В электротехнике существует так называемый принцип обратимости: любое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую, может делать и обратную работу. На нем основан принцип действия электрических генераторов, вращение роторов которых вызывает появление электрического тока в обмотках статора.
Теоретически можно переделать и использовать любой асинхронный двигатель в качестве генератора, но для этого надо, во-первых, понять физический принцип, а во-вторых, создать условия, обеспечивающие это превращение.
Вращающееся магнитное поле – основа схемы генератора из асинхронного двигателя
В электрической машине, изначально создающейся как генератор, существуют две активные обмотки: возбуждения, размещенная на якоре, и статорная, в которой и возникает электрический ток. Принцип её работы основан на эффекте электромагнитной индукции: вращающееся магнитное поле порождает в обмотке, которая находится под его воздействием, электрический ток.
Магнитное поле возникает в обмотке якоря от напряжения, обычно подаваемого с аккумулятора, ну а его вращение обеспечивает любое физическое устройство, хотя бы и ваша личная мускульная сила.
Конструкция электродвигателя с короткозамкнутым ротором (это 90 процентов всех исполнительных электрических машин) не предусматривает возможности подачи питающего напряжения на обмотку якоря.
[attention type=yellow]Поэтому, сколько бы вы ни вращали вал двигателя, на его питающих клеммах электрического тока не возникнет.
[/attention]Тем, кто хочет заняться переделкой асинхронного двигателя в генератор, надо создавать вращающееся магнитное поле самостоятельно.
Создаем предусловия для переделки
Используя тот же принцип обратимости, приходим к выводу, что для начала генерации электрического тока вращающееся магнитное поле статора должно отставать от ротора или даже быть противоположным по направлению. Создать вращающееся магнитное поле, которое отстает от вращения ротора или противоположно ему, можно двумя способами.
Затормозить его реактивной нагрузкой. Для этого в цепь питания электродвигателя, работающего в обычном режиме (не генерации), надо включить, например, мощную конденсаторную батарею. Она способна накапливать реактивную составляющую электрического тока – магнитную энергию. Этим свойством в последнее время широко пользуются те, кто хочет сэкономить киловатт-часы.
[attention type=red]Если быть точным, то фактической экономии электроэнергии не происходит, просто потребитель немного обманывает электросчетчик на законной основе.
[/attention]Накопленный конденсаторной батареей заряд находится в противофазе с тем, что создается питающим напряжением и «подтормаживает» его.
В результате электродвигатель начинает генерировать ток и отдавать его обратно в сеть.
[blockquote_gray]
Использование высокомощных моторов в домашних условиях при наличии исключительно однофазной сети требует определенных знаний в том, как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220в.
Для одновременного подключения потребителей электроэнергии к трех фазам служит специальное электромеханическое устройство — магнитный пускатель, об особенностях правильной установки которых можно прочитать здесь.[/blockquote_gray]
На практике этот эффект применяется в транспорте на электрической тяге. Как только электровоз, трамвай или троллейбус идут под уклон, к цепи питания тягового электродвигателя подключается конденсаторная батарея и происходит отдача электрической энергии в сеть (не верьте тем, кто утверждает, что электротранспорт дорог, он почти на 25 процентов обеспечивает энергией сам себя).
[attention type=green]Такой способ получения электрической энергии не есть чистая генерация. Чтобы перевести работу асинхронного двигателя в режим генератора, надо использовать метод самовозбуждения.[/attention]
Самовозбуждение асинхронного двигателя и переход его в режим генерации может возникнуть из-за наличия в якоре (роторе) остаточного магнитного поля. Оно очень мало, но способно породить ЭДС, заряжающее конденсатор. После возникновения эффекта самовозбуждения конденсаторная батарея подпитывается от произведенного электрического тока и процесс генерации становится непрерывным.
