Может ли автомобильный генератор работать как двигатель

Способ 1

В Интернете нашел статью о том, как переделать генератор автомобиля на генератор с постоянными магнитами. Можно ли использовать этот принцип и переделать генератор своими руками из асинхронного электродвигателя? Возможно, что будут большие потери энергии, не такое расположение катушек.

Двигатель асинхронного типа у меня на напряжение 110 вольт, обороты – 1450, 2,2 ампера, однофазный. При помощи емкостей я не берусь делать самодельный генератор, так как будут большие потери.

Предлагается пользоваться простыми двигателями по такой схеме.

Если изменять двигатель или генератор с магнитами округлой формы от динамиков, то надо их устанавливать в крабы? Крабы – это две металлические детали, стоят на якоре снаружи катушек возбуждения.

Если магниты надевать на вал, то вал будет шунтировать магнитные силовые линии. Как тогда будет возбуждение? Катушка тоже расположена на валу из металла.

Если поменять подсоединение обмоток и сделать параллельное соединение, разогнать до оборотов выше нормальных значений, то получается 70 вольт. Где взять механизм для таких оборотов? Если перематывать его на уменьшение оборотов и ниже питание, то слишком упадет мощность.

Двигатель асинхронного типа с замкнутым ротором – это железо, которое залито алюминием. Можно взять самодельный генератор от автомобиля, у которого напряжение 14 вольт, сила тока 80 ампер. Это неплохие данные. Двигатель с коллектором на переменный ток от пылесоса или стиральной машины можно применить для генератора. На статор установить подмагничивание, напряжение постоянного тока снимать со щеток. По наибольшему ЭДС поменять угол щеток. Коэффициент полезного действия стремится к нулю. Но, лучше, чем генератор синхронного типа, не изобрели.

Решил испытать самодельный генератор. Однофазный асинхронный мотор от стиралки малютки крутил дрелью. Подключил к нему емкость 4 мкФ, получилось 5 вольт 30 герц и ток 1,5 миллиампера на короткое замыкание.

Не каждый электромотор можно использовать в качестве генератора таким методом. Есть моторы со стальным ротором, имеющие малую степень намагниченности на остатке.

Необходимо знать разницу между преобразованием электрической энергии и генерацией энергии. Преобразовать 1 фазу в 3 можно несколькими способами. Один из них – это механическая энергия. Если электростанцию отсоединить от розетки, то пропадает все преобразование.

Откуда возьмется движение провода с повышением скорости, ясно. Откуда магнитное поле будет для получения ЭДС в проводе – не понятно.

Объяснить это просто. Из-за механизма магнетизма, который остался, образуется ЭДС в якоре. Возникает ток в статорной обмотке, который замкнут на емкости.

Ток возник, значит, дает усиление на электродвижущую силу на катушках роторного вала. Появившийся ток дает усиление электродвижущей силы. Электроток статорный образует электродвижущую силу намного больше. Это идет до установления равновесия статорных магнитных потоков и ротора, а также дополнительные потери.

Размер конденсаторов рассчитывают так, что на выводах напряжение достигает номинального значения. Если оно маленькое, то снижают емкость, то повышают. Были сомнения по поводу старых моторов, которые якобы не возбуждаются. После разгона ротора мотора или генератора надо ткнуть быстро в любую фазу малым количеством вольт. Все придет в нормальное состояние. Зарядить конденсатор до напряжения равному половину емкости. Включение производить выключателем с тремя полюсами. Это относится с 3-фазному мотору. Такая схема используется для генераторов вагонов пассажирского транспорта, так как у них ротор короткозамкнутый.

Трехфазный генератор: общее устройство, принцип действия, симметричная система фазных ЭДС

Структура трехфазной цепи

Трехфазными генераторами называются генераторы переменного тока, одновременно вырабатывающие несколько ЭДС одинаковой частоты, но с различными начальными фазами. Совокупность таких ЭДС называется трехфазной системой ЭДС.

Многофазными цепями называются цепи переменного тока, в которых действуют многофазные системы ЭДС. Любая из цепей многофазной системы, где действует одна ЭДС, называется фазой.

Трехфазные системы имеют ряд преимуществ перед другими системами (однофазными и многофазными):

— они позволяют легко получить вращающееся магнитное поле (на этом основан принцип работы разных двигателей переменного тока).

— трехфазные системы наиболее экономичны, имеют высокий КПД.

