Делаем вентрогенератор своими руками из стиральной машины, которая уже не нужна

Содержание
  1. Что такое электрический генератор?
  2. Работа двигателя в режиме генератора
  3. Как рассчитать характеристики генератора по мощности двигателя и емкости конденсаторов
  4. Как выбрать и переделать двигатель стиральной машины в генератовоими руками сделать генератор из электродвигателя непросто. Понадобится терпение, а также возможность изготовить некоторые детали на токарном станке.
  5. Из автомобильного генератора
  6. Из асинхронного двигателя
  7. На неодимовых магнитах
  8. Что надо знать о конструкции статора
  9. Особенности конструкции ротора
  10. Как учесть электрические характеристики двигателя
  11. Инструменты и детали
  12. Порядок выполнения работ
  13. Установка магнитов и пошаговая сборка генератора
  14. Изготовление лопастей
  15. Установка и запуск ветряка
  16. Как заставить электродвигатель перейти в режим генератора
  17. Полная звезда
  18. Упрощенная звезда
  19. Схема треугольника
  20. Переделывать или нет
  21. Где использовать
  22. Технологические особенности
  23. Устройство статора
  24. Двигатели с фазным ротором
  25. Двигатели с короткозамкнутым ротором
  26. Советы по изготовлению и эксплуатации

Что такое электрический генератор?

Генератор представляет собой эл машину, преобразовывающую механическую и тепловую энергии в электрическую. С этой точки зрения он является устройством прямо противоположным по принципу действия и режиму функционирования к асинхронному двигателю. Более того, наиболее распространенным типом электрогенераторов являются индукционные.

Такое становится возможным только при разности оборотов магнитных полей статора и ротора. Из это следует один закономерный вывод (учитывая также принцип обратимости, упомянутый вначале статьи) – теоретически возможно сделать генератор из асинхронника, кроме того, это задача, решаемая самостоятельно за счет перемотки.

Работа двигателя в режиме генератора

Любой асинхронный электрогенератор используется в качестве некоего трансформатора, где механическая энергия от вращения вала двигателя, преобразуется в переменный ток. Такое становится возможным тогда, когда его скорость становится выше синхронной (порядка 1500 об/мин). Классическую схему переделки и подключения двигателя в режиме электрогенератора с выработкой трехфазного тока можно легко собрать своими руками:

Чтобы достичь такой стартовой частоты вращения, необходимо приложить довольно большой крутящий момент (например, за счет подключения двигателя внутреннего сгорания в бензогенераторе или крыльчатки в ветряке). Как только частота вращения достигает значения синхронной, начинает действовать конденсаторная батарея, создающая емкостный ток. За счет этого происходит самовозбуждение обмоток статора и выработка электрического тока (режим генерирования).

Необходимым условием устойчивой работы такого электрогенератора с промышленной частотой сети 50 Гц, является соответствие его частотных характеристик:

  1. Скорость его вращения должна превышать асинхронную (частоту работы самого двигателя) на процент скольжения (от 2 до 10%),
  2. Значение скорости вращения генератора должно соответствовать синхронной скорости.

Как рассчитать характеристики генератора по мощности двигателя и емкости конденсаторов

Для создания нормальных условий работы электрической машины необходимо соблюсти равенство ее номинального напряжения и мощности в режимах генератора и электродвигателя.

С этой целью подбирают емкость конденсаторов с учетом вырабатываемой ими реактивной мощности Q при различных нагрузках. Ее величину рассчитывают по выражению:

Q=2π∙f∙C∙U2

Из этой формулы, зная мощность двигателя, для обеспечения полной нагрузки можно рассчитать емкость батареи конденсаторов:

С=Q/2π∙f∙U2

Однако, следует учесть режим работы генератора. На холостом ходу конденсаторы станут излишне нагружать обмотки и нагревать их. Это приводит к большим потерям энергии, перегреву конструкции.

Для устранения подобного явления конденсаторы подключают ступенчато, определяя их количество в зависимости от приложенной нагрузки. Чтобы упростить подбор конденсаторов для запуска асинхронного двигателя в режиме генератора, создана специальная таблица.