Секреты изготовления генератора из асинхронного двигателя
Чтобы превратить электромотор в генератор надо использовать неполярные конденсаторные батареи. Электролитические конденсаторы для этого не годятся. В трехфазных двигателях конденсаторы включаются звездой или треугольником. Соединение «звездой» позволяет начать генерацию на меньших оборотах ротора, но величина напряжения на выходе будет несколько ниже, чем при соединении «треугольником».
Также можно сделать генератор из однофазного асинхронного двигателя. Но для этого годятся лишь те, которые имеют короткозамкнутый ротор, а для запуска используют фазосдвигающий конденсатор. Коллекторные однофазные двигатели для переделки в генератор не годятся.
Рассчитать в бытовых условиях величину потребной емкости конденсаторной батареи не представляется возможным.
[attention type=yellow]Поэтому домашний мастер должен исходить из простого соображения: общий вес конденсаторной батареи должен быть равен или немного превышать вес самого электродвигателя.
[/attention]На практике это приводит к тому, что создать достаточно мощный асинхронный генератор почти невозможно, поскольку чем меньше номинальные обороты двигателя, тем он больше весит.
Оцениваем уровень эффективности — выгодно ли это?
Как видите, заставить электродвигатель генерировать ток можно не только в теоретических измышлениях. Теперь надо разобраться, насколько оправданы усилия по «изменению пола» электрической машины.
Во многих теоретических изданиях главным преимуществом асинхронных генераторов представляют их простоту. Честно говоря, это лукавство. Устройство двигателя ничуть не проще устройства синхронного генератора. Конечно, в асинхронном генераторе нет электрической цепи возбуждения, но она заменена на конденсаторную батарею, которая сама по себе является сложным техническим устройством.
Зато конденсаторы не надо обслуживать, а энергию они получают как бы даром – сначала от остаточного магнитного поля ротора, а потом – от вырабатываемого электрического тока.
Вот в этом и есть главный, да и практически единственный плюс асинхронных генераторных машин – их можно не обслуживать.
[attention type=green]Такие источники электрической энергии применяются в домашних автономных электростанциях, приводимых в действие силой ветра или падающей воды.[/attention]
Еще одним преимуществом таких электрических машин является то, что генерируемый ими ток почти лишен высших гармоник. Этот эффект называется «клирфактор». Для людей далеких от теории электротехники его можно объяснить так: чем ниже клирфактор, тем меньше тратится электроэнергии на бесполезный нагрев, магнитные поля и прочее электротехническое «безобразие».
У генераторов из трехфазного асинхронного двигателя клирфактор обычно находится в пределах 2%, когда традиционные синхронные машины выдают минимум 15. Однако учет клирфактора в бытовых условиях, когда к сети подключены разные типы электроприборов (стиральные машины имеют большую индуктивную нагрузку), практически невозможен.
Кроме того, такие электрические машины очень чувствительны к перепадам нагрузки. Если в традиционных генераторах для возбуждения используется аккумулятор, имеющий большой запас электрической мощности, то конденсаторная батарея сама забирает из вырабатываемого тока часть энергии.
Если нагрузка на самодельный генератор из асинхронного двигателя превышает номинал, то ей не хватит электричества для подзарядки и генерация прекратится. Иногда используют емкостные батареи, объем которых динамически меняется в зависимости от величины нагрузки. [attention type=red]Однако при этом полностью теряется преимущество «простоты схемы».[/attention]
Нестабильность частоты вырабатываемого тока, изменения которой почти всегда носят случайный характер, не поддаются научному объяснению, а потому не могут быть учтены и компенсированы, предопределило малую распространенность асинхронных генераторов в быту и народном хозяйстве.
