Cách làm động cơ không đồng bộ bằng tay của chính bạn. Máy phát điện DIY: quy trình lắp ráp

Để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho ngôi nhà, người ta sử dụng máy phát điện xoay chiều chạy bằng động cơ đốt trong diesel hoặc bộ chế hòa khí. Nhưng từ khóa học kỹ thuật điện, chúng ta biết rằng bất kỳ động cơ điện nào cũng có thể đảo ngược: nó cũng có khả năng tạo ra điện. Có thể tự tay chế tạo một máy phát điện từ động cơ không đồng bộ nếu bạn đã có một chiếc và động cơ đốt trong? Rốt cuộc, bạn sẽ không cần phải mua một nhà máy điện đắt tiền mà có thể thực hiện được bằng các phương tiện ngẫu hứng.

Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ bao gồm hai bộ phận chính: stato đứng yên và rôto quay bên trong nó. Rôto quay trên các ổ trục được gắn ở các bộ phận cuối có thể tháo rời. Rôto và stato chứa các cuộn dây điện, các vòng dây được đặt trong các rãnh.

Cuộn dây stato được nối với mạng điện xoay chiều, một pha hoặc ba pha. Phần kim loại Stator nơi nó được đặt được gọi là mạch từ. Nó được làm bằng các tấm phủ mỏng riêng lẻ để cách nhiệt chúng với nhau. Điều này giúp loại bỏ sự xuất hiện của dòng điện xoáy, khiến động cơ điện không thể hoạt động do tổn thất quá mức do mạch từ bị nóng lên.

Các cực của cuộn dây của cả ba pha được đặt trong một hộp đặc biệt trên vỏ động cơ. Nó được gọi là barno, trong đó các đầu cuối của cuộn dây được nối với nhau. Tùy thuộc vào điện áp nguồn và dữ liệu kỹ thuật của động cơ, các cực được kết hợp thành hình sao hoặc thành hình tam giác.

Cuộn dây rôto của bất kỳ động cơ điện không đồng bộ nào cũng tương tự như “lồng sóc”, người ta gọi như vậy. Nó được chế tạo dưới dạng một loạt các thanh nhôm dẫn điện phân bố dọc theo bề mặt ngoài của rôto. Các đầu của thanh được đóng lại, đó là lý do tại sao rôto như vậy được gọi là lồng sóc.
Cuộn dây, giống như cuộn dây stato, nằm bên trong lõi từ, cũng được tạo thành từ các tấm kim loại cách điện.

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ

Khi nối điện áp nguồn vào stato, dòng điện chạy qua các vòng dây quấn. Nó tạo ra một từ trường bên trong. Vì dòng điện xoay chiều nên từ trường thay đổi theo hình dạng của điện áp nguồn. Sự sắp xếp của các cuộn dây trong không gian được thực hiện sao cho từ trường bên trong nó quay.
Trong cuộn dây rôto, từ trường quay tạo ra lực điện động. Và vì các vòng dây bị ngắn mạch nên xuất hiện dòng điện trong đó. Nó tương tác với từ trường stato, dẫn đến chuyển động quay của trục động cơ điện.

Động cơ điện được gọi là động cơ không đồng bộ vì từ trường stato và rôto quay với tốc độ khác nhau. Sự chênh lệch tốc độ này được gọi là độ trượt (S).


Ở đâu:
n – tần số từ trường;
nr – tần số quay rôto.
Để điều chỉnh tốc độ trục trên phạm vi rộng, động cơ điện không đồng bộ được chế tạo với rôto dây quấn. Trên một rôto như vậy, các cuộn dây dịch chuyển trong không gian được quấn giống như trên stato. Các đầu của chúng được đưa ra các vòng và các điện trở được kết nối với chúng bằng thiết bị chổi than. Điện trở nối với rôto pha càng lớn thì tốc độ quay của nó sẽ càng thấp.

