Un générateur à induction peut-il fonctionner comme un moteur électrique. Générateur d'un moteur asynchrone. Schémas de câblage
L'idée d'avoir une source d'énergie électrique autonome et de ne pas dépendre d'un réseau électrique stationnaire inquiète de nombreux habitants des zones rurales.
Sa mise en œuvre est assez simple: vous avez besoin d'un moteur électrique asynchrone triphasé, qui peut être utilisé même à partir d'équipements industriels anciens et déclassés.
Un générateur de bricolage à partir d'un moteur asynchrone est fabriqué selon l'un des trois schémas publiés dans cet article. Il convertira l'énergie mécanique en électricité gratuitement et de manière fiable.
Comment choisir un moteur électrique
Pour éliminer les erreurs au stade du projet, il est nécessaire de faire attention à la conception du moteur acheté, ainsi qu'à ses caractéristiques électriques : consommation électrique, valeur de la tension d'alimentation et vitesse du rotor.
Les machines asynchrones sont réversibles. Ils sont capables de travailler dans le mode suivant :
· Un moteur électrique lorsqu'une tension externe leur est appliquée ;
· Ou un générateur, si leur rotor fait tourner une source d'énergie mécanique, par exemple, une roue à eau ou à vent, un moteur à combustion interne.
Faites attention à la plaque signalétique, à la conception du rotor et du stator. Nous prenons en compte leurs caractéristiques lors de la création d'un générateur.
Ce que vous devez savoir sur la conception du stator
Il a trois enroulements isolés enroulés sur un noyau commun du circuit magnétique pour l'alimentation de chaque phase de tension.
Ils sont connectés de l'une des deux manières suivantes :
1. Une étoile, lorsque toutes les extrémités sont réunies en un seul point. Au début et à la borne commune des extrémités, la tension est fournie par quatre fils.
2. Triangle - la fin d'un enroulement est connectée au début de l'autre de sorte que le circuit est assemblé en anneau et que seuls trois fils en sortent.
Plus en détail, cette information est présentée dans l'article de mon site sur raccorder un moteur triphasé à un réseau domestique monophasé.
Caractéristiques de la conception du rotor
Un circuit magnétique et trois enroulements y sont également créés. Ils se connectent de l'une des deux manières suivantes :
1. par les bornes de contact d'un moteur à rotor bobiné ;
2. court-circuité par un insert en aluminium dans la roue à cage d'écureuil - machines asynchrones.
Nous avons besoin d'un rotor à cage d'écureuil. Tous les circuits sont conçus pour lui.
La conception du rotor de phase peut également être utilisée comme générateur. Mais il faudra le refaire : on vient de shunter toutes les sorties ensemble avec des courts-circuits.
Comment prendre en compte les caractéristiques électriques du moteur
Le générateur sera affecté par :
1. Le diamètre du fil d'enroulement. Le chauffage de la structure et la quantité de puissance appliquée en dépendent directement.
2. Vitesse estimée du rotor, indiquée par le nombre de tours.
3. La méthode de connexion des enroulements en étoile ou en triangle.
4. La quantité d'énergie perdue, déterminée par le rendement et le cosinus φ.
On les regarde sur l'assiette ou on les calcule par des méthodes indirectes.
Comment faire passer un moteur électrique en mode générateur
Il y a deux étapes à suivre :
1. Faites tourner le rotor loin de la source d'alimentation mécanique étrangère.
2. Excitez un champ électromagnétique dans les enroulements.
Si tout est clair avec le premier point, alors pour le second, il suffit de connecter une batterie de condensateurs aux enroulements, créant une charge capacitive d'une certaine valeur.
Plusieurs variantes de schémas ont été développées pour cette question.
Pleine étoile
Des condensateurs sont connectés entre chaque paire de débuts d'enroulement.
Étoile simplifiée
Dans ce circuit, les condensateurs de démarrage et de travail sont connectés par leurs propres interrupteurs.
Diagramme triangulaire
Des condensateurs sont connectés en parallèle à chaque enroulement. Une tension de ligne de 220 volts est générée aux bornes de sortie.
Quelles sont les cotes des condensateurs
Le moyen le plus simple consiste à utiliser des condensateurs en papier avec des tensions de 500 volts et plus. Il vaut mieux ne pas utiliser de modèles électrolytiques : ils peuvent bouillir et exploser.
La formule pour déterminer la capacité est := Q / 2π f U2.
Dans celui-ci, Q est la puissance réactive, f est la fréquence, U est la tension.
Une source d'électricité est nécessaire pour alimenter les appareils ménagers et les équipements industriels. La génération de courant électrique est possible de plusieurs manières. Mais le plus prometteur et économiquement rentable, aujourd'hui, est la génération de courant machines électriques... Le plus simple à fabriquer, le moins cher et le plus fiable en fonctionnement s'est avéré être un générateur asynchrone, qui génère la part du lion de l'électricité que nous consommons.
L'utilisation de machines électriques de ce type est dictée par leurs avantages. Les générateurs électriques asynchrones, en revanche, fournissent :
- plus haut degré de fiabilité;
- longue durée de vie;
- rentabilité;
- frais d'entretien minimaux.
Ces propriétés et d'autres des générateurs asynchrones sont inhérentes à leur conception.
