Генератор из асинхронного двигателя – устройство, принцип действия, применение, особенности переделки, этапы изготовления

Чтобы обеспечить ток заданных параметров для самодельного сварочного аппарата, применил самодельный электрогенератор на базе старого мотора. Для этой цели внес изменения в устройстве его обмоток и электросхемы. В этом обзоре объясню, как сделать генератор из асинхронного двигателя, как он устроен и работает, где находит применение, каковы особенности такой переделки, какова выгода и эффективность, а также какие главные этапы включает процедура переоборудования.

Асинхронный мотор и генератор – устройство, особенности и принцип действия, применение

Прежде чем приступить к переделке электрического мотора в электрогенератор, следует понять, как он устроен и функционирует. Сразу отмечу, что бывают 2 типа асинхронных двигателей, различающихся типом ротора – короткозамкнутые и фазные. Различаются они следующими особенностями:

• Короткозамкнутые.
  

Электроприводы этой разновидности состоят из 2-х основных частей:

• Неподвижного статора. 
  
• Вращающегося ротора.
  

Оба элемента включают наборные сердечники из специального стального сплава. Статорная обмотка выполнена из проводника с изоляцией, а роторная – в виде стержневой намотки, либо в заливной форме из алюминия.

При этом по краям ротора имеются кольца. Благодаря им замыкается обмотка. Отсюда же берется и название типа мотора.

• Фазные.
  

В отличие от предыдущего варианта ротор оснащен обмоткой такой же, как и статор. Соединяется она контактными кольцами с краев, которые связаны с контролирующими устройствами посредством скользящих щеток.

Электроприводы с фазным типом ротора мало распространены. Так как они дороже, недостаточно надежны и требуют частого профессионального обслуживания. По этой причине далее разберем возможность переоборудования более доступных короткозамкнутых моделей.

Кроме того, генератор из асинхронного двигателя своими руками сделать легче и быстрее всего, и при этом без особых переделок. Так, если сравнивать его с синхронными аналогами, то выявляется следующий ряд плюсов:

• Более простое устройство. 
  
• Возможность более быстрого вращения ротора. 
  
• Наилучшая защищенность от внешних факторов. 
  
• Неравномерность вращения, составляющая всего 2 %. 
  
• Стойкость к перепадам в сети. 
  
• Статичность намоток, благодаря чему повышается срок эксплуатации. 
  
• Полноценный 1-фазный или 3-фазный ток на выходе без инвертора в схеме.
  

Принцип действия мотора основан на том, что в обмотках возникают поля разной направленности. В результате элемент на валу, то есть ротор, начинает вращаться. Генератор, можно сказать, работает в обратном направлении – при вращении намагниченном роторе формируется э/м-поле, которое запускает индукционный ток в неподвижной статорной намотке.

Самодельные электрогенераторы находят широкое применение в быту на следующих направлениях:

• Обустройство ветряной частной электростанции. 
  
• Оснащение небольшой гидроэлектростанции. 
  
• Создание бензинового или дизельного мобильного электрогенератора. 
  
• Автономное электроснабжение загородного дома или отдельного оборудования. 
  
• Генерирование тока заданных характеристик в сварочном агрегате. 
  
• Бесперебойное электропитание объекта в случае аварийного отключения электросети.
  

Особенности переделки, выгода и эффективность

Чтобы сделать генератор из электродвигателя, для начала следует разобраться, каким образом механическая энергия будет преобразовываться в электрическую. Вроде бы все просто – при вращении ротора должно возникать переменное э/м-поле и наводить ток индукции в неподвижной статорной обмотке.

В действительности же, если попробовать обычный электропривод запустить в режиме генератора, никакого тока возникать не будет. Но при этом поле появляется, когда агрегат работает в режиме мотора. Причем после выключение на роторе остается его небольшое присутствие.

Поэтому если роторный вал подвергнуть вращению, ток все же потечет, но ненадолго, так как магнитное поле быстро иссякнет. Единственное, за счет чего может поддерживаться намагниченность – это принцип самовозбуждения. При этом для его подпитки потребуется внедрение в цепь емкостных конденсаторов.

Такие элементы схемы понадобится установить на каждую обмотку генератора. Величина зависит от частоты вращения ротора, и определяется по следующей формуле:

Е = С_вр / 2 × 3,14 × Ф × Н_ст²

Е – емкость конденсатора,

С_вр – частота вращения ротора,

Ф – показатель частоты тока в сети, как правило, это 50 Гц,

Н_ст – напряжение в электросети.

Например, если ротор вращается с частотой 2000 об/мин, требуемая емкость в 1-фазном варианте равняется следующему значению:

Е = 2000 / 2 × 3,14 × 50 × 220² = 132 мкФ

Помимо этого, при подборе конденсаторов и последующей безопасной эксплуатации устройства рекомендую соблюдать следующие правила:

• Емкость не должна быть выше расчетного значения, иначе возрастет активное сопротивление, и агрегат перегреется. 
  
• Такой же эффект возникнет, когда прибор запустится без нагрузки. 
  