Máy phát điện không đồng bộ

Điều gì xảy ra nếu rôto của động cơ điện không đồng bộ quay? Liệu nó có thể tạo ra điện không và làm thế nào để tạo ra một máy phát điện từ động cơ không đồng bộ?
Hóa ra điều này là có thể. Để xuất hiện điện áp trên cuộn dây stato, ban đầu cần tạo ra một từ trường quay. Nó xuất hiện do từ hóa dư của rôto của máy điện. Sau đó, khi dòng điện tải xuất hiện, cường độ từ trường rôto đạt giá trị yêu cầu và ổn định.
Để tạo thuận lợi cho việc xuất hiện điện áp ở đầu ra, người ta sử dụng một dãy tụ điện nối với stato. máy phát điện đồng bộ tại thời điểm khởi động (tụ điện kích thích).

Nhưng đặc tính tham số của động cơ điện không đồng bộ vẫn không thay đổi: độ trượt. Vì điều này mà tần số điện áp ra của máy phát không đồng bộ sẽ thấp hơn tốc độ quay của trục.
Nhân tiện, trục của máy phát không đồng bộ phải được quay với tốc độ sao cho đạt được tốc độ quay định mức của từ trường stato của động cơ điện. Để làm được điều này, bạn cần tìm ra tốc độ quay của trục từ tấm nằm trên vỏ. Bằng cách làm tròn giá trị của nó đến số nguyên gần nhất sẽ thu được tốc độ quay của rôto của động cơ điện được chuyển đổi thành máy phát điện.

Ví dụ, đối với một động cơ điện có tấm như trong ảnh, tốc độ quay của trục là 950 vòng / phút. Điều này có nghĩa là tốc độ quay của trục phải là 1000 vòng/phút.

Tại sao máy phát không đồng bộ lại kém hơn máy đồng bộ?

Nó sẽ tốt như thế nào máy phát điện tự chế từ một động cơ không đồng bộ? Nó sẽ khác với máy phát điện đồng bộ như thế nào?
Để trả lời những câu hỏi này, chúng ta hãy nhớ lại ngắn gọn nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ. Thông qua các vòng trượt, dòng điện một chiều được cung cấp cho cuộn dây rôto, cường độ của dòng điện này có thể điều chỉnh được. Từ trường quay của rôto tạo ra EMF trong cuộn dây stato. Để có được điện áp phát điện yêu cầu hệ thống tự độngđiều chỉnh kích thích sẽ làm thay đổi dòng điện trong rôto. Do điện áp ở đầu ra máy phát được giám sát tự động nên nhờ quá trình điều chỉnh liên tục nên điện áp luôn không thay đổi và không phụ thuộc vào dòng tải.
Để khởi động và vận hành máy phát đồng bộ, nguồn điện độc lập (ắc quy) được sử dụng. Do đó, việc bắt đầu hoạt động của nó không phụ thuộc vào sự xuất hiện của dòng tải ở đầu ra hoặc việc đạt được tốc độ quay cần thiết. Chỉ có tần số của điện áp đầu ra phụ thuộc vào tốc độ quay.
Nhưng ngay cả khi nhận được dòng điện kích thích từ điện áp máy phát, mọi điều nói trên vẫn đúng.
Máy phát điện đồng bộ còn có một tính năng nữa: nó có khả năng tạo ra không chỉ công suất tác dụng mà còn cả công suất phản kháng. Điều này rất quan trọng khi cấp nguồn cho động cơ điện, máy biến áp và các thiết bị khác tiêu thụ nó. Việc thiếu công suất phản kháng trong mạng dẫn đến sự gia tăng tổn thất nhiệt của dây dẫn và cuộn dây của máy điện, đồng thời làm giảm mức điện áp giữa các hộ tiêu thụ so với giá trị được tạo ra.
Để kích thích một máy phát không đồng bộ, từ hóa dư của rôto của nó được sử dụng, bản thân nó là một đại lượng ngẫu nhiên. Không thể điều chỉnh các thông số ảnh hưởng đến giá trị điện áp đầu ra của nó trong quá trình hoạt động.