Мощность генератора (кВА) Режим полной нагрузки Режим холостого хода
cos φ=0.8 cos φ=1 Q (кВАр) С (мкф)
Q (кВАр) С (мкф) Q (кВАр) С (мкф)
15 15,5 342 7,8 172 5,44 120
10 11,1 245 5,9 130 4,18 92
7 8,25 182 4,44 98 3,36 74
5 6,25 138 3,4 75 2,72 60
3,5 4,53 100 2,54 56 2,04 45
2 2,72 60 1,63 36 1,27 28

Для использования в составе емкостной батареи хорошо подходят пусковые конденсаторы серии K78-17 и им подобные с рабочим напряжением от 400 вольт и больше. Вполне допустимо заменить их металлобумажными аналогами с соответствующими номиналами. Собирать их придется параллельным подключением.

Использовать модели электролитических конденсаторов для работы в цепях асинхронного самодельного генератора не стоит. Они предназначены для цепей постоянного тока, а при прохождении синусоиды, меняющейся по направлению, быстро выходят из строя.

Существует специальная схема их подключения для подобных целей, когда каждая полуволна направляется диодами на свою сборку. Но она довольно сложная.

Как выбрать и переделать двигатель стиральной машины в генератовоими руками сделать генератор из электродвигателя непросто. Понадобится терпение, а также возможность изготовить некоторые детали на токарном станке.

Из обычного асинхронного мотора стиральной машинки-автомат мощностью 170-180 Вт возможно создать генератор мощностью 1,5 кВт. Лучше использовать движок от стиральной машины «Вятка» и других моделей советского производства, поскольку они более мощные.

Из автомобильного генератора

Автомобильный генератор, по своему устройству, предполагает производство электрической энергии, которая вырабатывается при вращении его вала. В связи с этим, вариант использования подобного устройства, является наиболее простым решением, при самостоятельном сооружении ветровой установки.

Наиболее сложной частью, подобного устройства, являются лопасти и узел их крепления. Для изготовления данного узла можно использовать листовой, не поддающийся коррозии, металл, (алюминий, нержавеющая или оцинкованная сталь), который должен иметь способность крепиться к валу генератора и позволять закрепить необходимое количество лопастей на нем.

Лопасти можно изготовить из пластиковых труб диаметром 100,0 — 120,0 мм, для чего их следует нарезать требуемой длины и разрезать пополам, после чего места пиления обработать абразивными материалами и закрепить на ранее подготовленном узле их крепления. Собранный узел монтируется на вал генератора.

Из металлических труб, диаметром 20,0 – 25,0 мм изготавливается несущая конструкция, ее размер и форма, зависят от типа автомобильного генератора. Данный узел установки несет на себе максимальную нагрузку, в связи с тем, что именно эта часть создаваемого ветрового генератора подвергается воздействию потоков ветра и на рнего воздействует собственный вес монтируемых деталей.

На изготовленную несущую конструкцию монтируется генератор с лопастями, а также хвостовик установки, который может быть изготовлен из любого прочного материала: пластик, фанера, листовой металл.

Когда конструкция готова, к выводам генератора подсоединяются провода и вся установка монтируется на заранее подготовленном основании. Высота основания и место его установки, должны быть выбраны индивидуально, в зависимости от конкретных условий и региона расположения, что определяется наличием и скоростью воздушных потоков.

Из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель, это электрический аппарат, служащий для преобразования электрической энергии в механическую, в виде вращательного движения вала данного устройства.

В своей конструкции, асинхронный двигатель имеет статор, в который помещены электрические обмотки и ротор, вращающийся внутри статора, и если в нормальном режиме работы, ротор вращается под воздействием электрического поля, создаваемого в статоре, при подаче на обмотки напряжения, то при использовании подобных электрических машин, при изготовлении ветрового генератора, происходит обратный процесс – при вращении ротора, в электрических обмотках статора образуется электрический ток. Единственное условие, при данном варианте конструкции, это необходимость не значительное переделки используемого асинхронного двигателя.

Объем переделки зависит от типа используемого двигателя, так если это оборотистая машина, с числом оборотов более 1000, то необходима перемотка обмоток статора, при использовании тихоходных устройств — перемотка не требуется. Кроме этого, для обеспечения надежной работы создаваемого ветрового генератора, необходимо выполнить установку магнитов, для этого ротор машины протачивается, на размер устанавливаемых магнитов, магниты приклеиваются к ротору, после чего данный узел заливается эпоксидной смолой.