Функционирование асинхронного двигателя как генератора на видео
Перевод асинхронной машины в генераторный режим | Асинхронные тяговые двигатели
Подробности Категория: Подвижной состав
Асинхронная машина способна перейти в генераторный режим при выполнении двух условий: 1) частота вращения ротора fвр должна быть выше частоты вращающегося магнитного поля статора f2, при этом абсолютное скольжение ротора f2= f1 — fвр — отрицательная величина; 2) должно быть обеспечено поступление в обмотки статора реактивной составляющей тока, необходимой для создания магнитного потока. Первое условие обычно выполняется с помощью автоматического регулятора частоты, который измеряет частоту вращения ротора fвр и осуществляет регулирование частоты статора в соотношении f2 = fвр ± f2уст, причем в режиме тяги регулятор суммирует заданную уставку абсолютного скольжения f2уст с частотой fвр. При переводе машины из тягового в тормозной режим регулятор частоты f2 необходимо перевести из режима суммирования значений fвр и f2уcт в режим вычитания. Выполнение второго условия зависит от конкретного варианта питающей сети и схемы преобразователя. В дальнейшем будем считать, что перевод асинхронной машины в генераторный режим производится только при наличии напряжения в контактной сети, поскольку по требованиям безопасности в случае исчезновения питающего напряжения машинист должен остановить поезд пневматическим тормозом. Поэтому не рассматриваем способы реализации реостатного торможения асинхронной машины при отсутствии питающего напряжения. Электроснабжение электрифицированных железных дорог имеет высокую степень резервирования, и перерывы питания наблюдаются весьма редко. В этой связи следует отметить, что на электровозах Е-120 производства ФРГ система независимого от сетевого напряжения резисторного торможения была демонтирована, так как опыт эксплуатации показал, что случаи перерыва питания крайне редки и достаточно иметь на электровозе только систему рекуперативного торможения. Вначале рассмотрим процесс перевода тяговой асинхронной машины в генераторный режим при использовании в преобразователе автономного инвертора тока. При этом важно иметь в виду, что если заданное абсолютное скольжение fауст уменьшить до нуля, то на выходе регулятора частоты получим f1= fвр, т. е. асинхронная машина будет работать в режиме синхронной скорости. Если при этом на статор подано напряжение, то по его обмоткам протекает только намагничивающий ток, а момент машины равен нулю, т. е. условие f2уст = 0 соответствует режиму выбега локомотива. Согласно принципу работы АИТ направление входного тока Id остается неизменным в двигательном и генераторном режимах асинхронной машины. Поэтому перед торможением следует вначале с помощью регулятора частоты перевести машину в режим синхронной скорости при f2густ = 0. При этом на инвертор должно быть подано напряжение Ud, полярность которого является для инвертора прямой, т. е. соответствующей тяговому режиму асинхронной машины. Напряжение Ud при этом незначительно, поскольку ток Id должен быть равен намагничивающему току, т. е. составлять примерно 30% номинального тока статора. При таких условиях асинхронная машина находится в режиме холостого хода и имеет магнитный поток, близкий к номинальному. Перевод машины в генераторный режим заканчивается увеличением абсолютного скольжения до заданного значения f1уст с одновременным изменением полярности напряжения Ud на обратную (соответствующую генераторному режиму). Напряжение Ud должно быть затем увеличено для достижения заданного тока Id. Последняя операция, т. е. изменение полярности напряжения Ud и регулирование его значения, наиболее просто может быть выполнена при питании АИТ через управляемый выпрямитель от сети переменного тока. В этом случае выпрямитель УВ (рис. 9.9, а) путем изменения угла отпирания тиристоров переводится из режима выпрямления в режим ведомого сетью инвертора ВСИ.
При питании от сети постоянного тока для изменения полярности напряжения Ud на входе инвертора требуются более сложные схемотехнические решения. В качестве примера на рис. 9.9, б представлена схема, реализованная фирмой Siemens на вагонах метрополитена.
Рис. 9.10. Принципиальная схема ЛИН и диаграммы его напряжения и токов в режимах тяги (а), холостого хода (б) и торможения (в) 
Рис. 9.12. Осциллограммы процесса входа асинхронного тягового двигателя в режим рекуперативного торможения (а) и кривой фазного тока двигателя при подключении к входу инвертора источника переменного напряжения (б)
При этом ведомый сетью инвертор из режима прерывистых токов плавно переходит в режим непрерывного тока, о чем свидетельствуют кривые напряжения u/вси и тока вторичной обмотки трансформатора iτρ.