Ngoài ra, máy phát điện không đồng bộ không phát điện mà tiêu thụ công suất phản kháng. Anh ta cần phải tạo ra dòng điện kích thích trong rôto. Chúng ta hãy nhớ về kích thích tụ điện: bằng cách kết nối một dãy tụ điện khi khởi động, công suất phản kháng cần thiết để máy phát bắt đầu hoạt động sẽ được tạo ra.
Kết quả là điện áp đầu ra của máy phát không đồng bộ không ổn định và thay đổi tùy theo tính chất của phụ tải. Khi kết nối với nó số lượng lớn người tiêu dùng công suất phản kháng, cuộn dây stato có thể quá nóng, điều này sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của lớp cách điện.
Vì vậy, việc sử dụng máy phát điện không đồng bộ bị hạn chế. Nó có thể hoạt động trong các điều kiện gần giống với “nhà kính”: không quá tải, không có dòng tải khởi động hoặc tiêu thụ mạnh thuốc thử. Đồng thời, các máy thu điện được kết nối với nó không gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến những thay đổi về cường độ và tần số của điện áp cung cấp.
Nơi lý tưởngđối với việc sử dụng máy phát điện không đồng bộ là các hệ thống năng lượng thay thế được cung cấp bởi năng lượng nước hoặc gió. Trong các thiết bị này, máy phát điện không cung cấp trực tiếp cho người tiêu dùng mà sạc pin. Từ cô ấy rồi, qua bộ chuyển đổi dòng điện một chiều trong biến, tải được cấp nguồn.
Vì vậy, nếu bạn cần lắp ráp một cối xay gió hoặc một nhà máy thủy điện nhỏ thì giải pháp tốt nhất là sử dụng máy phát điện không đồng bộ. Ưu điểm chính và duy nhất của nó hoạt động ở đây - sự đơn giản trong thiết kế. Việc không có vòng trên rôto và thiết bị chổi than có nghĩa là trong quá trình vận hành không cần phải bảo dưỡng liên tục: làm sạch các vòng, thay chổi, loại bỏ bụi than chì bám trên chúng. Rốt cuộc, để tự tay bạn chế tạo máy phát điện gió từ động cơ không đồng bộ, trục máy phát điện phải được kết nối trực tiếp với các cánh cối xay gió. Điều này có nghĩa là cấu trúc sẽ được đặt trên độ cao. Thật là rắc rối để loại bỏ nó từ đó.

Máy phát điện từ

Tại sao cần tạo ra từ trường bằng dòng điện? Rốt cuộc, có những nguồn mạnh mẽ của nó - nam châm neodymium.
Để chuyển đổi một động cơ không đồng bộ thành máy phát điện, bạn sẽ cần nam châm neodymium hình trụ, sẽ được lắp đặt thay cho dây dẫn tiêu chuẩn của cuộn dây rôto. Đầu tiên bạn cần đếm khối lượng bắt buộc nam châm. Để thực hiện việc này, hãy tháo rôto ra khỏi động cơ đang được chuyển đổi thành máy phát điện. Nó thể hiện rõ ràng những chỗ đặt cuộn dây của “bánh xe sóc”. Kích thước (đường kính) của nam châm được chọn sao cho khi lắp đặt chính xác vào tâm dây dẫn của cuộn dây ngắn mạch, chúng không tiếp xúc với nam châm của hàng tiếp theo. Giữa các hàng phải có khoảng cách không nhỏ hơn đường kính của nam châm được sử dụng.
Sau khi quyết định đường kính, hãy tính xem có bao nhiêu nam châm sẽ lắp dọc theo chiều dài của dây dẫn cuộn dây từ mép này sang mép kia của rôto. Giữa chúng có một khoảng cách ít nhất một đến hai mm. Bằng cách nhân số lượng nam châm trong một hàng với số hàng (dây dẫn của cuộn dây rôto) sẽ thu được số lượng cần thiết. Chiều cao của nam châm không được lớn lắm.
Để lắp nam châm vào rôto của động cơ điện không đồng bộ sẽ cần phải sửa đổi: loại bỏ một lớp kim loại trên máy tiện đến độ sâu tương ứng với chiều cao của nam châm. Trong trường hợp này, rôto phải được căn giữa cẩn thận trong máy để không làm mất cân bằng của nó. Nếu không, nó sẽ có sự dịch chuyển khối tâm, dẫn đến hiện tượng đập khi vận hành.