Appareil et principe de fonctionnement
Les principales pièces de travail un générateur synchrone est le rotor (partie mobile) et le stator (fixe). Sur la figure 1, le rotor est à droite et le stator est à gauche. Faites attention à la conception du rotor. Les enroulements de fil de cuivre ne sont pas visibles dessus. En fait, des enroulements existent, mais ils sont constitués de tiges d'aluminium court-circuitées en anneaux situés de part et d'autre. Sur la photo, les tiges sont visibles sous forme de lignes obliques.
La conception des enroulements court-circuités forme ce qu'on appelle la "cage d'écureuil". L'espace à l'intérieur de cette cage est rempli de plaques d'acier. Pour être précis, les tiges d'aluminium sont enfoncées dans les rainures pratiquées dans le noyau du rotor.
Figure. 1. Rotor et stator générateur asynchrone
Une machine asynchrone, dont le dispositif est décrit ci-dessus, est appelée générateur à cage d'écureuil. Quiconque est familier avec la conception d'un moteur électrique asynchrone a probablement remarqué la similitude dans la structure de ces deux machines. En fait, ils ne sont pas différents, car un générateur à induction et un moteur à cage d'écureuil sont presque identiques, à l'exception des condensateurs de champ supplémentaires utilisés en mode générateur.
Le rotor est situé sur un arbre qui repose sur des roulements serrés des deux côtés par des couvercles. L'ensemble de la structure est protégé par une enveloppe métallique. Les générateurs de moyenne et haute puissance nécessitent un refroidissement, c'est pourquoi un ventilateur est en outre installé sur l'arbre et le boîtier lui-même est nervuré (voir Fig. 2).
Figure. 2. Ensemble générateur asynchrone Principe de fonctionnement
Par définition, un générateur est un appareil qui convertit l'énergie mécanique en courant électrique. Dans ce cas, peu importe l'énergie utilisée pour faire tourner le rotor : vent, énergie potentielle de l'eau ou énergie interne convertie par une turbine ou un moteur à combustion interne en énergie mécanique.
Du fait de la rotation du rotor, les lignes de force magnétique formées par l'aimantation rémanente des plaques d'acier traversent les enroulements du stator. Une CEM est formée dans les bobines, ce qui, lorsque des charges actives sont connectées, conduit à la formation d'un courant dans leurs circuits.
Dans ce cas, il est important que la vitesse de rotation synchrone de l'arbre dépasse légèrement (d'environ 2 à 10 %) la fréquence synchrone du courant alternatif (définie par le nombre de pôles du stator). En d'autres termes, il est nécessaire d'assurer l'asynchronie (désadaptation) de la vitesse de rotation par la quantité de glissement du rotor.
Il est à noter que le courant ainsi obtenu sera faible. Afin d'augmenter la puissance de sortie, il est nécessaire d'augmenter l'induction magnétique. Augmentez l'efficacité de l'appareil en connectant des condensateurs aux bornes des bobines du stator.
La figure 3 montre un schéma d'un alternateur de soudage asynchrone avec excitation de condensateur ( côté gauche régimes). Notez que les condensateurs de champ sont connectés en triangle. Le côté droit de la figure est le schéma réel de la machine de soudage à onduleur elle-même.
Figure. 3. Schéma d'un générateur d'induction de soudage Il existe d'autres schémas d'excitation plus complexes, utilisant par exemple des inductances et une batterie de condensateurs. Un exemple d'un tel circuit est illustré à la figure 4.
Figure 4. Schéma d'un appareil avec inductances Différence avec une génératrice synchrone
La principale différence entre un alternateur synchrone et un générateur asynchrone réside dans la conception du rotor. DANS machine synchrone le rotor est constitué d'enroulements de fil. Pour créer une induction magnétique, une source d'alimentation autonome est utilisée (souvent un générateur supplémentaire de faible puissance courant continu situé sur le même axe que le rotor).
L'avantage d'un générateur synchrone est qu'il génère un meilleur courant et se synchronise facilement avec d'autres alternateurs de ce type. Cependant, les alternateurs synchrones sont plus sensibles aux surcharges et aux courts-circuits. Ils sont plus chers que leurs homologues asynchrones et plus exigeants en maintenance - vous devez surveiller l'état des balais.
Le coefficient harmonique ou facteur de clarté des générateurs asynchrones est inférieur à celui des alternateurs synchrones. C'est-à-dire qu'ils produisent de l'électricité pratiquement propre. À de tels courants, ils travaillent plus régulièrement:
- chargeurs réglables;
- récepteurs de télévision modernes.
Les générateurs asynchrones assurent un démarrage fiable des moteurs électriques nécessitant des courants de démarrage élevés. Selon cet indicateur, ils ne sont en fait pas inférieurs machines synchrones... Ils ont des charges moins réactives, ce qui a un effet positif sur régime thermique, car moins d'énergie est dépensée en puissance réactive. L'alternateur asynchrone a une meilleure stabilité de la fréquence de sortie à différentes vitesses de rotor.
Classification
Les générateurs en court-circuit sont les plus répandus, du fait de la simplicité de leur conception. Cependant, il existe d'autres types de machines asynchrones : les alternateurs à rotor de phase et les dispositifs utilisant aimants permanents formant un circuit d'excitation.