Магниты размещаются по шаблону, для создания равномерно направленной ЭДС, образующейся в устройстве. Полюса магнитов («+» и «-») должны чередоваться, что обеспечит правильную работу аппарата.

Когда работы по переделке ротора завершены, двигатель собирается, и изготавливаются лопасти ветровой установки и конструкция их крепления.

Лопасти могут быть изготовлены, как и в случае использования автомобильного генератора (пластиковые трубы), или из иного, имеющегося в наличии материала: листовой металл, пластик, дерево и т.д.

Несущая конструкция должна быть прочной, т.к. асинхронный двигатель обладает значительным весом. Один из вариантов монтажа приведен на ниже расположенном фото:

М – асинхронный двигатель;

С – конденсаторы, обеспечивающие нормальный режим работы установки;

SA1 – коммутационный аппарат, служащий для вывода двигателя из работы;

ХР1 – клеммная колодка, служащая для соединения двигателя с нагрузочной сетью.

На неодимовых магнитах

Неодимовый магнит – это мощное устройство, в состав которого входит редкоземельный металл – неодим, железо и бор. Данный вид магнитов отличается стойкостью к размагничиванию и мощностью притяжения.

Для изготовления ветрового генератора данного вида необходимо приобрести комплект неодимовых магнитов и использовать автомобильную ступицу или иное устройство (шкив и т.д.), которые послужат основой конструкции.

При изготовлении 1-фазного генератора, количество полюсов должно соответствовать количеству магнитов, при изготовлении 3-фазного генератора, соотношение полюсов и катушек, должно быть – 2/3 или 4/3, соответственно.

Магниты наклеиваются на поверхность ступицы (шкива), при этом их полюса должны чередоваться. Для того, чтобы не ошибиться при изготовлении данного элемента, лучше всего выполнить разметку поверхности, на которой крепятся магниты, а также промаркировать их полярность.

Из медного провода наматываются катушки, количество которых соответствует количеству установленных магнитов. При наматывании, используется провод ПЭТВ или аналог, применяемый при изготовлении обмоток электрических машин. Количество витков можно рассчитать, но при отсутствии опыта выполнения подобных расчетов, вариант подбора, требуемого количества, также может быть применен.

Для небольшого генератора на неодимовых магнитах, общее количество витков в обмотке статора, должно составлять 1000 – 1200 штук, в свою очередь для определения количества витков в одной катушке, данное количество необходимо разделить на количество изготавливаемых катушек.

Внутренний диаметр (отверстие) катушки должен соответствовать диаметру магнита, или быть несколько большим, чем он.

Изготавливается статор генератора. Для этого можно воспользоваться прочным пластиком или фанерой, на поверхности которых выполняется разметка и крепление изготовленных катушек.

Катушки крепятся с использованием клея, после чего вся поверхность заливается эпоксидной смолой. Толщина получаемого статора должна соотноситься с толщиной неодимовых магнитов. Концы катушек, перед заливкой, выводятся наружу, где в последствии соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

К ротору генератора (ступице) крепятся лопасти или приводной вал, в случае горизонтальной установки статора. Собранные узлы крепятся на подготовленной основании, а к выводам катушек подключается нагрузка.

Что надо знать о конструкции статора

У него на общем сердечнике магнитопровода намотаны три изолированных обмотки для питания от каждой фазы напряжения.

Их подключают одним из двух способов:

1. Звездой, когда все концы собраны в одну точку. На 3 начала и общий вывод концов подается напряжение по четырем проводам.

2. Треугольником — конец одной обмотоки подключен к началу другой так, что схема собрана кольцом и из нее выходят всего три провода.

Особенности конструкции ротора

На нем тоже создан магнитопровод и три обмотки. Они соединяются одним из двух способов:

1. через контактные выводы у двигателя с фазным ротором;

2. накоротко замкнуты алюминиевой вставкой в конструкцию беличьего колеса — асинхронные машины.

Нам нужен ротор короткозамкнутый. Все схемы разработаны для него.