Sau đó, họ bắt đầu lắp nam châm lên bề mặt rôto. Keo được sử dụng để cố định. Bất kỳ nam châm nào cũng có hai cực, thường được gọi là bắc và nam. Trong một hàng, các cực nằm cách xa rôto phải giống nhau. Để tránh những sai sót trong quá trình lắp đặt, trước tiên các nam châm được liên kết với nhau thành một vòng hoa. Chúng sẽ dính vào nhau theo một cách xác định chặt chẽ, vì chúng chỉ bị thu hút bởi các cực đối diện. Bây giờ tất cả những gì còn lại là đánh dấu các cực cùng tên bằng bút đánh dấu.
Ở mỗi hàng tiếp theo, cột nằm bên ngoài thay đổi. Nghĩa là, nếu bạn bố trí một hàng nam châm có cực được đánh dấu bằng điểm đánh dấu nằm hướng ra ngoài tính từ rôto, thì hàng tiếp theo được bố trí với các nam châm quay ngược lại. Và như thế.
Sau khi dán các nam châm, chúng cần được cố định bằng nhựa epoxy... Để làm được điều này, một mẫu được tạo xung quanh cấu trúc thu được từ bìa cứng hoặc giấy dày để đổ nhựa vào. Giấy được quấn quanh rôto và phủ băng dính hoặc băng dính. Một trong những phần cuối được phủ bằng nhựa hoặc cũng bịt kín. Sau đó, rôto được lắp theo chiều dọc và đổ vào khoang giữa giấy và kim loại. nhựa epoxy. Sau khi nó cứng lại, các thiết bị được gỡ bỏ.
Bây giờ chúng ta kẹp rôto lại máy tiện, căn giữa và chà nhám bề mặt chứa đầy epoxy. Điều này không cần thiết vì lý do thẩm mỹ nhưng để giảm thiểu tác động của sự mất cân bằng có thể xảy ra do các bộ phận bổ sung được lắp đặt trên rôto.
Việc chà nhám được thực hiện đầu tiên bằng giấy nhám thô. Nó được gắn vào khối gỗ, sau đó được di chuyển đều dọc theo bề mặt quay. Sau đó bạn có thể áp dụng giấy nhám với hạt mịn hơn.

Để tự chế tạo một máy phát điện gió có công suất lên tới 1 kW, không cần phải mua thiết bị đặc biệt. Vấn đề này có thể được giải quyết dễ dàng nếu bạn có động cơ không đồng bộ. Hơn nữa, công suất được chỉ định sẽ khá đủ để tạo điều kiện cho hoạt động của từng cá nhân. thiết bị gia dụng và kết nối chiếu sáng đường phố trong khu vườn ở nhà gỗ.

Nếu bạn tự tay làm một chiếc cối xay gió thì bạn sẽ có một nguồn năng lượng miễn phí mà bạn có thể sử dụng theo ý mình. Bất kì chủ nhà có thể độc lập sản xuất một máy phát điện gió dựa trên động cơ không đồng bộ.

Máy phát điện bao gồm những gì?

Tổ máy phát điện sẽ phát điện bao gồm các bộ phận chính sau:

Nguyên tắc hoạt động

Vận hành tuabin gió tự chế được thực hiện bằng cách tương tự với máy phát điện gióđược sử dụng trong công nghiệp. Mục đích chính là tạo ra điện áp xoay chiều, trong đó động năng được chuyển thành năng lượng điện. Gió dẫn động một bánh xe gió kiểu rôto, do đó năng lượng thu được sẽ truyền từ nó đến máy phát điện. Hơn nữa, vai trò sau thường được thực hiện bởi một động cơ không đồng bộ.

Do dòng điện do máy phát tạo ra, pin sau sẽ đi vào pin, được trang bị mô-đun và bộ điều khiển sạc. Từ đó nó được gửi đến một bộ biến tần DC, nguồn của nó là lưới điện. Kết quả là có thể tạo ra điện áp xoay chiều, đặc tính của nó phù hợp để sử dụng cho mục đích sinh hoạt (220 V 50 Hz).