Таким образом, экспериментально подтверждено, что и в случае подачи на фильтровый конденсатор переменного напряжения с частотой принадлежащей согласно уравнениям (9.23) области самовозбуждения, неконтролируемый переход асинхронных тяговых двигателей в генераторный режим не имеет места.
Следовательно, при питании от АИН входной индуктивно-емкостный фильтр не создает условий для самовозбуждения и неконтролируемого перехода двигателя в тормозной режим. Перевод асинхронной машины в генераторный режим возможен только при изменении знака абсолютного скольжения в регуляторе частоты.
Результаты данных исследований также подтвердили, что фильтровый конденсатор Сф, установленный на входе АИН, благодаря преобразованию частот в инверторе не способен осуществить самовозбуждение асинхронной машины при переводе ее в режим электрического торможения без подачи напряжения в прямом для основных тиристоров направлении.
При реализации электрического торможения тяговой асинхронной машины определенные преимущества дает автономный инвертор напряжения, в цепях обратного тока которого вместо диодов используются тиристоры.
Как указывалось в главе 9, такой режим целесообразно использовать для торможения поезда на спусках с постоянной скоростью. Кроме того, в схеме должен присутствовать реверсивный переключатель РП, который воздействует на систему управления преобразователем СУ и производит реверсирование асинхронной машины путем изменения чередования импульсов управления тиристорами двух фаз инвертора.
Работа асинхронного двигателя в генераторном режиме
В промышленном производстве и в быту широкое применение получили трехфазные асинхронные двигатели. Они отличаются простотой конструкции, надежностью в работе и высокими эксплуатационными качествами. Одним из преимуществ данных устройств, является работа асинхронного двигателя в генераторном режиме.
Устройство асинхронного двигателя
В зависимости от конструкции, все асинхронные двигатели могут иметь короткозамкнутый или фазный ротор. В первом случае, основными составными частями двигателя являются статор, в виде неподвижной части и ротор, который вращается вокруг вала, установленного в подшипники.
Их сердечники включают в себя листы электротехнической стали, изолированные между собой. Обмотка ротора коротко замыкается с помощью перемычек в виде колец, из-за чего и получил свое наименование данный тип двигателей. 
Фазный ротор отличается от первого варианта обмоткой, укладываемой в его пазах. Этот тип обмотки выполняется так же, как и на статоре. Ее концы соединяются с контактными кольцами, закрепленными на валу. По этим кольцам происходит скольжение щеток, соединяющих обмотку и реостат регулировки или пуска. Устройства с фазным ротором, более дорогие и требуют квалифицированного обслуживания. Поэтому, они применяются намного реже, по сравнению с обычными конструкциями электродвигателей.
Генераторный режим асинхронных двигателей
Основной функцией автономных трехфазных асинхронных генераторов, является преобразование механической энергии, поступающей от первоначального двигателя, в электричество. Благодаря своим преимуществам, работа асинхронного двигателя в генераторном режиме имеет большое значение при выработке электроэнергии в определенных условиях.
В сравнении с другими типами генераторов, здесь отсутствует коллекторно-щеточный механизм, из-за чего, устройство может работать более надежно и долговечно.
Для асинхронного двигателя, отключенного от сети, используются различные первичные двигатели, обеспечивающие вращение. В данном случае, в действие вступает принцип обратимости, наблюдаемый в электрических машинах.
Когда частота вращения становится синхронной, то остаточное магнитное поле, воздействуя на зажимы обмотки статора, образует определенную электродвижущую силу.
Двигатель постоянного тока
При подключении к зажимам обмотки батареи конденсаторов, начнется протекание емкостного опережающего тока. Благодаря влиянию конденсаторов, генератор самовозбуждается.