A titre de comparaison, la figure 5 montre deux types de générateurs : à gauche à la base, et à droite - une machine asynchrone basée sur un IM avec un rotor de phase. Même avec un coup d'œil rapide sur les images schématiques, vous pouvez voir la conception compliquée du rotor de phase. L'attention est attirée sur la présence des bagues collectrices (4) et le mécanisme des porte-balais (5). Le numéro 3 désigne les rainures pour l'enroulement du fil, auxquelles il est nécessaire de fournir du courant pour l'exciter.
Figure. 5. Types de générateurs asynchrones La présence d'enroulements de champ dans le rotor d'un générateur asynchrone améliore la qualité du courant électrique généré, cependant, des avantages tels que la simplicité et la fiabilité sont perdus. Par conséquent, de tels dispositifs ne sont utilisés comme source d'alimentation autonome que dans les zones où il est difficile de s'en passer. Les aimants permanents dans les rotors sont principalement utilisés pour la production de générateurs de faible puissance.
Champ d'application
L'utilisation la plus courante des groupes électrogènes avec un rotor à cage d'écureuil. Ils sont peu coûteux et nécessitent peu ou pas d'entretien. Les appareils équipés de condensateurs de démarrage ont des indicateurs d'efficacité décents.
Les alternateurs asynchrones sont souvent utilisés comme source d'alimentation autonome ou de secours. Ils travaillent avec eux, ils sont utilisés pour des mobiles puissants et.
Les alternateurs à enroulement triphasé démarrent en toute confiance un moteur électrique triphasé. Ils sont donc souvent utilisés dans les centrales électriques industrielles. Ils peuvent également alimenter des équipements sur des réseaux monophasés. Le mode biphasé vous permet d'économiser du carburant pour le moteur à combustion interne, car les enroulements inutilisés sont en mode ralenti.
Le champ d'application est assez vaste :
- industrie des transports;
- Agriculture;
- sphère domestique;
- établissements médicaux;
Les alternateurs asynchrones sont pratiques pour la construction de centrales éoliennes et hydrauliques locales.
Générateur asynchrone DIY
Réservons tout de suite : il ne s'agit pas de fabriquer un générateur de toutes pièces, mais de transformer un moteur asynchrone en alternateur. Certains artisans utilisent un stator prêt à l'emploi à partir d'un moteur et expérimentent avec un rotor. L'idée est de réaliser les pôles du rotor à l'aide d'aimants en néodyme. Quelque chose comme ceci peut ressembler à un blanc avec des aimants collés (voir Fig. 6):
Figure. 6. Pièce avec aimants collés Vous collez les aimants sur une pièce spécialement tournée, qui est montée sur l'arbre du moteur, en respectant leur polarité et leur angle de déplacement. Cela nécessitera au moins 128 aimants.
La structure finie doit être adaptée au stator et en même temps assurer un jeu minimum entre les dents et les pôles magnétiques du rotor fabriqué. Les aimants étant plats, vous devrez les broyer ou les broyer, tout en refroidissant constamment la structure, car le néodyme perd ses propriétés magnétiques lorsqu'il est haute température... Si vous faites tout correctement, le générateur fonctionnera.
Le problème est que dans des conditions artisanales, il est très difficile de faire un rotor idéal. Mais si vous avez un tour et que vous êtes prêt à passer quelques semaines à l'ajuster et à le retravailler, vous pouvez expérimenter.
je suggère plus option pratique- transformation d'un moteur à induction en générateur (voir vidéo ci-dessous). Pour ce faire, vous avez besoin d'un moteur électrique avec la bonne puissance et une vitesse de rotor acceptable. La puissance du moteur doit être au moins 50 % supérieure à la puissance requise de l'alternateur. Si un tel moteur électrique est à votre disposition, procédez au recyclage. Sinon, il vaut mieux acheter un générateur prêt à l'emploi.
Pour le traitement, vous aurez besoin de 3 condensateurs des marques KBG-MN, MBGO, MBGT (vous pouvez prendre d'autres marques, mais pas des électrolytiques). Sélectionnez des condensateurs pour une tension d'au moins 600 V (pour un moteur triphasé). La puissance réactive du générateur Q associée à la capacité du condensateur par la relation suivante : Q = 0,314 · U 2 · C · 10 -6.
Avec une augmentation de la charge, la puissance réactive augmente, ce qui signifie que pour maintenir une tension U stable, il est nécessaire d'augmenter la capacité des condensateurs, en ajoutant de nouvelles capacités par commutation.
Vidéo : fabriquer une génératrice asynchrone à partir d'un moteur monophasé - Partie 1
Partie 2
En pratique, la valeur moyenne est généralement choisie, en supposant que la charge ne sera pas maximale.
Après avoir sélectionné les paramètres des condensateurs, connectez-les aux bornes des enroulements du stator comme indiqué sur le schéma (Fig. 7). Le générateur est prêt.
Figure. 7. Schéma de câblage des condensateurs Le générateur asynchrone nécessite peu d'entretien. Son entretien consiste à surveiller l'état des roulements. Aux modes nominaux, l'appareil peut fonctionner pendant des années sans intervention de l'opérateur.
Le maillon faible, ce sont les condensateurs. Ils peuvent échouer, surtout lorsque leurs notes sont mal sélectionnées.
Le générateur chauffe pendant le fonctionnement. Si vous connectez souvent des charges accrues, surveillez la température de l'appareil ou veillez à un refroidissement supplémentaire.