Bộ điều khiển được sử dụng để chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC. Với sự trợ giúp của nó, pin đã được sạc. Trong một số trường hợp, bộ biến tần có khả năng thực hiện các chức năng của nguồn cung cấp điện liên tục. Nói cách khác, trong trường hợp nguồn điện có vấn đề, họ có thể sử dụng pin hoặc máy phát điện làm nguồn điện cho các thiết bị gia dụng.

Vật liệu và dụng cụ

Để chế tạo máy phát điện gió, chỉ cần có một động cơ không đồng bộ là đủ, điều này sẽ phải được làm lại. Đồng thời, bạn sẽ phải dự trữ một số tài liệu:

Đặc điểm và lắp đặt máy phát điện

Máy phát điện có các đặc điểm sau:

Tính năng cài đặt

Thông thường, việc tự lắp đặt máy phát điện được thực hiện bằng bánh xe gió ba cánh, có đường kính khoảng 2 m, quyết định tăng số lượng cánh hoặc chiều dài của chúng không dẫn đến cải thiện hiệu suất. Bất kể tùy chọn đã chọn liên quan đến cấu hình, kích thước và hình dạng của các cánh, trước tiên phải thực hiện các tính toán sơ bộ.

Trong lúc tự cài đặt bạn cần chú ý đến một thông số như tình trạng của đất ở khu vực sẽ đặt dây đỡ và dây giằng. Cột buồm được lắp đặt bằng cách đào hố sâu không quá 0,5 m, phải lấp bằng vữa bê tông.

Kết nối mạng được thực hiện theo một trình tự được xác định chặt chẽ: pin được kết nối đầu tiên, tiếp theo là máy phát điện gió.

Chuyển động quay của máy phát điện gió có thể được thực hiện theo mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng. Trong trường hợp này, sự lựa chọn thường được thực hiện trên mặt phẳng thẳng đứng, có liên quan đến thiết kế kết cấu. Cho phép sử dụng mô hình Darrieus và Savonius làm rôto.

Thiết kế lắp đặt phải sử dụng miếng đệm kín hoặc nắp. Nhờ giải pháp này, độ ẩm sẽ không gây hại cho máy phát điện.

Vị trí của cột và giá đỡ phải được chọn nơi rộng mở. Chiều cao phù hợp cho cột buồm là 15 m, trong trường hợp này cột buồm được sử dụng rộng rãi nhất, có chiều cao không vượt quá 5 - 7 m.

Sẽ tối ưu nhất nếu một máy phát điện gió tự chế có chức năng làm nguồn điện dự phòng.

Những hệ thống lắp đặt này có những hạn chế trong việc sử dụng vì chúng chỉ có thể hoạt động ở những vùng có tốc độ gió đạt khoảng 7-8 m/s.

Trước khi bạn bắt đầu tạo một cối xay gió bằng tay của chính mình, hãy làm tính toán chính xác. Trong một số trường hợp, khó khăn nảy sinh khi xử lý các bộ phận động cơ không đồng bộ;

Không thể tạo ra cối xay gió nếu không có các mô-đun điện cũng như một loạt thí nghiệm.

Làm thế nào để tạo một máy phát điện không đồng bộ bằng tay của chính bạn?

Mặc dù, luôn luôn bạn có thể mua một máy phát điện không đồng bộ làm sẵn, bạn có thể đi theo con đường khác và tiết kiệm tiền bằng cách tự làm. Sẽ không có khó khăn ở đây. Điều duy nhất bạn cần làm là chuẩn bị những dụng cụ cần thiết.

1. Một trong những tính năng của máy phát điện là nó sẽ quay với tốc độ cao hơn, chứ không phải là động cơ. Điều này có thể đạt được theo cách sau. Sau khi khởi động, bạn cần tìm hiểu tốc độ quay của động cơ. Máy đo tốc độ hoặc máy đo tốc độ sẽ giúp chúng ta giải quyết vấn đề này.
2. Sau khi xác định tham số trên, nên thêm 10% vào giá trị. Ví dụ, nếu mô-men xoắn của nó là 1200 vòng/phút, thì đối với máy phát điện, nó sẽ là 1320 vòng/phút.
3. Để chế tạo một máy phát điện dựa trên động cơ không đồng bộ, bạn sẽ cần tìm thùng chứa phù hợp cho tụ điện. Hơn nữa, cần nhớ rằng mọi thứ tụ điện không nên khác nhau về pha của chúng từ nhau.
4. Nên sử dụng thùng chứa cỡ trung bình. Nếu nó quá lớn, nó sẽ dẫn đến làm nóng động cơ không đồng bộ.
5. Để lắp ráp nên sử dụng tụ điện, có thể đảm bảo tốc độ quay mong muốn. Việc cài đặt của họ phải được thực hiện rất nghiêm túc. Nên bảo vệ chúng bằng vật liệu cách điện đặc biệt.

