|
Асинхронный электродвигатель в качестве генератора
|
| 30.01.2010, 19:43 |
Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме.
|
В статье
рассказано о том, как построить трёхфазный( однофазный ) генератор
220/380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока. |
Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретённый в
конце 19-го века русским учёным-электротехником
М.О. Доливо-Добровольским, получил в настоящее время
преимущественное распространение и в промышленности, и в сельском
хозяйстве, а также в быту. Асинхронные электродвигатели–самые простые и
надёжные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо
по условиям электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной
мощности, следует применять асинхронные электродвигатели переменного
тока.
Различают два основных вида асинхронных двигателей: с
короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Асинхронный
короткозамкнутый электродвигатель состоит из неподвижной части -
статора и подвижной части - ротора, вращающегося в подшипниках,
укреплённых в двух щитах двигателя. Сердечники статора и ротора набраны
из отдельных изолированных один от другого листов электротехнической
стали. В пазы сердечника статора уложена обмотка, выполненная из
изолированного провода. В пазы сердечника ротора укладывают стержневую
обмотку или заливают расплавленный алюминий. Кольца-перемычки накоротко
замыкают обмотку ротора по концам (отсюда и название - короткозамкнутый).
В отличие от короткозамкнутого ротора, в пазах фазного ротора размещают
обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Концы обмотки подводят к
контактным кольцам, укреплённым на валу. По кольцам скользят щетки,
соединяя обмотку с пусковым или регулировочным реостатом. Асинхронные
электродвигатели с фазным ротором являются более дорогостоящими
устройствами, требуют квалифицированного обслуживания, менее надёжны, а
потому применяются только в тех отраслях производства, в которых без
них обойтись нельзя. По этой причине они мало распространены, и мы их в
дальнейшем рассматривать не будем.
По обмотке статора, включенной в трехфазную цепь,
протекает ток, создающий вращающее магнитное поле. Магнитные силовые
линии вращающегося поля статора пересекают стержни обмотки ротора и
индуктируют в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС в
замкнутых накоротко стержнях ротора протекает ток. Вокруг стержней
возникают магнитные потоки, создающие общее магнитное поле ротора,
которое, взаимодействуя с вращающим магнитным полем статора, создает
усилие, заставляющее ротор вращаться в направлении вращения магнитного
поля статора. Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения
магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Этот показатель
характеризуется скольжением S и находиться для большинства двигателей в
пределах от 2 до 10%.
В промышленных установках наиболее часто используются
трёхфазные асинхронные электродвигатели, которые выпускают в виде
унифицированных серий. К ним относится единая серия 4А с диапазоном
номинальной мощности от 0,06 до 400 кВт, машины которой отличаются
большой надёжностью, хорошими эксплуатационными качествами и
соответствуют уровню мировых стандартов.
Автономные асинхронные генераторы - трёхфазные машины,
преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую
энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими
видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма
и, как следствие этого, большая долговечность и надежность. Если
отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от
какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом
обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты
вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного
магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам
статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках
статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае
намагничивающим. Ёмкость батареи С должна превышать некоторое
критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только
в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках
статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений.
Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины
и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый
электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор.
 Рис.1 Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.
В таблице 1 приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750….1500 об/мин).
Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:
Q = 0,314·U2·C·10 -6,
где С - ёмкость конденсаторов, мкФ.
Таблица1
| Мощность генератора,кВ·А |
Холостой ход |
Полная нагрузка |
| ёмкость, мкФ |
реактивная мощность, квар |
cos = 1 |
cos = 0,8 |
| ёмкость, мкФ |
реактивная мощность, квар |
ёмкость, мкФ |
реактивная мощность, квар |
2,0
3,5
5,0
7,0
10,0
15,0
|
28
45
60
74
92
120
|
1,27
2,04
2,72
3,36
4,18
5,44
|
36
56
75
98
130
172
|
1,63
2,54
3,40
4,44
5,90
7,80
|
60
100
138
182
245
342
|
2,72
4,53
6,25
8,25
11,1
15,5
|
Как видно из приведённых данных, индуктивная
нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности,
вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания
напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и
ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы.
Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного
генератора.
Частота вращения асинхронного генератора в нормальном
режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и
соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия
приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться
от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе
частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов,
стиральных машин, устройств с трансформаторным входом. Особенно опасно
снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается
индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов,
что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного
выхода из строя.
В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный
асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности
без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя - генератора
определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоёмкими из
них являются:
· бытовые сварочные трансформаторы;
· электропилы, электрофуганки, зернодробилки (мощность 0,3…3 кВт);
· электропечи типа "Россиянка", "Мечта" мощностью до 2 кВт;
· электроутюги (мощность 850…1000 Вт).
Особо хочу остановиться на эксплуатации бытовых сварочных
трансформаторов. Их подключение к автономному источнику электроэнергии
наиболее желательно, т.к. при работе от промышленной сети они создают
целый ряд неудобств для других потребителей электроэнергии. Если
бытовой сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами
диаметром 2…3 мм, то его полная мощность составляет примерно 4…6 кВт,
мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах
5…7 кВт. Если бытовой сварочный трансформатор допускает работу с
электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме - "резки"
металла, потребляемая им полная мощность может достигать 10…12 кВт,
соответственно мощность асинхронного генератора должна находиться в
пределах 11…13 кВт.
В качестве трёхфазной батареи конденсаторов хорошо
использовать так называемые ком-пенсаторы реактивной мощности,
предназначенные для улучшения соsφ в промышленных осветительных сетях.
Их типовое обозначение: КМ1-0,22-4,5-3У3 или КМ2-0,22-9-3У3, которое
расшифровывается следующим образом. КМ- косинусные конденсаторы с
пропиткой минеральным маслом, первая цифра-габарит (1 или 2), затем
напряжение (0,22 кВ), мощность (4,5 или 9 квар), затем цифра 3 или 2
означает трёхфазное или однофазное исполнение, У3 (умеренный климат
третьей категории).
В случае самостоятельного изготовления батареи, следует
использовать конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на
рабочее напряжение не менее 600 В. Электролитические конденсаторы
применять нельзя.
Рассмотренный выше вариант подключения трёхфазного
электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но
не единственным. Существуют и другие способы, которые так же хорошо
зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов
подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора.
 Рис.2 Двухфазный режим асинхронного генератора.
В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих
переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные
асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от
стиральных машин типа "Ока", "Волга", поливальных насосов "Агидель",
"БЦН" и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно
рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий
конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого
конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет
определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для
активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники)
требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры,
холодильники) - больше.
 Рис.3 Маломощный генератор из однофазного асинхронного двигателя.
Каждая автономная электростанция должна содержать
необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока
(со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один
выключатель подключает нагрузку к генератору, два других - коммутируют
цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает
запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить
температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор
невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического
двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток
генератора.
Если с помощью генератора предполагается запитывать
оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного
тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то
необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы
генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети.
Отключать надо оба провода: "фазу" и "ноль".
В заключение несколько общих советов.
- Генератор переменного тока является устройством повышенной
опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней
необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.
- По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.
- Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он "не любит"
холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным
подбором емкости возбуждающих конденсаторов.
- Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого
генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна
фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора,
если две фазы - 2/3 общей мощности генератора.
- Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно
косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме
"холостого хода" должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.
Журнал "Сделай сам" |
| Категория: Энергия ветра | Добавил: asyl
|
| Просмотров: 20871 | Загрузок: 0
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
|