L'article décrit comment construire un générateur triphasé (monophasé) 220/380 V basé sur un moteur asynchrone à courant alternatif. Un moteur électrique asynchrone triphasé inventé à la fin du XIXe siècle par l'électricien russe M.O. Dolivo-Dobrovolsky, est maintenant principalement distribué dans l'industrie et l'agriculture, ainsi que dans la vie quotidienne.
Les moteurs électriques asynchrones sont les plus simples et les plus fiables en fonctionnement. Par conséquent, dans tous les cas où cela est autorisé en fonction des conditions de l'entraînement électrique et où il n'y a pas besoin de compensation de puissance réactive, des moteurs à courant alternatif asynchrones doivent être utilisés.
Il existe deux principaux types de moteurs à induction : rotor à cage d'écureuil et avec phase rotor. Un moteur asynchrone à cage d'écureuil se compose d'une partie fixe - un stator et une partie mobile - un rotor tournant dans des paliers montés dans deux boucliers de moteur. Les noyaux du stator et du rotor sont constitués de tôles d'acier électrique séparées isolées les unes des autres. Un enroulement en fil isolé est posé dans les rainures du noyau du stator. Un enroulement de tige est placé dans les rainures du noyau du rotor ou de l'aluminium fondu est coulé. Les anneaux de cavalier court-circuitent l'enroulement du rotor aux extrémités (d'où le nom - court-circuité). Contrairement à un rotor à cage d'écureuil, un enroulement réalisé comme un enroulement de stator est placé dans les fentes du rotor de phase. Les extrémités du bobinage sont amenées aux bagues collectrices fixées sur l'arbre. Les brosses glissent le long des bagues, reliant le bobinage à un rhéostat de démarrage ou de réglage.
Les moteurs électriques asynchrones à rotor bobiné sont des appareils plus coûteux, nécessitent une maintenance qualifiée, sont moins fiables et ne sont donc utilisés que dans les industries où ils ne peuvent pas être supprimés. Pour cette raison, ils ne sont pas largement utilisés et nous ne les examinerons pas plus avant.
Un courant circule dans l'enroulement du stator, inclus dans un circuit triphasé, créant un champ magnétique tournant. Les lignes de force magnétique du champ tournant du stator traversent les tiges d'enroulement du rotor et y induisent une force électromotrice (FEM). Sous l'action de cette CEM, un courant circule dans les tiges du rotor en court-circuit. Des flux magnétiques apparaissent autour des tiges, créant un champ magnétique commun du rotor, qui, interagissant avec le champ magnétique tournant du stator, crée une force qui fait tourner le rotor dans le sens de rotation du champ magnétique du stator.
La vitesse du rotor est légèrement inférieure à la vitesse du champ magnétique généré par l'enroulement du stator. Cet indicateur est caractérisé par un glissement S et pour la plupart des moteurs est compris entre 2 et 10 %.
Dans les installations industrielles, le plus couramment utilisé moteurs électriques asynchrones triphasés, qui sont produites sous forme de séries unifiées. Ceux-ci comprennent une seule série 4A avec une plage de puissance nominale de 0,06 à 400 kW, dont les machines se distinguent par une fiabilité élevée, de bonnes performances et répondent au niveau des normes mondiales.
Les générateurs asynchrones autonomes sont des machines triphasées qui convertissent l'énergie mécanique du moteur d'entraînement en énergie électrique de courant alternatif. Leur avantage incontestable par rapport aux autres types de générateurs est l'absence de mécanisme collecteur-balais et, par conséquent, une grande durabilité et fiabilité.
Fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone en mode générateur
Si un moteur asynchrone déconnecté du réseau est mis en rotation à partir de n'importe quel moteur d'entraînement, alors, conformément au principe de réversibilité des machines électriques, lorsque la vitesse synchrone est atteinte, une certaine FEM se forme aux bornes de l'enroulement du stator sous l'influence du champ magnétique résiduel. Si maintenant la batterie de condensateurs C est connectée aux bornes de l'enroulement du stator, le courant capacitif principal circulera dans les enroulements du stator, ce qui dans ce cas est magnétisant.
La capacité de la batterie C doit dépasser une certaine valeur critique C0, en fonction des paramètres du générateur asynchrone autonome: seulement dans ce cas, le générateur s'auto-excite et un système de tension symétrique triphasé est installé sur les enroulements du stator. La valeur de la tension dépend finalement des caractéristiques de la machine et de la capacité des condensateurs. Ainsi, un moteur asynchrone à cage d'écureuil peut être converti en générateur asynchrone.
Le schéma standard pour la mise en marche d'un moteur électrique asynchrone en tant que générateur.
Vous pouvez sélectionner la capacité de sorte que la tension et la puissance nominales du générateur asynchrone soient égales à la tension et à la puissance, respectivement, lorsqu'il fonctionne comme un moteur électrique.
Le tableau 1 montre la capacité des condensateurs pour l'excitation des générateurs asynchrones (U = 380 V, 750 ... 1500 tr/min). Ici, la puissance réactive Q est déterminée par la formule :
Q = 0,314 · U 2 · C · 10 -6,
où C est la capacité des condensateurs, F.
| Puissance du générateur, kVA | Au ralenti | |||||
| capacité, F | puissance réactive, kvar | cos = 1 | cos = 0,8 | |||
| capacité, F | puissance réactive, kvar | capacité, F | puissance réactive, kvar | |||
| 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 |
Comme le montrent les données ci-dessus, la charge inductive sur le générateur à induction, qui réduit le facteur de puissance, provoque une forte augmentation de la capacité requise. Pour maintenir la tension constante avec une charge croissante, il est nécessaire d'augmenter la capacité des condensateurs, c'est-à-dire de connecter des condensateurs supplémentaires. Cette circonstance doit être considérée comme un inconvénient du générateur asynchrone.