Đây là tất cả các thao tác phải được thực hiện khi lắp đặt máy phát điện chạy bằng động cơ. Sau đó, bạn có thể tiến hành cài đặt nó. Xin lưu ý rằng nếu bạn sử dụng thiết bị được trang bị rôto lồng sóc, bạn sẽ nhận được dòng điện cao áp. Vì lý do này, để đạt được giá trị 220 V, bạn sẽ cần một máy biến áp giảm áp.

Trong kỹ thuật điện, có cái gọi là nguyên lý thuận nghịch: bất kỳ thiết bị nào chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học cũng có thể làm được làm việc ngược lại. Nó dựa trên nguyên lý hoạt động của máy phát điện, sự quay của rôto gây ra sự xuất hiện của dòng điện trong cuộn dây stato.

Về mặt lý thuyết, có thể chuyển đổi và sử dụng bất kỳ động cơ không đồng bộ nào làm máy phát điện, nhưng để làm được điều này trước tiên bạn phải hiểu nguyên lý vật lý và thứ hai là tạo điều kiện đảm bảo cho sự chuyển dịch này.

Từ trường quay là cơ sở của mạch máy phát được làm từ động cơ không đồng bộ

Trong một máy điện, ban đầu được tạo ra như một máy phát điện, có hai cuộn dây hoạt động: cuộn dây kích thích nằm trên phần ứng và cuộn dây stato trong đó xuất hiện dòng điện. Nguyên lý hoạt động của nó là dựa trên tác dụng cảm ứng điện từ: Từ trường quay tạo ra dòng điện trong cuộn dây chịu tác dụng của nó.

Từ trường phát sinh trong cuộn dây phần ứng từ điện áp thường được cung cấp và chuyển động quay của nó được cung cấp bởi bất kỳ thiết bị vật lý nào, thậm chí cả sức mạnh cơ bắp của cá nhân bạn.

Thiết kế của động cơ điện có rôto lồng sóc (chiếm 90% tổng số máy điện điều hành) không cung cấp khả năng cung cấp điện áp cho cuộn dây phần ứng. Do đó, cho dù bạn có quay trục động cơ đến mức nào thì cũng không có dòng điện nào xuất hiện ở các đầu nối nguồn của nó.
Những người muốn biến nó thành máy phát điện phải tự mình tạo ra một từ trường quay.

Chúng tôi tạo điều kiện tiên quyết cho việc làm lại

Động cơ hoạt động bằng dòng điện xoay chiều gọi là động cơ không đồng bộ. Điều này là do từ trường quay của stato hơi nhanh hơn tốc độ quay của rôto; nó dường như kéo nó theo.

Sử dụng nguyên lý thuận nghịch tương tự, chúng ta đi đến kết luận rằng để bắt đầu tạo ra dòng điện, từ trường quay của stato phải tụt lại phía sau rôto hoặc thậm chí theo hướng ngược lại. Có hai cách để tạo ra từ trường quay chậm hơn hoặc ngược chiều với chuyển động quay của rôto.

Làm chậm nó lại với tải phản ứng. Để làm được điều này, chẳng hạn, cần phải đưa một dàn tụ điện cực mạnh vào mạch điện của động cơ điện hoạt động ở chế độ bình thường (không phát điện). Nó có khả năng tích lũy thành phần phản kháng của dòng điện - năng lượng từ. Bất động sản này ở Gần đâyđược sử dụng rộng rãi bởi những người muốn tiết kiệm kilowatt giờ.