— конструкция трехфазных двигателей, генераторов и трансформаторов наиболее проста, что обеспечивает их высокую надежность.

— один трехфазный генератор позволяет получать два различных (по величине) напряжения.

Современные электрические системы, состоящие из генераторов, электростанций, трансформаторов, линий передачи электроэнергии и распределительных сетей, представляют собой трехфазные системы переменного тока.

Трехфазная система электрических цепей —  совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии. Каждая из цепей, входящих в трехфазную цепь, принято называть фазой. 

Трехфазная цепь включает в себя источник (генератор) трехфазной ЭДС, проводники, потребители (приемники) трехфазной электрической энергии.

Рассмотрим устройство трехфазного генератора переменного тока

В пазах статора расположены три фазных обмотки (они условно представлены единственными витками). Начала и концы обмоток трехфазного генератора принято обозначать буквами и . Первыми буквами латинского алфавита обозначают начала обмоток, последними — концы. Началом обмотки называют зажим, через который ток поступает во внешнюю цепь при положительных его значениях.

Ротор генератора выполняется в виде вращающегося постоянного магнита или электромагнита, питаемого через скользящие контакты постоянным током.

При вращении ротора с помощью двигателя в обмотках статора возникают периодически изменяющиеся ЭДС, частота которых одинакова, но фазы в любой момент времени различны, так как различны положения обмоток в магнитном поле. ЭДС в неподвижных витках обмоток статора индуктируются в результате пересечения этих витков магнитным полем вращающегося ротора. Обмотки фаз генератора совершенно одинаковы и расположены симметрично по поверхности статора, поэтому ЭДС имеют одинаковые амплитудные значения, но сдвинутые друг относительно друга по фазе на угол 120 .

Если ЭДС фазы принять за исходную и считать ее начальную фазу равной нулю, то при вращении ротора с угловой скоростью против часовой стрелки выражения для мгновенных значений ЭДС можно записать следующим образом:

,

,

.

Переходя к комплексам действующих значений, получим:

, 

Подобные системы ЭДС принято называть симметричными. Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС представляет собой симметричную трехлучевую звезду. Из векторной диаграммы следует, что

Если ЭДС фазы отстает от фазы , а ЭДС фазы отстает от ЭДС фазы , то такую последовательность фаз называют прямой. Обратную последовательность фаз можно получить, если изменить направление вращения ротора.

Если отдельные фазные обмотки генератора не соединены между собой электрически, то такую цепь называют несвязанной. По сути дела несвязанная трехфазная цепь состоит из трех независимых однофазных цепей. В противном случае трехфазная цепь называется связанной. Наибольшее распространение получили связанные трехфазные цепи, как наиболее экономичные, имеющие минимальное число проводов. При нормальном режиме работы трехфазных установок последовательность фаз принимается прямая.

Как работает генератор авто

Схема работы генератора следующая: при повороте ключа в замке зажигания включается электросеть. Напряжение с аккумулятора поступает на регулятор, который в свою очередь, передает его на медные токосъемные кольца, конечный потребитель — обмотка возбуждения ротора. С момента вращения коленвала двигателя, через ременную передачу начинает вращаться вал ротора, создается электромагнитное поле. Ротор образует переменный ток, при достижении определенных оборотов обмотка возбуждения питается с самого генератора а не с АКБ.

Далее переменный ток поступает на диодный мост, где происходит процесс “выравнивания”. Регулятор напряжения следит за режимом работы ротора, при необходимости меняет напряжение обмотки возбуждения. Таким образом, при условии исправных деталей, на аккумулятор поступает стабильный ток, обеспечивающий бортовую сеть необходимым напряжением.

На панель приборов более современных авто выведен индикатор АКБ, который указывает на состояние генератора также (загорается при обрыве ремня или перезарядке). Такие автомобили как ВАЗ 2101-07, АЗЛК-2140, и другая советская “техника”, имеют стрелочный индикатор, амперметр или вольтметр, благодаря чему можно следить за состоянием генератора всегда.

Принцип действия

Особенности функционирования МПТ зависит от того, в каком режиме она работает — генератора или двигателя. Далее подробно рассматриваются оба варианта.

Генератор

Принцип работы генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Состоит оно в том, что при изменении магнитного потока, пересекающего проводник, в последнем наводится ЭДС.