В результате, происходит установка симметричной трехфазной системы напряжений во всех обмотках статора. Значение получаемого напряжения находится в зависимости от емкости каждого конденсатора и технических параметров машины.
Таким образом, происходит превращение асинхронного электродвигателя в асинхронный генератор.
Асинхронный двигатель в режиме генератора
Режимы работы асинхронных двигателей
Лекция №19 Скольжение. Пуск асинхронных двигателей
Скольжение
Отличительным признаком асинхронного двигателя является всегда существующая положительная разность, n1 – n2> 0. Ротор никогда не может достигнуть частоты вращения магнитного поля n1, так как при равенстве n1= n2 исчезнут электромагнитные силы, приводящие его в движение.
- Разность частот вращения магнитного поля и ротора
- n1 – n2 = ns
- называют частотой скольжения. Аналогичная разность скоростей
- Ω1 – Ω2 = Ωs
- Называется скоростью скольжения.
- Отношение частоты скольжения к частоте вращения поля n1 обозначают sи называют скольжением:
Очевидно, что в первый момент пуска двигателя s = 1. Асинхронные двигатели проектируют так, что на холостом ходу sх = 0,001 ÷ 0,005, а при номинальной нагрузке sном = 0,05.
В установившемся режиме ns, Ωs и s – постоянные. Это означает, что вращающий момент двигателя М уравновешивает противодействующий момент Мпр.
Если по каким – либо причинам противодействующий момент увеличится, то ротор начнет тормозиться, т. е. скорость вращения Ω2 будет падать, а скорость его скольжения – увеличиваться. Но последнее вызовет изменение ряда взаимно связанных величин. Увеличатся Э.Д.С.
e2и токи I2в проводниках обмотки ротора, электромагнитные силы Fэм2 и вращающий момент М.
Когда вращающий момент М станет равным противодействующему Мпр, изменения прекратятся. Двигатель возвратится в установившейся режим. Но скорость вращения ротора Ω2 теперь меньше.
В случае уменьшения противодействующего момента произойдут аналогичные, но противоположно направленные физические процессы. Это означает, что асинхронный двигатель обладает свойством автоматического изменения вращающего момента, т. е. свойством саморегулирования.
Режимы работы асинхронных двигателей
Двигательный режим: 
При n 1
Этот режим применяют кратковременно, так как при нём в роторе выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может вывести его из строя.
Для более мягкого торможения может применяться генераторный режим, но он эффективен только при оборотах, близких к номинальным.
Мн – номинальный момент; Мп – пусковой момент; Мmax – критический момент
Из анализа графика механической характеристики также следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях, меньших критического (s < sкр), т. Дело в том, что именно на этом участке изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электромагнитного момента.
Асинхронный электродвигатель в качестве генератора
Рисунок 1. Трехфазная асинхронная электрическая машина Асинхронные электродвигатели были разработаны еще в конце 19-го века М. О. Доливо-Добровольским и с тех пор не претерпели каких-либо действительно значительных изменений.
Тем не менее именно такие электрические машины, особенно их модификации с короткозамкнутым ротором, получили наибольшее распространение практически во всех отраслях человеческой деятельности, что объясняется их универсальностью, надежностью и на порядок более низкой ценой в сравнении с двигателями постоянного тока.
С учетом приведенных выше качеств выглядит вполне логичным преимущественное использование именно асинхронных электродвигателей в качестве генераторов. Причем по сугубо экономическим соображениям это делается не только тогда, когда необходимо получить переменный, но и постоянный ток.
Генератор 380 В на базе трехфазной асинхронной электрической машины
Рисунок 2. Стандартная схема подключения асинхронного электродвигателя в качестве генератора Трехфазный генератор 380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока получают путем отключения питающей сети и подсоединения его рабочего вала к валу механического двигателя.
Такая конфигурация благодаря принципу обратимости электрических машин позволяет при достижении синхронной частоты вращения снять с зажимов статорной обмотки некоторую ЭДС, генерируемую остаточным магнитным полем.