La fréquence de rotation du générateur asynchrone en mode normal doit dépasser la fréquence asynchrone de la valeur de glissement S = 2 ... 10 %, et correspondre à la fréquence synchrone. Le non-respect de cette condition entraînera le fait que la fréquence de la tension générée peut différer de la fréquence industrielle de 50 Hz, ce qui entraînera un fonctionnement instable des consommateurs d'électricité dépendants de la fréquence : pompes électriques, machines à laver, appareils avec entrée transformateur.
Une diminution de la fréquence générée est particulièrement dangereuse, car dans ce cas, la résistance inductive des enroulements des moteurs électriques, des transformateurs diminue, ce qui peut entraîner leur échauffement accru et une défaillance prématurée.
En tant que générateur asynchrone, un moteur asynchrone conventionnel à cage d'écureuil de la puissance correspondante peut être utilisé sans aucune modification. La puissance du moteur-générateur est déterminée par la puissance des appareils connectés. Les plus énergivores d'entre eux sont :
- transformateurs de soudage domestiques;
- scies électriques, moulins électriques, broyeurs de grains (puissance 0,3 ... 3 kW);
- fours électriques tels que "Rossiyanka", "Dream" d'une capacité allant jusqu'à 2 kW;
- fers électriques (puissance 850 ... 1000 W).
Je voudrais surtout m'attarder sur le fonctionnement des transformateurs de soudage domestiques. Leur raccordement à une source d'électricité autonome est des plus souhaitables, car lorsqu'elles fonctionnent à partir d'un réseau industriel, elles créent un certain nombre d'inconvénients pour les autres consommateurs d'électricité.
Si un transformateur de soudage domestique est conçu pour fonctionner avec des électrodes d'un diamètre de 2 ... 3 mm, sa puissance totale est d'environ 4 ... 6 kW, la puissance d'un générateur asynchrone pour son alimentation doit être inférieure à 5 . .. 7 kW. Si un transformateur de soudage domestique permet de travailler avec des électrodes d'un diamètre de 4 mm, alors dans le mode le plus sévère - "couper" du métal, la puissance totale consommée par celui-ci peut atteindre 10 ... 12 kW, respectivement, la puissance de l'asynchrone générateur doit être dans les 11 ... 13 kW.
En tant que batterie de condensateurs triphasés, il est bon d'utiliser les compensateurs dits de puissance réactive, destinés à améliorer le cosφ dans les réseaux d'éclairage industriel. Leur désignation de type : KM1-0.22-4.5-3U3 ou KM2-0.22-9-3U3, qui se déchiffre comme suit. KM - condensateurs cosinus imprégnés d'huile minérale, le premier chiffre est la taille (1 ou 2), puis la tension (0,22 kV), la puissance (4,5 ou 9 kvar), puis le chiffre 3 ou 2 signifie un triphasé ou simple -version phase, U3 (climat tempéré de la troisième catégorie).
Lorsque self made batteries, vous devez utiliser des condensateurs tels que MBGO, MBGP, MBGT, K-42-4, etc. pour une tension de fonctionnement d'au moins 600 V. Les condensateurs électrolytiques ne peuvent pas être utilisés.
L'option ci-dessus pour connecter un moteur électrique triphasé en tant que générateur peut être considérée comme un classique, mais pas la seule. Il existe d'autres méthodes qui ont tout aussi bien fonctionné dans la pratique. Par exemple, lorsqu'une batterie de condensateurs est connectée à un ou deux enroulements d'un générateur de moteur électrique.
Mode générateur asynchrone biphasé.
Fig. 2 Mode biphasé d'une génératrice asynchrone.
Ce circuit doit être utilisé lorsqu'il n'est pas nécessaire d'obtenir une tension triphasée. Cette option d'allumage réduit la capacité de travail des condensateurs, réduit la charge sur le moteur mécanique primaire en mode veille, etc. permet d'économiser du carburant "précieux".
Les moteurs électriques asynchrones monophasés à cage d'écureuil à usage domestique peuvent être utilisés comme générateurs de faible puissance qui génèrent une tension monophasée alternative de 220 V: à partir de machines à laver telles que "Oka", "Volga", pompes d'irrigation "Agidel" , "BTsN", etc. Leur batterie de condensateurs peut se connecter en parallèle à l'enroulement de travail, ou utiliser un condensateur de déphasage existant connecté à l'enroulement de démarrage. La capacité de ce condensateur devra peut-être être légèrement augmentée. Sa valeur sera déterminée par la nature de la charge connectée au générateur: pour une charge active (fours électriques, ampoules d'éclairage, fers à souder électriques), une petite capacité est requise, inductive (moteurs électriques, téléviseurs, réfrigérateurs) - plus.
Fig. 3 Générateur de faible puissance à partir d'un moteur asynchrone monophasé.