Принцип действия генератора постоянного тока

Чтобы добиться изменения магнитного потока, меняют параметры поля либо двигают в постоянном поле проводник. По второму варианту и работает генератор постоянного тока: обмотка якоря приводится во вращение внешней механической силой.

Очевидно, что после поворота витков обмотки на 180 градусов ЭДС окажется направленной противоположно. Сохранить ток в подключенной к генератору цепи постоянным, то есть однонаправленным, помогает коллектор: в нужный момент он переподключает концы обмотки якоря к противоположным контактам цепи (щеткам). То есть в этой машине коллектор играет роль механического выпрямителя.

При наличии всего двух основных полюсов ток получится пульсирующим. Увеличение числа полюсов приводит к сглаживанию пульсаций.

Двигатель

Работа МПТ в режиме двигателя обусловлена возникновением так называемой амперовой силы. Она действует на помещенный в магнитное поле проводник при протекании по нему тока. Направление амперовой силы определяется по правилу левой руки.

Сила Ампера появляется благодаря следующему механизму:

1. при протекании тока вокруг проводника возникает магнитное поле с силовыми линиями, концентрически окружающими проводник (круговое поле);
2. вектор его индукции по одну сторону от проводника сонаправлен с вектором индукции первичного магнитного поля, в которое проводник помещен. С этой стороны первичное поле усиливается;
3. по другую сторону вектор наведенного электротоком поля направлен противоположно вектору индукции первичного поля, соответственно, здесь оно гасится;
4. разница в индукции поля по обе стороны проводника активирует к возникновению данной силы. Определяется она по формуле: F = B * I * L, где: B — магнитная индукция первичного поля, I — сила тока в проводнике, L — длина проводника.

Как и в случае с генератором, после поворота витка обмотки якоря в определенное положение, требуется переключение контактов для изменения в ней направления тока либо полярности индуктора. Поэтому в режиме двигателя коллектор также необходим.

У коллекторных двигателей есть преимущества:

• простота и широкий диапазон регулировки;
• жесткая механическая характеристика (вращающий момент остается стабильным).

Недостаток — низкая надежность коллектора и его сложность, негативно отражающаяся на стоимости двигателя.

Вот какими нежелательными явлениями сопровождается работа узла:

• искрение;
• засорение токопроводящей графитовой пылью (щетки выполнены из этого материала);
• появление помех в сети;
• при значительной нагрузке — кольцевое искрение («круговой огонь»), приводящее к выгоранию коллекторных пластин.

В целях борьбы с недостатками в некоторых современных двигателях постоянного тока (ДПТ) применены следующие решения:

1. обмотки якоря и индуктора меняются местами: первую размещают на неподвижной части (статоре), вторую — на вращающейся (роторе). Скользящий контакт при этом остается, но из-за низкой нагрузки в обмотке возбуждения, он намного проще и надежнее коллекторно-щеточного;
2. переключение между обмотками якоря, теперь расположенного в неподвижной части, осуществляется при помощи полупроводниковых ключей, срабатывающих по сигналу датчика положения ротора. То есть механический переключатель (коллектор) заменен электронным.

Такие двигатели называют бесколлекторными, за рубежом — BLDC-двигателями.

Как устроен генератор переменного тока?

Стандартный или компактный трёхфазный генератор переменного тока имеет намного меньшие габариты за счёт изменения конструкции статора, в качестве которого выступает отдельный модифицированный элемент и более эффективный ротор вместо якоря. В связи с этим у производителей отпала необходимость создавать массивные и тяжёлые корпуса, а токосъёмные свойства генератора при этом увеличились в несколько раз. Несмотря на разительные перемены в конструкции устройств разных поколений генераторов, принцип их работы практически ничем не различается.

Генератор переменного тока состоит из ротора, статора, трёхфазных медных намоток в качестве магнитопровода, шкива, являющегося продолжением ротора, принимающего крутящий момент от двигателя, графитовых щёток, регулятора напряжения и силового выпрямителя. Каждый из элементов компактно размещён в лёгком корпусе, представляющем собой парные алюминиевые крышки, соединённые болтами. Корпус крепится к кронштейнам двигателя через проушины так, чтобы шкив находился со стороны привода.