• В случае перегрева можно снизить емкость цепи, и для этого изначально следует устанавливать не один блок, а несколько. Например, вместо одного на 100 мкФ, лучше поставить 5 по 20 мкФ. Если один потом убрать, останется 80 мкФ.
  

В зависимости от того, какое требуется напряжение на выходе, есть 2 варианта подключения конденсаторов к обмоткам:

• 220 В. Используется «треугольник» – конец 1-ой обмотки соединяется с началом 2-ой, конец 2-ой с началом 3-ей, конец 3-ей с началом 1-ой. 
  
• 380 В. Применяется «звезда» – начало 1-ой, 2-ой и 3-ей обмоток соединяются вместе, а концам подсоединяются емкости.
  

Выгода электрогенератора на базе асинхронного мотора, прежде всего, заключается в том, что он практически не требует обслуживания. Кроме того, у вырабатываемого им тока отсутствуют так называемые высшие гармоники.

Отрицательные же качества проявляются в следующем:

• Невозможно обеспечить ток номинальных характеристик, как в промышленной сети. 
  
• Чувствительность к перепадам нагрузок. 
  
• Вероятность прекращения электрогенерации при перегрузках. 
  
• Постоянные скачки вырабатываемого напряжения.
  

Даже простейший 1-фазный генератор обладает опасностью, и потому перед началом эксплуатации требует обязательного заземления.

Этапы изготовления, советы по эксплуатации

Для изготовления электрогенератора понадобится подходящий мотор. Взять его можно, например, из старой стиральной машинки. Процесс переоборудования сводится к доработке ротора и производится в следующем порядке:

• Мотор разбирается, извлекается ротор.
  

Видео-пример работы электрогенератора на базе асинхронного мотора:

• Далее сердечник обтачивается на токарном станке. С краев снимается около 2 мм. 
  
• Заранее подготовленные неодимовые магниты (примерно по 8 штук для каждого полюса) устанавливаются на освободившееся место. 
  
• Монтаж магнитных элементов выполняется на мгновенный клей. При этом они должны прижиматься, пока не произойдет фиксация. Так как из-за сил взаимодействия они будут постоянно смещаться. 
  
• После этого ротор оборачивается в бумагу и обматывается скотчем. 
  
• С торцов конструкция заделывается пластилином. 
  
• Затем эпоксидной смолой заливаются свободные места между магнитами. Для этого в бумажной оболочке проделываются отверстия, и через небольшую воронку внутрь заливается состав. 
  
• После затвердевания смолы внешняя бумажная оболочка удаляется. 
  
• Далее деталь неподвижно фиксируется, например, в тисах, и проводится шлифовка поверхности до гладкого состояния. 
  
• Идентифицируются проводники в системе электроснабжения двигателя. Всего одна пара должна вести к намоткам. Другие провода допускается удалить, чтобы избежать путаницы при подключении.
  

Видео-инструкция по изготовлению генератора из электромотора:

• После того как ротор поставлен на место, проверяется способность его к свободному вращению. Если при этом будут наблюдаться затруднения, понадобится заменить подшипники.
  

При необходимости преобразования переменного тока в постоянный, понадобится выпрямитель. Собрать его можно из специально предназначенных для этого диодов на базе кремния.

Чтобы электрогенератор прослужил как можно дольше, рекомендую учесть следующие нюансы в его эксплуатации:

• Наиболее уязвимая часть в механической системе – это подшипники. Требуется регулярно проверять, смазывать, менять. 
  
• Слабый элемент в электрике – конденсаторы. При неграмотном подборе по номиналу быстро выходят из строя. 
  
• Повышение нагрузок свыше нормы приводит к перегреву. Поэтому следует либо строго следить за подключениями, либо обеспечить мощное охлаждение.
  

Видео о том, как сделать электрогенератор на базе электромотора и бензинового двигателя:

Коротко о главном

Электромоторы бывают с короткозамкнутым и фазным ротором. Более всего распространены 1-ые разновидности – ввиду надежности и простоты обслуживания. Асинхронные модели по сравнению с синхронными проще устроены, лучше защищены от внешних факторов и перепадов, и выдают ток стабильных параметров.

Принцип работы генератора основан на образовании индукционного тока в статичной статорной обмотке при вращении намагниченного ротора. Применяется самодельный генератор для обустройства частных электростанций, автономного и альтернативного электроснабжения дома.

Чтобы использовать электромотор в качестве генератора потребуется внедрить в его электросхему емкостные конденсаторы. Величина емкости рассчитывается по специальной формуле, и зависит от частоты вращения ротора.

Для того чтобы агрегат выдавал напряжение 220 В обмотки подключаются по схеме «треугольник», а 380 В – «звезда». Выгода самодельного генератора сводится к минимальному обслуживанию и приемлемым характеристикам выдаваемого тока.

Недостатки проявляются в невозможности создания промышленного номинала тока, чувствительности к перепадам нагрузок и возможности отключения, скачках напряжения на выводе. Переоборудование мотора в генератор сводится к доработке ротора, идентификации электрики и замене подшипников.