Если при этом к зажимам статорной обмотки подключить конденсаторную батарею, то в соответствующих обмотках потечет емкостной ток, выполняющий в данном случае роль намагничивающего фактора.
Критическим параметром всей установки является емкость конденсаторной батареи, которая должна превышать некоторое пороговое значение С0 — только при выполнении данного условия возможно самовозбуждение генератора и установление на обмотках его статора симметричной трехфазной системы напряжений.
Нетрудно догадаться, что конденсаторная батарея, точнее — ее емкость, играющая ключевую роль во всей схеме, является самым уязвимым местом.
Дело в том, что поддержание заданного напряжения при увеличении нагрузки на генератор, особенно ее реактивной составляющей, для поддержания необходимого напряжения требуется постоянно наращивать емкость конденсаторной батареи путем увеличения подключенных конденсаторов. В цифрах картина выглядит следующим образом:
Стоит отметить, что некоторого смягчения воздействия реактивной составляющей позволяют достигнуть компенсаторы реактивной мощности серий КМ1/КМ2. При желании их аналоги можно изготовить и самостоятельно на основе конденсаторов МБГТ/ МБГП/ МБГО и др. за исключением электролитических.
Однофазный генератор 220 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока
Рисунок 3. Схема подключения однофазного генератора 220 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока Как уже отмечалось выше, трехфазные генераторы используются далеко не только для получения переменного напряжения.
Еще одним распространенным способом использования асинхронного электродвигателя в качестве генератора является подключение, подразумевающее использование конденсаторной батареи в тандеме только с одной обмоткой.
Такой ход позволяет уменьшить емкость конденсаторов и снизить нагрузку на первичный механический двигатель, что, в свою очередь, позволяет сэкономить недешевое природное топливо, однако и вырабатываемая мощность значительно падает.
Экономический эффект наиболее ощутим при частой работе генератора в режиме холостого хода, что особенно актуально для бытового использования.
Емкость используемых в данной схеме конденсаторов напрямую зависит от характера нагрузки: активная нагрузка (СВЧ, освещение помещений, паяльные станции) требует меньшей емкости, индуктивная (телевизоры, холодильники, стиральные машины) — большей.
Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту zakaz@cable.ru с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.
Асинхронный генератор.Генератор из асинхронного двигателя
Асинхронный генератор (АГ) является наиболее распространенной электрической машиной переменного тока, применяемой преимущественно в качестве двигателя.
Только низковольтные АГ (до 500 В питающего напряжения) мощностью от 0,12 до 400 кВт потребляют более 40% всей вырабатываемой в мире электроэнергии, а годовой их выпуск составляет сотни миллионов, покрывая самые разнообразные потребности промышленного и сельскохозяйственного производства, судовых, авиационных и транспортных систем, систем автоматики, военной и специальной техники.[ad#строчный]
Эти двигатели сравнительно просты по конструкции, весьма надежны в эксплуатации, имеют достаточно высокие энергетические показатели и невысокую стоимость. Именно поэтому непрерывно расширяется сфера использования асинхронных двигателей как в новых областях техники, так и взамен более сложных электрических машин различных конструкций.
Например, значительный интерес в последние годы вызывает применение асинхронных двигателей в генераторном режиме для обеспечения питанием как потребителей трехфазного тока, так и потребителей постоянного тока через выпрямительные устройства. В системах автоматического управления, в следящем электроприводе, в вычислительных устройствах широко применяются асинхронные тахогенераторы с короткозамкнутым ротором для преобразования угловой скорости в электрический сигнал.