Конструкцию фазного ротора тоже можно использовать в качестве генератора. Но ее придется переделать: просто шунтируем все вывода между собой закоротками.

Как учесть электрические характеристики двигателя

На работу генератора повлияют:

1. Диаметр провода обмотки. От него напрямую зависит нагрев конструкции и величина приложенной мощности.

2. Расчетная скорость вращения ротора, указываемая числом оборотов.

3. Способ соединения обмоток в звезду или треугольник.

4. Величина потерь энергии, определяемая КПД и косинусом φ.

Их смотрим на табличке или вычисляем косвенными методами.

Инструменты и детали

Также для работы понадобятся:

  • неодимовые магниты размером по 20, 10 и 5 мм – всего 32 штуки;
  • выпрямитель;
  • клей;
  • токарный станок;
  • наждачная бумага;
  • холодная сварка;
  • ножницы;
  • плоскогубцы, отвертки.

Порядок выполнения работ

Магниты можно купить либо в специализированных магазинах, либо в интернете. Если у вас дома нет токарного станка, заказать изготовление деталей можно у знакомого мастера.

  1. Нужно переделать ротор асинхронного двигателя, чтобы можно было установить магниты. Для этого снимаются сердечники, их часть срезается на токарном станке на глубину 2 мм.
  2. Для установки магнитов нужно проделать в сердечнике пазы на глубину 5 мм.

Подготовка сердечников завершена. Теперь нужно посадить на места магниты. Для этого из куска жести изготовьте покрытие для сердечника. Этот шаблон должен точно соответствовать расположенным отверстиям. Поэтому вырезайте кусок в точности по диаметру сердечника, с отверстиями в нужных местах.

Обратите внимание! Магниты должны устанавливаться на равном расстоянии друг от друга. Иначе в процессе работы они начнут слипаться, из-за чего электрогенератор потеряет мощность.

Установка магнитов и пошаговая сборка генератора

Рассмотрим, как переделать двигатель в самодельный генератор.

  1. Расположите магниты на полоске приклеенной жести – на равном расстоянии. Магниты также крепятся на суперклей. Важно, чтобы все они располагались ровно, без наклона. Поскольку магниты достаточно сильные и могут соскакивать во время работы, надевайте защитные очки.
  2. После того, как шаблон с магнитами расположен на роторе, заполните все пробелы между ними холодной сваркой. Для этого хорошо разомните состав и замажьте все пространство. Можно также заполнить расстояние между магнитами эпоксидной смолой.
  3. Используя наждачную бумагу, зачистите поверхность ротора до полной гладкости. Для удобства можно зажать его в тиски.
  4. Проверьте болты корпуса и подшипник, возможно, их нужно поменять на новые.

Работа по переделке закончена. Вы изготовили генератор из двигателя прямого привода. Можно приступать к проверке самодельного прибора.

Изготовление лопастей

Для изготовления лопастей понадобится легкий и достаточно прочный материал. Обычно используют полосы листового алюминия или отрезки канализационных полипропиленовых труб. Алюминиевые лопасти нуждаются в придании соответствующей формы и обеспечения абсолютного совпадения всех размеров, что непросто. Лопасти из труб имеют правильную с точки зрения аэродинамики конфигурацию, но потрудиться над ними придется немало. При этом, обеспечить одинаковую форму проще именно при использовании трубы.

Отрезок трубы разрезается в продольном направлении на четыре одинаковые части. С одной стороны куска сверлятся отверстия под болты, вторая сторона обрезается по форме лопасти. Такая операция проделывается со всеми заготовками.

Хаб представляет собой обычный кусок листового металла круглой формы. На нем сверлятся отверстия для крепления к шестеренке патрона и для установки лопастей. Необходимо соблюдать соосность и правильную центровку детали, чтобы при вращении не было биений.

Установка и запуск ветряка

Собранный ветряк устанавливается на высокую мачту. Размеры произвольные, поскольку поднять установку слишком высоко все равно не получится. Главным условием является подъем не менее 3 м над землей (если возможно, лучше повыше). Для самостоятельного наведения на ветер понадобится создать хвостовой стабилизатор, который будет ориентировать устройство на поток. Хвост представляет собой пластинку из любого листового материала, установленную по оси вращения на опорную планку.