Рассмотрим устройство элементов генератора переменного тока более детально:

1. Статор изготавливается из стальных листов, каждая его часть сваривается или клепается так, чтобы получилось 36 пазов, которые изолируются плёнкой, либо эпоксидной смолой. Обмотка статора осуществляется между пазами;
2. Ротор представляет из себя две разнополюсные части с клинообразными выступами, у каждой из которых имеется как минимум шесть полюсов, закреплённых на валу. В случае фиксации на концах вала закалённой цапфы и подшипников, его изготовление предполагает использование твёрдой стали, при этом шкив фиксируется при помощи резьбы и паза;
3. Электрографитные или меднографитовые щётки имеют пружинный способ прижатия. Первый вариант с более долгим сроком эксплуатации, контактируя с кольцом, значительно снижает напряжение в цепи;
4. Диодные мосты в виде таблеток, надёжно закреплённых на охлаждающих элементах пайкой, или силовых диодов, размещённых в пластинах, выполняют функцию отвода тепла;
5. Выпрямление переменного тока осуществляется вспомогательным узлом диодов, заключённых в герметичный блок, который имеет подключение в виде шины. Узел защищён от короткого замыкания специальным составом;
6. Система охлаждения генератора выполняет важную функцию, влияющую на регулировку напряжения, которая напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. Также регулятор справляется со скачками напряжения, которые неизбежно появляются в связи с изменением числа оборотов двигателя.

Принцип работы

Неправильно настроенное оборудование не сможет слаженно работать в течение длительного промежутка времени, преждевременные поломки могут возникнуть на фоне появления всевозможных перегрузок, из-за некачественного возбуждения сети, а также частых переходов в асинхронные режимы. Последний фактор чаще всего возникает по причине каких-либо отклонений в сети: нагрузки переменного типа, короткие замыкания, неравномерная загрузка фаз.

Чтобы устройство правильно функционировало, нужно обеспечить ему правильное охлаждение. Если затраты воды достигают отметки 75% от номинала, тогда срабатывает предупредительная сигнализация. Когда расход охладителя находится в пределах 50%, система разгружается за две минуты. Этот вид генератора работает по принципу электромагнитной индукции. Якорная катушка находится в разомкнутом положении только на холостом ходу, из-за чего необходимое магнитное поле формирует исключительно обмотка ротора. Когда этот элемент крутится от проводного мотора, то у него наблюдается постоянная частота.

Первоначальное магнитное поле формируется за счёт обмотки возбуждения, а в катушку якоря поступает электрическая движущая сила. Если же якорь начал двигаться только благодаря вращению с определённой скоростью, то весь поток возбуждения переходит через проводники статорных катушек. В итоге происходит индицирование переменных ЭДС.

Турбогенераторы – применение в энергетике

Электрическая станция представляет собой промышленное предприятие, на котором производится электрическая, а в некоторых случаях и тепловая энергия на основе преобразования первичных энергоресурсов. В зависимости от вида природных источников энергии (твердое топливо, жидкое, газообразное, ядерное, водяная энергия) станции подразделяются на тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС), атомные (АЭС). Станции, на которых одновременно с электрической вырабатывается и тепловая энергия, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Независимо от типа электростанции ее электрическую часть составляют электрогенераторы – устройства для преобразования первичной энергии (чаще всего механической) в электрическую, а также другие аппараты для преобразования и управления потоком электрической энергии: трансформаторы, выключатели, разъединители.

Для выработки электроэнергии на современных электрических станциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока.

Различают турбогенераторы (первичный двигатель – паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель — гидротурбина).

Турбогенераторы предназначены для непосредственного соединения с паровыми или газовыми турбинами и, так как особенностью этих турбин является их быстроходность, имеют высокую частоту вращения. Чем выше частота вращения турбины, тем меньше ее габариты и больше к. п.д., поэтому естественно стремление повысить быстроходность турбогенераторов. Однако эта быстроходность имеет предел, ограниченный номинальной частотой сети f = 50 Гц и минимальным числом пар полюсов генератора р = 1.

Для синхронных генераторов в установившемся режиме существует строгое соответствие между частотой вращения агрегата n, об/мин, и частотой сети f, Гц

Паровые и газовые турбины выпускают на большие частоты вращения (3000 и 1500 об/мин), так как при этом турбогенераторы имеют наилучшие технико-экономические показатели. На ТЭС, сжигающих обычное топливо, частота вращения агрегатов составляет, как правило, 3000 об/мин, а синхронные генераторы имеют два полюса.