Maintenant, quelques mots sur le moteur mécanique principal qui entraînera le générateur en rotation. Comme vous le savez, toute transformation d'énergie est associée à ses inévitables pertes. Leur valeur est déterminée par l'efficacité de l'appareil. Par conséquent, la puissance du moteur mécanique doit dépasser la puissance du générateur asynchrone de 50 ... 100%. Par exemple, lorsque la puissance du générateur asynchrone est de 5 kW, la puissance du moteur mécanique doit être de 7,5 ... 10 kW. A l'aide d'un mécanisme de transmission, les révolutions du moteur mécanique et du générateur sont coordonnées de sorte que le mode de fonctionnement du générateur est réglé à vitesse moyenne du moteur mécanique. Si nécessaire, vous pouvez augmenter brièvement la puissance du générateur en augmentant la vitesse du moteur mécanique.
Chaque centrale électrique autonome doit contenir le minimum d'accessoires requis : un voltmètre AC (avec une échelle jusqu'à 500 V), un fréquencemètre (de préférence) et trois interrupteurs. Un interrupteur connecte la charge au générateur, les deux autres commutent le circuit d'excitation. La présence d'interrupteurs dans le circuit d'excitation facilite le démarrage du moteur mécanique et permet également de réduire rapidement la température des enroulements du générateur. Après la fin du travail, le rotor du générateur non excité est mis en rotation à partir du moteur mécanique pour parfois. Cette procédure prolonge la durée de vie active des enroulements du générateur.
Si le générateur est censé alimenter des équipements normalement connectés au réseau alternatif (par exemple, éclairage d'un immeuble résidentiel, appareils électroménagers), il est alors nécessaire de prévoir un interrupteur biphasé qui déconnectera cet équipement du secteur industriel. réseau pendant le fonctionnement du générateur. Il faut déconnecter les deux fils : "phase" et "zéro".
En conclusion, quelques conseils généraux.
1. L'alternateur est un appareil dangereux. N'utilisez 380 V qu'en cas d'absolue nécessité, dans tous les autres cas utilisez 220 V.
2. Conformément aux exigences de sécurité, le générateur doit être équipé d'une mise à la terre.
3. Faites attention aux conditions thermiques du générateur. Il "n'aime pas" tourner au ralenti. La charge thermique peut être réduite par une sélection plus minutieuse de la capacité des condensateurs d'excitation.
4. Ne vous méprenez pas sur la puissance du courant électrique généré par le générateur. Si une phase est utilisée pendant le fonctionnement d'un générateur triphasé, sa puissance sera alors 1/3 de la puissance totale du générateur, si deux phases sont utilisées - 2/3 de la puissance totale du générateur.
5. La fréquence du courant alternatif généré par le générateur peut être contrôlée indirectement par la tension de sortie, qui en mode "inactif" devrait être 4 ... 6% supérieure à la valeur industrielle de 220/380 V.
Il est souvent nécessaire de fournir une alimentation électrique autonome dans maison de campagne... Dans une telle situation, un générateur fabriqué à partir d'un moteur asynchrone vous aidera. Il est facile de le fabriquer soi-même, ayant certaines compétences en matière d'ingénierie électrique.
Principe d'opération
En raison de leur conception simple et de leur fonctionnement efficace, les moteurs asynchrones sont largement utilisés dans l'industrie. Ils constituent une proportion importante de tous les moteurs. Leur principe de fonctionnement est de créer un champ magnétique par l'action d'un courant électrique alternatif.
Des expériences ont montré qu'en faisant tourner un cadre métallique dans un champ magnétique, un courant électrique peut y être induit, dont l'apparition est confirmée par la lueur d'une ampoule. Ce phénomène est appelé induction électromagnétique.
Appareil moteur
Le moteur asynchrone est constitué d'un boîtier métallique, à l'intérieur duquel se trouvent :
- stator avec bobinage,à travers lequel passe un courant électrique alternatif;
- rotor à spires sinueuses, traversé par le courant en sens inverse.
Les deux éléments sont sur le même axe. Les plaques d'acier du stator s'adaptent étroitement les unes aux autres, dans certaines modifications, elles sont fermement soudées. L'enroulement du stator en cuivre est isolé du noyau avec des entretoises en carton. L'enroulement dans le rotor est constitué de tiges d'aluminium fermées des deux côtés. Les champs magnétiques générés par le passage du courant alternatif agissent les uns sur les autres. Un EMF se produit entre les enroulements, qui fait tourner le rotor, puisque le stator est stationnaire.
Un générateur de moteur à induction se compose du même composants, cependant, dans ce cas, l'effet inverse se produit, c'est-à-dire la transition de l'énergie mécanique ou thermique en énergie électrique. Lorsqu'il fonctionne en mode moteur, il conserve une magnétisation résiduelle, ce qui induit champ électrique dans le stator.
La vitesse du rotor doit être supérieure à la variation du champ magnétique du stator. Elle peut être ralentie par la puissance réactive des condensateurs. La charge accumulée par eux est de phase opposée et donne un "effet de freinage". La rotation peut être fournie avec l'énergie du vent, de l'eau, de la vapeur.
Circuit générateur
Le générateur d'un moteur asynchrone a un circuit simple. Après avoir atteint la vitesse de rotation synchrone, le processus de génération d'énergie électrique dans l'enroulement du stator se produit.