Готовое изделие устанавливается на возвышении и испытывается на работоспособность. Ветряк готов, можно производить эксперименты и опыты.

Как заставить электродвигатель перейти в режим генератора

Необходимо выполнить два действия:

1. Раскрутить ротор от источника посторонней механической мощности.

2. Возбудить в обмотках электромагнитное поле.

Если с первым пунктом все понятно, то для второго достаточно подключить к обмоткам батарею конденсаторов, создав емкостную нагрузку определенной величины.

Для этого вопроса разработано несколько вариантов схем.

Полная звезда

Конденсаторы включают между каждой парой начал обмоток.

Упрощенная звезда

В этой схеме пусковой и рабочий конденсаторы подключаются своими выключателями.

Схема треугольника

Конденсаторы включены параллельно каждой обмотке. На выходных клеммах создается линейное напряжение 220 вольт.

Переделывать или нет

Чтобы определить, эффективна ли работа самостоятельно сделанного генератора, следует просчитать, насколько оправданы усилия по преобразованию устройства.

Нельзя сказать, что устройство очень простое. Двигатель асинхронного двигателя не уступает по сложности синхронному генератору. Единственное отличие отсутствие электрической цепи для возбуждения работы, но она заменяется батареей конденсаторов, что ничем не упрощает устройство.

Преимущество конденсаторов в том, что они не требуют дополнительного обслуживания, а энергию получают от магнитного поля ротора или производимого электрического тока. Из этого можно сказать, что единственный плюс от этой разработки – отсутствие необходимости в обслуживании.

Еще одно положительное качество – эффект клирфактора. Он заключается в отсутствии высших гармоник в генерируемом токе, то есть чем ниже его показатель, тем меньше расходуется энергии на обогрев, магнитное поле и иные моменты. У трехфазного электромотора этот показатель составляет около 2%, в то время когда у синхронных машин он минимум 15%. К сожалению, учет показателя в быту, когда в сеть включены разнотипные электроприборы, нереален.

Другие показатели и свойства разработки отрицательные. Он не способен обеспечивать номинальную промышленную частоту производимого напряжения. Поэтому устройства применяют вместе с выпрямительными машинами, а также для зарядки аккумулятора.

Генератор чувствителен к малейшим перепадам электричества. В промышленных разработках для возбуждения применяется аккумулятор, а в самодельном варианте часть энергии уходит на батарею конденсаторов. В случае, когда нагрузка на генератор выше номинала, ему не достаточно электричества для подзарядки, и он останавливается. В некоторых случаях применяют емкостные батареи, которые меняют свой динамический объем в зависимости от нагрузки.

Просчитать, учесть и компенсировать изменения тока, которые происходят случайно, к сожалению, нереально, поэтому устройству характерна нестабильная работа.

Где использовать

Сделать генератор из электродвигателя стиралки нам удалось. Тестирование показало, что он работает. И что дальше? Где можно этот агрегат использовать?

В принципе, если найти энергию, которая смогла бы вращать ротор, то проблем с электроэнергией, к примеру, в небольшом загородном доме, не было бы. Поэтому домашние мастера предлагают несколько часто используемых варианта:

  • Установить генератор к бензиновому двигателю. К примеру, это может быть старая пила «Дружба» или мотор от мотоцикла.
  • Подключить к ветряку, тем самым сделав ветровой генератор тока.
  • Соединить с гидротурбиной, которую установить в самодельный водопад или быстро текущий ручей.

Два последних варианта самые дешевые, так как нет необходимости покупать дополнительный энергоноситель. Это экологически чистые установки, работающие на альтернативном топливе.

И еще один момент. Сделать из мотора стиральной машинки генератор мощностью 5 кВт и больше не получится. Поэтому не уповайте на то, что из этого агрегата можно сделать прибор, полностью заменяемый электрическую сеть. Но для пары комнат или для бани (гаража и так далее) подойдет. Максимум, что может выработать такой генератор – это 2 кВт. К тому же 380 вольт от него также не ждите.