Высокая частота вращения ТГ определяет и особенности его конструкции. Эти генераторы выполняются с горизонтальным расположением ротора. Ротор ТГ работает при больших механических и тепловых нагрузках. Поэтому он изготовляется из цельной поковки специальной высококачественной стали (хромоникелевой или хромоникельмолибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами.

У турбогенераторов ротор, как правило, выполняется неявнополюсным. Вследствие значительной частоты вращения размеры его ограничены: по длине (во избежание прогибов, приводящий к вибрациям) – 6-6,5 м и по диаметру (для снижения окружных усилий при вращении) – 1,1-1,2 м.

В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения. В пазовой части обмотки закрепляются немагнитными легкими, но прочными клиньями из дюралюминия. Лобовая часть обмотки, не лежащая в пазах, предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажа. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из немагнитной высокопрочной стали.

Турбогенераторы с комбинированным водородно-водяным охлаждением предназначены для работы на атомных электростанциях.

Асинхронные турбогенераторы используются в составе мощных ТЭЦ и в энергосистемах со значительными колебаниями нагрузки.

Асинхронные турбогенераторы также имеют комбинированное водородно-водяное охлаждение.

Турбогенераторы с воздушным и масляным охлаждением применяются на тепловых электростанциях (ТЭС) с различной мощностью.

Конструкция турбогенератора

Турбогенератор — работающий в паре с турбиной синхронный генератор. Основная функция в преобразовании механической энергии вращения паровой или газовой турбины в электрическую. Скорость вращения ротора 3000, 1500 об/мин. Механическая энергия от турбины преобразуется в электрическую посредством вращающегося магнитного поля ротора в статоре. Поле ротора, которое создается током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, приводит к возникновениютрёхфазного переменного напряжения и тока в обмотках статора. Напряжение и ток на статоре тем больше, чем сильнее поле ротора, т.е. больше ток протекающий в обмотках ротора. Напряжение и ток в обмотках ротора создает тиристорная система возбуждения или возбудитель — небольшой генератор на валу турбогенератора. Турбогенераторы имеют цилиндрический ротор установленный на двух подшипниках скольжения, в упрощенном виде напоминает увеличенный генератор легкового автомобиля. Выпускаются 2-х полюсные (3000 об/мин), 4-х полюсные (1500 об/мин как на Балаковской АЭС), следовательно, имеют высокие частоты вращения и проблемы с этим связанные. По способам охлаждения обмоток турбогенератора различают: с водяным охлаждением (три воды), с воздушным и водородным (чаще применяются на АЭС).

В зависимости от системы охлаждения турбогенераторы подразделяются на несколько типов: с воздушным, масляным, водородным и водяным охлаждением. Также существуют комбинированные типы, например, генераторы с водородно-водяным охлаждением. Также существуют специальные турбогенераторы, к примеру, локомотивные, служащие для питания цепей освещения и радиостанции паровоза. В авиации турбогенераторы служат дополнительными бортовыми источниками электроэнергии. Например, турбогенератор ТГ-60 работает на отбираемом от компрессора авиадвигателя сжатого воздуха, обеспечивая привод генератора трёхфазного переменного тока 208 вольт, 400 герц, номинальной мощностью 60 кВ*А.

Конструкция турбогенератора

Генератор состоит из двух ключевых компонентов — статора и ротора. Но каждый из них содержит большое число систем и элементов. Ротор — вращающийся компонент генератора и на него воздействуют динамические механические нагрузки, а также электромагнитные и термические. Статор — стационарный компонент турбогенератора, но он также подвержен воздействию существенных динамических нагрузок — вибрационных и крутящих, а также электромагнитных, термических и высоковольтных. Первоначальный (возбуждающий) постоянный ток ротора генератора подается на него с возбудителя генератора. Обычно возбудитель соосно соединён упругой муфтой с валом генератора и является продолжением системы турбина-генератор-возбудитель. Хотя на крупных электрических станциях предусмотрено и резервное возбуждение ротора генератора. Такое возбуждение происходит от отдельно стоящего возбудителя. Такие возбудители постоянного тока приводятся в действие своим электродвигателем переменного трехфазного тока и включены как резерв в схему сразу нескольких турбоустановок. С возбудителя постоянный ток подается в ротор генератора посредством скользящего контакта через щётки и контактные кольца. Современные турбогенераторы используют тиристорные системы самовозбуждения.