Si une batterie de condensateurs est connectée à l'enroulement, un courant électrique avancé se produit, qui forme un champ magnétique. Dans ce cas, les condensateurs doivent avoir une capacité supérieure à la capacité critique, qui est déterminée par les paramètres techniques du mécanisme. L'intensité du courant généré dépendra de la capacité de la batterie de condensateurs et des caractéristiques du moteur.
Technologie de fabrication
Le travail de conversion d'un moteur électrique asynchrone en générateur est assez simple avec les pièces nécessaires.
Pour démarrer le processus d'altération, les mécanismes et les matériaux suivants sont nécessaires :
- moteur asynchrone- un moteur monophasé d'une ancienne machine à laver convient ;
- appareil de mesure de la vitesse du rotor- tachymètre ou génératrice tachymétrique ;
- condensateurs non polaires- modèles appropriés du type KBG-MN avec une tension de fonctionnement de 400 V;
- un ensemble d'outils pratiques- perceuses, scies à métaux, clés.
Instructions pas à pas
La fabrication d'un générateur de vos propres mains à partir d'un moteur asynchrone est réalisée selon l'algorithme présenté.
- Le générateur doit être réglé de manière à ce que sa vitesse soit supérieure à la vitesse du moteur. La valeur de la vitesse de rotation est mesurée par un compte-tours ou autre appareil lorsque le moteur est branché sur le secteur.
- La valeur résultante doit être augmentée de 10 % de l'indicateur disponible.
- La capacité de la batterie de condensateurs est sélectionnée - elle ne doit pas être trop grande, sinon l'équipement sera très chaud. Pour le calculer, vous pouvez utiliser le tableau de la relation entre la capacité du condensateur et la puissance réactive.
- Une batterie de condensateurs est installée sur l'équipement, qui fournira la vitesse de rotation nominale du générateur. Son installation nécessite une attention particulière - tous les condensateurs doivent être isolés de manière fiable.
Pour les moteurs triphasés, les condensateurs sont connectés en étoile ou en triangle. Le premier type de connexion permet de générer de l'électricité à une vitesse de rotor plus faible, mais la tension de sortie sera plus faible. Pour le réduire à 220 V, un transformateur abaisseur est utilisé.
Fabrication de générateurs magnétiques
DANS générateur magnétique l'utilisation d'une batterie de condensateurs n'est pas requise. Cette conception utilise des aimants en néodyme. Pour faire le travail, vous devez :
- placez les aimants sur le rotor selon le schéma, en observant les pôles - chacun d'eux doit avoir au moins 8 éléments;
- le rotor doit être pré-usiné tour l'épaisseur des aimants ;
- fixez fermement les aimants avec de la colle;
- remplir le reste de l'espace libre entre les éléments magnétiques avec de l'époxy;
- après avoir installé les aimants, vous devez vérifier le diamètre du rotor - il ne doit pas augmenter.
Les avantages d'un générateur électrique fait maison
Un générateur de bricolage à partir d'un moteur asynchrone deviendra une source de courant économique, ce qui réduira la consommation d'électricité centralisée. Il peut être utilisé pour alimenter des appareils électroménagers, la technologie informatique, radiateurs. Générateur maison d'un moteur asynchrone présente des avantages incontestables :
- conception simple et fiable;
- protection efficace des pièces internes contre la poussière ou l'humidité;
- résistance de surcharge;
- longue durée de vie;
- la possibilité de connecter des appareils sans onduleurs.
Lorsque vous travaillez avec un générateur, vous devez également prendre en compte la possibilité de modifications accidentelles du courant électrique.
Pour qu'un moteur asynchrone devienne un générateur de courant alternatif, un champ magnétique doit être formé à l'intérieur de celui-ci, cela peut être fait en plaçant des aimants permanents sur le rotor du moteur. Toutes les retouches sont à la fois simples et complexes.
Tout d'abord, vous devez sélectionner un moteur approprié qui convient le mieux au travail en tant que générateur à basse vitesse. Ce sont des moteurs asynchrones multipolaires, 6 et 8 pôles, les moteurs basse vitesse sont bien adaptés, avec une vitesse maximale en mode moteur ne dépassant pas 1350 tr/min. De tels moteurs ont le plus grand nombre pôles et dents sur le stator.
Ensuite, vous devez démonter le moteur et retirer le rotor d'ancrage, qui doit être rectifié sur la machine à une certaine taille pour coller les aimants. Aimants en néodyme, généralement de petits aimants ronds. Maintenant, je vais essayer de vous dire comment et combien d'aimants coller.
Vous devez d'abord connaître le nombre de pôles de votre moteur, mais il est assez difficile de comprendre le bobinage sans expérience appropriée, il est donc préférable de lire le nombre de pôles sur le marquage du moteur, s'il est bien sûr disponible, bien que dans c'est le cas dans la plupart des cas. Vous trouverez ci-dessous un exemple de marquage moteur et de décodage des marquages.
Par marque de moteur. Pour triphasé : Type de moteur Puissance, kW Tension, V Fréquence de rotation, (sync.), Rpm Rendement, % Poids, kg
Par exemple : DAF3 400-6-10 UHL1 400 6000 600 93,7 4580 Explication de la désignation du moteur : D - moteur ; A - asynchrone; F - avec un rotor de phase; 3 - version fermée; 400 - puissance, kW; b - tension, kV; 10 - nombre de pôles; UHL - version climatique; 1 - catégorie de placement.
Il se trouve que les moteurs ne sont pas de notre production, comme sur la photo ci-dessus, et le marquage n'est pas clair, ou le marquage n'est tout simplement pas lisible. Ensuite, il ne reste qu'une seule méthode, c'est de compter combien de dents vous avez sur le stator et combien de dents une bobine occupe. Si par exemple la bobine prend 4 dents, et qu'il n'y en a que 24, alors votre moteur est à six pôles.
Vous devez connaître le nombre de pôles du stator afin de déterminer le nombre de pôles lors de l'application d'aimants sur le rotor. Ce nombre est généralement égal, c'est-à-dire que s'il y a 6 pôles de stator, les aimants doivent être collés avec une alternance de 6 pôles, SNSNSN.
Maintenant que le nombre de pôles est connu, il faut calculer le nombre d'aimants pour le rotor. Pour ce faire, vous devez déduire la longueur des bras du rotor, en utilisant la formule simple 2nR où n = 3,14. C'est-à-dire que nous multiplions 3,14 par 2 et par les radis du rotor, il s'avère que la longueur du cercle. Ensuite, nous mesurons notre rotor par la longueur du fer, qui est dans un cadre en aluminium. Après cela, vous pouvez dessiner la bande résultante avec une largeur longue et large, vous pouvez l'utiliser sur un ordinateur, puis l'imprimer.
Terer doit être déterminé avec l'épaisseur des aimants, il est approximativement égal à 10-15% du diamètre du rotor, par exemple, si le rotor mesure 60 mm, des aimants d'une épaisseur de 5 à 7 mm sont nécessaires. Pour cela, les aimants sont généralement achetés ronds. Si le rotor a un diamètre d'environ 6 cm, les aimants peuvent avoir une hauteur de 6 à 10 mm. Après avoir décidé quels aimants utiliser, sur le gabarit dont la longueur est égale à la longueur de la circonférence
Un exemple de calcul d'aimants pour un rotor, par exemple, un diamètre de rotor de 60cm, on calcule la circonférence = 188cm. On divise la longueur par le nombre de pôles, dans ce cas par 6, et on obtient 6 sections, dans chaque section les aimants sont collés avec le même pôle. Mais ce n'est pas tout. Terep, vous devez calculer le nombre d'aimants qui entreront dans un pôle afin de les répartir uniformément le long du pôle. Par exemple, la largeur d'un aimant rond est de 1 cm, la distance entre les aimants est d'environ 2-3 mm, ce qui signifie 10 mm + 3 = 13 mm.
On divise la longueur du cercle en 6 parties = 31mm, c'est la largeur d'un pôle le long de la circonférence du rotor, et la largeur du pôle le long du fer, disons 60mm. Cela signifie que la surface polaire est de 60 sur 31 mm. Il en résulte 8 rangées d'aimants sur 2 par pôle avec une distance de 5 mm entre eux. Dans ce cas, vous devez compter le nombre d'aimants afin qu'ils s'adaptent le plus possible au pôle.
Voici un exemple sur des aimants d'une largeur de 10 mm, donc la distance entre eux est de 5 mm. Si le diamètre des aimants est réduit, par exemple 2 fois, c'est-à-dire 5 mm, ils rempliront le pôle plus densément, ce qui entraînera une augmentation du champ magnétique à partir de la plus grande quantité de la masse totale du aimant. Il existe déjà 5 rangées de tels aimants (5 mm) et 10 rangées de longueur, c'est-à-dire 50 aimants par pôle, et le nombre total par rotor est de 300 pièces.
Afin de réduire le collage, le gabarit doit être marqué de sorte que le déplacement des aimants lors du collage soit de la largeur d'un aimant, si la largeur de l'aimant est de 5 mm, alors le déplacement est de 5 mm.
Maintenant que les aimants ont été identifiés, vous devez percer le rotor pour que les aimants s'adaptent. Si la hauteur des aimants est de 6 mm, alors le diamètre est rectifié de 12 + 1 mm, 1 mm est une marge pour les mains tordues. Les aimants peuvent être placés sur le rotor de deux manières.
La première méthode consiste à réaliser au préalable un mandrin, dans lequel des trous pour les aimants sont percés selon un gabarit, après avoir mis le mandrin sur le rotor, et les aimants sont collés dans les trous percés. Sur le rotor, après la rainure, il est nécessaire de meuler en plus les bandes d'aluminium de séparation entre le fer à une profondeur égale à la hauteur des aimants. Remplissez les rainures résultantes avec de la sciure de bois recuite mélangée à de la colle époxy. Cela augmentera considérablement l'efficacité, la sciure de bois servira de circuit magnétique supplémentaire entre le fer du rotor. Le prélèvement peut se faire à la découpeuse ou sur machine.
Le support pour le collage de l'aimant est fait comme ceci, l'arbre usiné est enveloppé d'un champ, puis un pansement imprégné de colle époxy est enroulé couche par couche, puis il est meulé sur la machine à la taille et retiré du rotor, le shoblon est collé et les trous pour les aimants sont percés.les aimants sont généralement collés à de la colle époxy Ci-dessous sur la photo il y a deux exemples d'autocollants agnat, le premier exemple sur 2 photos est un autocollant d'aimants à l'aide d'un la page suivante à travers le modèle. Dans les deux premières photos, il est clairement visible et je pense qu'il est clair comment les aimants sont collés.
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