Добавим, что из двигателя постоянного тока также можно сделать генератор. Тем более, в некоторых стиральных машинках, такие агрегаты устанавливаются. В таких моторах отличительной чертой выступают графитовые щетки.

Технологические особенности

Основу самодельного генератора составляет асинхронный электродвигатель трехфазного тока с:

  • фазным;
  • или короткозамкнутым ротором.

Устройство статора

Магнитопроводы статора и ротора изготавливают из изолированных пластин электротехнической стали, в которых созданы пазы для размещения проводов обмотки.


Три отдельные обмотки статора могут быть соединены на заводе по схеме:

  • звезда;
  • треугольник.

Их выводы подключают внутри клеммной коробки и соединяют перемычками. Сюда же монтируют кабель питания.


В отдельных случаях может выполняться подключение проводов и кабеля другими способами.


К каждой фазе асинхронного двигателя подводятся симметричные напряжения, сдвинутые по углу на треть окружности. Они формируют токи в обмотках.


Эти величины удобно выражать в векторной форме.

Двигатели с фазным ротором

Их снабжают обмоткой, выполненной по образцу статорной, а выводы от каждой соединяют с контактными кольцами, которые обеспечивают электрический контакт со схемой запуска и регулировки через прижимные щетки.

Такая конструкция довольно сложная в изготовлении, дорогая по стоимости. Она требует периодического наблюдения за работой и квалифицированного обслуживания. По этим причинам для самодельного генератора применять ее в таком исполнении нет смысла.

Однако, если имеется подобный двигатель и ему нет другого применения, то можно выводы каждой обмотки (те концы, которые подключаются к кольцам) закоротить между собой. Таким способом фазный ротор превратится в короткозамкнутый. Его можно подключать по любой рассматриваемой ниже схеме.

Двигатели с короткозамкнутым ротором

Внутри пазов магнитопровода ротора залит алюминий. Обмотка выполнена в виде вращающейся беличьей клетки (за что и получила такое дополнительное название) с замкнутыми накоротко по концам кольцами-перемычками.

Это самая простая схема двигателя, которая лишена подвижных контактов. За счет этого она длительно работает без вмешательства электриков, отличается повышенной надежностью. Ее и рекомендуется применять для создания самодельного генератора.

Советы по изготовлению и эксплуатации

Необходимо обладать определенными навыками и знаниями не только по изготовлению, но и по эксплуатации подобных машин, помочь в этом могут следующие советы:

  1. Любая разновидность асинхронных генераторов вне зависимости от сферы, в которой они применяются, является опасным устройством, по этой причине рекомендуется провести его изоляцию.
  2. В процессе изготовления устройства необходимо продумать монтаж измерительных приборов, поскольку потребуется получение данных о его функционировании и рабочих параметрах.
  3. Наличие специальных кнопок, с помощью которых можно управлять устройством, в значительной степени облегчает процесс эксплуатации.
  4. Заземление является обязательным требованием, которое необходимо реализовать до момента эксплуатации генератора.
  5. Во время работы, КПД асинхронного устройства может периодически снижаться на 30-50%, побороть возникновение этой проблемы не представляется возможным, поскольку этот процесс является неотъемлемой частью преобразования энергии.
Источники

  • https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelya-svoimi-rukami.html
  • https://HouseDiz.ru/kak-sdelat-samodelnyj-generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya/
  • https://cosmo-frost.ru/stiralnye-mashiny/samodelki/kak-sdelat-generator-iz-dvigatelya-stiralnoj-mashiny-svoimi-rukami/
  • https://alter220.ru/veter/samodelnyj-vetrogenerator.html
  • https://zen.yandex.com/media/housediz/generator-iz-asinhronnogo-dvigatelia-svoimi-rukami-ot-a-do-ia-5b30fc5f2dbfc700a8c80687
  • https://Energo.house/veter/vetrogenerator-iz-shurupoverta.html
  • https://housetronic.ru/electro/generator-iz-asinxronnogo-dvigatelya.html
  • https://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/generatori/kak-sdelat-generator-iz-dvigatelya-stiralnoj-mashiny-svoimi-rukami-etapy-processa-i-rekomendacii.html
  • https://slarkenergy.ru/vetrogenerator/iz-asinxronnogo-dvigatelya.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: