизмом.

Воздушный зазор между ротором и статором составляет от 0,4 — 0,6 мм для машин малой мощности и до 1,5 мм у машин большой мощности. Подшипниковые щиты 4 и 16 двигателя служат опорой для подшипников ротора. Охлаждение асинхронного двигателя осуществляется по принципу самообдува вентилятором 5. Подшипники 2 и 3 закрыты снаружи крышка­ми 1 , имеющими лабиринтовые уплотнения. На корпусе статора устанав­ливается коробка 21с выводами 20 обмотки статора. На корпусе укрепля­ется табличка 17, на которой указываются основные данные АД. На рис.5.1 обозначено также: 6 — посадочное гнездо щита; 7 — кожух; 8 — корпус; 18 — лапа; 19 — вентиляционный канал.

Почему используется асинхронный генератор

Асинхронный генератор — это работающая в генераторном режиме асинхронная электрическая машина (ел.двигатель).

При помощи приводного двигателя (в нашем случае ватродвигателя) ротор асинхронного электрогенератора вращается в одном направлении с магнитным полем. Скольжение ротора при этом становится отрицательным, на валу асинхронной машины появляется тормозящий момент, и генератор передает энергию в сеть.

Для возбуждения электродвижущей силы в его выходной цепи используют остаточную намагниченность ротора. Для этого применяются конденсаторы.

Асинхронные генераторы не восприимчивы к коротким замыканиям.

Асинхронный генератор устроен проще синхронного (например автомобильного генератора): если у последнего на роторе помещаются катушки индуктивности, то ротор асинхронного генератора похож на обычный маховик. Такой генератор лучше защищен от попадания грязи и влаги, более устойчив к короткому замыканию и перегрузкам, а выходное напряжение асинхронного электрогенератора отличается меньшей степенью нелинейных искажений. Это позволяет использовать асинхронные генераторы не только для питания промышленных устройств, которые не критичны к форме входного напряжения, но подключать электронную технику.

Именно асинхронный электрогенератор является идеальным источником тока для приборов, имеющих активную (омическую) нагрузку: электронагревателей, сварочных преобразователей, ламп накаливания, электронных устройств, компьютерную и радиотехнику.

Преимущества асинхронного генератора

Еще одним преимуществом асинхронного электрогенератора является то, что в нем полностью отсутствуют вращающиеся обмотки и электронные детали, которые чувствительны к внешним воздействиям и довольно часто подвержены повреждениям. Поэтому асинхронный генератор мало подвержен износу и может служить очень долго.

На выходе наших генераторов идет сразу 220/380В переменного тока, который можно использовать напрямую к бытовым приборам (например обогреватели), для зарядки аккумуляторов, для подключения к пилораме, а также для параллельной работы с традиционной сетью. В этом случае Вы будете оплачивать разницу потребленной из сети и сгенерированной ветряком. Т.к. напряжение идет сразу промышленных параметров, то Вам не понадобятся различные преобразователи (инверторы) при прямом включении ветрогенератора к Вашей нагрузке. Например Вы можете напрямую подключить к пилораме и при наличии ветра — работать так, как если бы Вы просто подключились к сети 380В.

При этом скольжение станет отрицательным, а направление э.д.с. Е1, наведенной в обмотке статора, а следовательно, и направление тока I1 изменятся на противоположное. В результате электромагнитный момент на роторе также изменит направление и из вращающего (в двигательном режиме) превратится в противодействующий (по отношению к вращающему моменту первичного двигателя). В этих условиях асинхронная машина из двигательного перейдет в генераторный режим, преобразуя механическую энергию первичного двигателя в электрическую. При генераторном режиме асинхронной машины скольжение может изменяться в диапазоне

Асинхронные генераторы, назначение, особенности, принцип работы

Трехфазные асинхронные машины как генераторы используются значительно реже, чем синхронные, так как имеют худшие экс-плуатационные характеристики. частота ЭДС асинхронных генераторов переменная (зависит от нагрузки), они имеют низкий коэф-фициент мощности и загружают сеть реактивным током. Кроме того, напряжение асинхронного генератора можно регулировать лишь изменением частоты вращения, что также влияет на частоту тока.

Как и все электрические машины общепромышленного применения, асинхронная машина обратима, т. е. может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Если S пх). Электромагнитная сила (электромагнитный момент) противодействует вращению ротора. Для обеспечения работы генератора необходимо передавать ротору мощность от внешнего источника энергии.
Асинхронные генераторы используют на транспорте (кораблях, самолетах, тепловозах и др.). Они генерируют ЭДС неустановив-шейся частоты, однако имеют надежную конструкцию и работают со скоростными двигателями, имеющими частоту вращения до 12 000 об/мин. Такие энергетические установки обладают хорошими массово-габаритными характеристиками.

При автономной работе асинхронные генераторы потребляют индуктивную мощность. Для компенсации параллельно к обмоткам статора включают конденсаторы.
Достаточно интересно использование асинхронных двигателей в генераторном режиме. Его используют для ограничения скорости вращения вала. Когда исполнительный механизм ускоряет движение, то переводом двигателя в режим генератора можно осуществить рекуперативное торможение, т. е. работу с возвращением энергии в сеть. Такой режим обеспечивается, например, при движении железнодорожного состава под уклон. Опытный машинист башенного крана может таким образом экономить достаточно большое количество электроэнергии, опуская грузы на стройплощадке.

Самодельная электростанция

Руководство по изготовлению самодельного электрогенератора 220/380 В.

Те, кто часто выезжает за город знают, что полное отсутствие электроэнергии или ее частое отключение совсем не редкость. Люди борются с этим, покупая бензогенераторы или керосиновые лампы и стеариновые свечи.

Но есть и другой способ. Мотоблок, для вспашки и уборки огородов, стал уже народным хитом. Опыт показал, что его можно приспособить для выработки электроэнергии. В качестве генератора можно использовать асинхронный электродвигатель, например серии АИР. Электродвигатель должен быть с частотой вращения 800-1600 об/мин и мощностью до 15 кВт.

Двигатель мотоблока и электродвигатель связывают с помощью двух шкивов и приводного ремня. Диаметр шкивов выбирают так, чтобы частота вращения электродвигателя в качестве генератора, была на 10-15% больше паспортного значения числа оборотов электродвигателя.

Обмотки электродвигателя соединяют звездой, а конденсаторы включаются параллельно каждой паре обмоток. Они образуют треугольник. Напряжение снимается между средней точкой и концом обмотки. Между обмотками получается 380 В, между средней точкой и концом обмотки 220 В. Для поддержания правильного режима пуска и работы генератора, подбираются конденсаторы. Все три конденсатора имеют одинаковую емкость. Соотношение между емкостью конденсаторов и мощностью генератора, можно посмотреть в таблице.

Для активной нагрузки бывает достаточно одного конденсатора.

Чтобы использовать все три фазы для питания однофазного инструмента, нужно применить трехфазный трансформатор.

Если при работе генератор сильно греется, емкость конденсаторов необходимо уменьшить.

Конденсаторы должны быть с рабочим напряжением не менее 400 В.

Энергетические установки такого рода можно использовать и для отопления дома. Правда бензиновый двигатель должен быть мощнее, но учитывая то, что ржавые «Оку» или «Ваз 2101» можно купить за копейки, а затем использовать их движок – это уже не проблема.