Применение асинхронного режима генератора
[adsense_id=»1″]
В определенных условиях эксплуатации автономных источников электроэнергии применение асинхронный режим генератора оказывается предпочтительным или даже единственно возможным решением, как, например, в высокоскоростных передвижных электростанциях с безредукторным газотурбинным приводом с частотой вращения п = (9…15)103 об/мин. В работе [82] описан АГ с массивным ферромагнитным ротором мощностью 1500 кВт при п = =12000 об/мин, предназначенный для автономного сварочного комплекса «Север». В данном случае массивный ротор с продольными пазами прямоугольного сечения не содержит обмоток и выполняется из цельной стальной поковки, что дает возможность непосредственного сочленения ротора двигателя в генераторном режиме с газотурбинным приводом при окружной скорости на поверхности ротора до 400 м/с. Для ротора с шихтованным сердечником и к.з. обмоткой типа «беличья клетка» допустимая окружная скорость не превышает 200 — 220 м/с.[ad#строчный]
Другим примером эффективного применения асинхронного двигателя в генераторном режиме является давнее их использование в мини-ГЭС при устойчивом режиме нагрузки.
Асинхронный генератор отличаются простотой эксплуатации и обслуживания, легко включаются на параллельную работу, а форма кривой выходного напряжения у них ближе к синусоидальной, чем у СГ при работе на одну и ту же нагрузку.
Кроме того, масса АГ мощностью 5-100 кВт примерно в 1,3 — 1,5 раза меньше массы СГ такой же мощности и они несут меньший объем обмоточных материалов.
При этом в конструктивном отношении они ничем не отличаются от обычных АД и возможно их серийное производство на электромашиностроительных заводах, выпускающих асинхронные машины.
Недостатки асинхронного режима генератора,асинхронного двигателя(АД)
Один из недостатков АД — это то, что они являются потребителями значительной реактивной мощности (50% и более от полной мощности), необходимой для создания магнитного поля в машине, которая должна поступать из сети при параллельной работе асинхронного двигателя в генераторном режиме с сетью или от другого источника реактивной мощности (батарея конденсаторов (БК) или синхронный компенсатор (СК)) при автономной работе АГ. В последнем случае наиболее эффективно включение батареи конденсаторов в цепь статора параллельно нагрузке хотя в принципе возможно ее включение в цепь ротора. Для улучшения эксплуатационных свойств асинхронного режима генератора в цепь статора дополнительно могут включаться конденсаторы последовательно или параллельно с нагрузкой.
- Во всех случаях автономной работы асинхронного двигателя в генераторном режиме источники реактивной мощности (БК или СК) должны обеспечивать реактивной мощностью как АГ, так и нагрузку, имеющую, как правило, реактивную (индуктивную) составляющую (соsφн < 1, соsφн> 0).
- Масса и размеры конденсаторной батареи или синхронного компенсатора могут превосходить массу асинхронного генератора и только при соsφн =1 (чисто активная нагрузка) размеры СК и масса БК сопоставимы с размером и массой АГ.
- Другой, наиболее сложной проблемой является проблема стабилизации напряжения и частоты автономно работающего АГ, имеющего «мягкую» внешнюю характеристику.
При использовании асинхронного режима генератора в составе автономной ВЭУ эта проблема осложняется еще и нестабильностью частоты вращения ротора. Возможные и применяемые в настоящее время способы регулирования напряжения асинхронном режиме генератора.
При проектировании АГ для ВЭУ оптимизационные расчеты следует вести по максимуму КПД в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузки, а также по минимуму затрат с учетом всей схемы управления и регулирования.
Конструкция генераторов должна учитывать климатические условия работы ВЭУ, постоянно действующие механические усилия на элементы конструкции и особенно — мощные электродинамические и термические воздействия при переходных процессах, которые возникают при пусках, перерывах питания, выпадении из синхронизма, коротких замыканиях и других, а также при значительных порывах ветра.
Устройство асинхронной машины,асинхронного генератора
Устройство асинхронной машины с короткозамкнутым ротором показано на примере двигателя серии АМ (рис. 5.1).
Основными частями АД являются неподвижный статор 10 и вращающийся внутри него ротор , отделенный от статора воздушным зазором.
Для уменьшения вихревых токов сердечники ротора и статора набираются из отдельных листов, отштампованных из электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм.
Листы оксидируются (подвергаются термической обработке), что увеличивает их поверхностное сопротивление.
[adsense_id=»1″]
Сердечник статора встраивается в станину 12, являющуюся внешней частью машины. На внутренней поверхности сердечника имеются пазы, в которых уложена обмотка 14. Статорную обмотку чаще всего делают трехфазной двухслойной из отдельных катушек с укороченным шагом из изолированного медного провода. Начала и концы фаз обмотки выводят на зажимы коробки выводов и обозначают так:
- начала — СС2, С3 ;
- концы — С 4, С5, Сб .
Генераторный режим работы асинхронной машины
Если ротор разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в обмотке ротора и активной составляющей тока ротора, то есть асинхронная машина перейдёт в генераторный режим.
При этом изменит направление и электромагнитный момент, который станет тормозным. В генераторном режиме работы скольжение.
Генераторный режим асинхронного двигателя используется довольно часто в механизмах с активным моментом: в таком режиме могут работать двигатели эскалаторов метро (при движении вниз), опускании груза в подъёмных кранах, в генераторном режиме также работают двигатели лифтов, в зависимости от соотношения веса в кабине и в противовесе; при этом сочетаются необходимый по технологии режим торможения механизма и рекуперация энергии в сеть с экономией электроэнергии.
Условия самовозбуждения асинхронного генератора.
Для работы асинхронной машины в генераторном режиме требуется источник реактивной мощности, создающий магнитное поле. При отсутствии первоначального магнитного поля в обмотке статора поток создают с помощью постоянных магнитов, либо при активной нагрузке за счёт остаточной индукции машины и конденсаторов, параллельно подключенных к фазам обмотки статора.
Асинхронный генератор потребляет реактивный ток и требует наличия в сети генераторов реактивной мощности в виде синхронных машин, синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов (БСК).
Из-за этого, несмотря на простоту обслуживания, асинхронный генератор применяют сравнительно редко, в основном в качестве ветрогенераторов малой мощности, вспомогательных источников небольшой мощности и тормозных устройств.
Тормозные режимы работы асинхронной машины.
Если изменить направление вращения ротора или магнитного поля так, чтобы они вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в обмотке ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, и машина будет потреблять из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент будет направлен встречно моменту нагрузки, являясь тормозящим. Этот режим применяют кратковременно, так как при нём в роторе выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может вывести его из строя.
Для более мягкого торможения может применяться генераторный режим, но он эффективен только при оборотах, близких к номинальным.
67. Трансформаторный режим работы асинхронной машины.Фазорегуляторы. В трансформаторном режиме асинхронная машина работает при s=1 . В этом энергетическом режиме машина является электромагнитным преобразователем и не преобразует электрическую энергию в механическую или обратно. Для работы в трансформаторном режиме используются машины с фазным ротором.
При этом между обмотками статора и ротора возможна трансформаторная или автотрансформаторная связь. Фазорегулятор. Конструктивно фазорегулятор – это асинхронная машина с заторможенным фазным ротором, обмотки статора и ротора которой имеют между собой трансформаторную связь и могут поворачиваться относительно друг друга на электрический угол 360 .
При повороте ротора относительно статора амплитуда ЭДС на роторе 2 Е не изменится, т. к. ЭДС в фазных обмотках ротора наводится вращающимся полем, а фаза (временной сдвиг между первичным и вторичным напряжением) изменится. Принимая активные и индуктивные сопротивления фазных обмоток ротора равными нулю, можно считать U2= E2 .
При повороте ротора относительно статора на угол β изменяется и временной угол между напряжениями статора и ротора на величину рβ.
Ротор относительно статора поворачивается вручную или с помощью привода. Как было сказано выше, на ротор действует пусковой момент, что следует учитывать при расчете самостопорящегося поворотного редуктора ротора фазорегулятора. Промышленность выпускает трехфазные фазорегуляторы серии ФР, ФРО напряжением 220/380 В и мощностью до 18 кВ А.
Загрузка...
