Электродвигатели постоянного тока для генератора

Электродвигатели постоянного тока для генератора

Как сделать генератор постоянного тока своими руками — способы изготовления в домашних условиях. 155 фото и принципиальные схемы самодельных устройств

Электричество стало неотъемлемой частью нашего существования. Времена, когда пользовались свечами для освещения, выбивали пыль, развешивая ковры на улице и стирали белье в реке уже прошли. Для получения этого ценного ресурса, который прочно вошел в повседневную жизнь, можно использовать генераторы переменного и постоянного тока, которые преобразуют механическую энергию в электрическую.

Это – наиболее простое, незамысловатое устройство. Генератор постоянного тока можно сделать своими руками, чтобы заряжать тот же мобильник или ноутбук либо приобрести в любом супермаркете электротехники.

С развитием технического прогресса теперь любое электрооборудование можно купить в интернет-магазинах, которые предоставляют на своих веб-ресурсах фото и технические характеристики современных генераторов постоянного тока.

Краткое содержимое статьи:

Устройство

Конструктивно генератор постоянного тока не так и сложен. Он – тот же двигатель, только работает иначе. Преобразует механическую энергию в электрическую, а не наоборот.

Рассматривая его снаружи и изнутри, можно выделить следующие детали:

• Чугунный или стальной корпус;
• Статор;
• Катушки возбуждения;
• Якорь;
• Обмотка самовозбуждения;
• Коллектор;
• Медно-графитные щетки

Принцип действия генератора постоянного тока основан на том, что когда в магнитном поле движутся проводники, то в нем генерируется разнонаправленная ЭДС, величину и направление которого можно контролировать и изменять. Это происходит при вращении якоря. С помощью коллектора на выходе образуется постоянный ток.

Классификация генераторов постоянного тока

Устройства различаются между собой по принципу включения и подсоединения обмоток. Сейчас можно встретить такие виды генераторов постоянного тока:

• С самовозбуждением. Внешним источником для запуска и бесперебойного питания может быть ветрогенератор или аккумулятор;
• С независимым включением, питающимся от обмотки;
• С параллельным (шунтовым) возбуждением;
• Последовательным подключением обмоток.
• Дизельные и газовые высокомощные генераторы.

В современной жизни генераторы постоянного тока используются для питания в городах электротранспорта и как инверторы для сварки. А также их можно встретить в конструкции тяговых тракторов комбайнов и прочих машин высокой мощности.

Способы изготовления

Существует множество мастер-классов, посвященных тому как правильно это сделать, и из чего лучше. При этом следует понимать, что генератору нужно бесперебойное питание для осуществления постоянного вращения и вырабатывания электричества. Для этого подойдет другой двигатель.

Электродвигатели постоянного тока П

Генераторы и электродвигатели постоянного тока П серии охватывают диапазон мощностей от 0,13 до 200 кВт. Машины этой серии соответствуют ТУ 16.514.001-64.

Машины постоянного тока серии П имеют 11 габаритов. Габарит определяется внешним диаметром якоря.

Электродвигатели постоянного тока П, Общие сведения

Генераторы и электродвигатели постоянного тока П применяются в различных отраслях промышленности. Выпуск машин серии П прекращен, поэтому в новых разработках машины этой серии не применяются.
Машины рассчитаны на продолжительный (S1) режим работы на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре окружающего воздуха от 5 до 40 °С и относительной влажности воздуха до 80% при температуре 25 °С и при более низких температурах без конденсации влаги.

Машины серии П изготавливались со степенями защиты от воздействия окружающей среды IP20 и IP54

Двигатели серии П имеют смешанное возбуждение или параллельное и независимое возбуждение при работе в системе генератор — двигатель.
Ток в цепи якоря при пуске ДПТ не должен превышать 4/ном для ДПТ 1 — 7-го габаритов и 3/ном для ДПТ 8 —11-го габаритов.
Электродвигатели допускают регулирование частоты вращения от номинальной путем изменения тока возбуждения при мощности на валу не выше номинальной.
Регулирование частоты вращения вниз от номинальной осуществляется изменением напряжения на якоре при неизменном токе в обмотке возбуждения. Напряжение на обмотке возбуждения при этом должно соответствовать номинальному напряжению якоря.

Охлаждение и вентиляция электродвигателей П.

Двигатели с независимой вентиляцией допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной (до 100 об/мин) изменением напряжения на якоре при моменте вращения не выше номинального.

Двигатели с самовентиляцией допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной (до 100 об/мин) изменением напряжения на якоре.

Электродвигатели П закрытого исполнения с естественным охлаждением 1 —7-го габаритов допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной (до 10 об/мин) изменением напряжения на якоре при моменте вращения, равном номинальному. Степень искрения на коллекторе машин при любой установившейся нагрузке от 0 до 100% номинальной не должна превышать 11/2 по ГОСТ 183-74.

Степень искрения при перегрузках и в переходных режимах ослабления поля не оговаривается, но коллектор и щетки после работы в этих режимах должны оставаться в состоянии, пригодном для дальнейшей работы без предварительной чистки коллектора. При этом допускаются следы подгара на краях коллекторных пластин и щеток.

Двигатели серии П изготавливались:

1 — 3-го габаритов — с изоляцией класса А (допускается В);

4 —6-го габаритов — с изоляцией класса В;

7-го габарита защищенного и закрытого исполнения — с изоляцией класса F; обмотки возбуждения — с изоляцией класса В;

8-11 -го габаритов — с изоляцией класса F.

Двигатели защищенного исполнения выполнялись: с самовентиляцией (1 —11-й габариты); с независимой вентиляцией с подводом воздуха по трубам (7—11-й габариты); с независимой вентиляцией от пристроенного вентилятора (4—11-й габариты).

Двигатели закрытого исполнения выпускались:

с естественным охлаждением (типа ПБ 1 — 8-го- габаритов);

с воздухоохладителем, пристроенным наверху двигателя (ПР 5 —7-го габаритов).

Генераторы постоянного тока серии П

Генераторы П выпускались в защищенном исполнении со стабильным и регулируемым напряжением. На стабильное напряжение 115, 230 и 460 В изготовлялись со смешанным возбуждением. По особому заказу генераторы выполнялись с параллельным или независимым возбуждением с напряжением обмотки независимого возбуждения НО, 220 или 460 В.

Генераторы с регулируемым напряжением для зарядки аккумуляторных батарей изготовлялись с параллельным возбуждением на напряжения 110/160 и 220/320 В.

Для машин устанавливались следующие показатели надежности и долговечности: наработка до технического осмотра — 2000 ч, полный ресурс — 8000 ч, вероятность безотказной работы за период 2000 ч — 0,7 при доверительной вероятности 0,9.

Ветрогенератор из двигателя постоянного тока

Для питания изготовленной аккумуляторной светодиодной лампы, описание которой приведено на сайте, был изготовлен и используется по настоящее время, ветрогенератор на базе двигателя постоянного тока (24v / 0,7A) на постоянных магнитах. Ветрогенератор, при средних погодных условиях, в зависимости от скорости ветра, обеспечивает выходное напряжение величиной от 0,8 до 6,0 вольт и ток до 200 ма. В дальнейшем, стабилизированный преобразователь напряжения преобразует это выходное напряжение постоянного тока от ветрогенератора в необходимое напряжение постоянного тока, достаточное для заряда аккумуляторной батареи или питания необходимой нагрузки.

Предлагаемый ветрогенератор прост в изготовлении, не требует точных расчетов и изготовления сложных деталей, приобретения дорогостоящих комплектующих. Такому ветрогенератору, кроме варианта рассмотренного в указанной выше статье, возможно найти и другое применение. Используем его там, где может понадобиться небольшое количество электроэнергии для питания маломощного устройства. Например, для работы компактной метеостанции, контроля уровня воды в баке, для дежурного освещения и управления автоматикой теплицы. В течение суток, при наличии ветра, аккумулятор устройства с запасом получает даровую энергию ветра, а в нужное время отдает ее потребителю по мере необходимости. Конечно, попадающая к нам энергия ветра не велика, но она приходит к нам практически постоянно. А если изготовить устройство для ее накопления и использования своими руками, из подручных материалов, то эта энергия и бесплатна, а устройство, кроме того, будет экономным, компактным, мобильным и энергонезависимым.

В этой статье предлагается изготовить ветрогенератор из двигателя постоянного тока.

Изготовление ветрогенератора.

1. Выбор электрогенератора.
Для применения в качестве маломощного электрогенератора для устройства, можно использовать без переделок готовый шаговый двигатель. Для максимальной отдачи, при возможности выбора, желательно использовать двигатель с минимально возможным залипанием вала и с максимально большим числом шагов на один оборот. Возможен вариант переделки электродвигателя или стартера в генератор. Различные варианты переделки описаны в интернете.

В нашем случае, был выбран наиболее простой вариант. В качестве электрогенератора используем двигатель постоянного тока (24v / 0,7A) на постоянных магнитах, не требующий доработок. Он обладает свойством обратимости – при вращении его вала, на контактах двигателя появляется напряжение. Данный электродвигатель был извлечен из морально устаревшей счетной машинки.

2. Выбор конструкции пропеллера.
В первом варианте конструкции ветрогенератора, для упрощения изготовления, за основу пропеллера был взят пластмассовый пропеллер, с подходящим посадочным диаметром, от промышленного вентилятора. Для повышения крутящего момента на валу генератора, длина его лопастей была добавлена тонкостенными металлическими накладками с профилем, приближенным к оригиналу.

Однако такая конструкция пропеллера потерпела неудачу. При сильном ветре, из-за малой жесткости пластмассового пропеллера, металлические накладки лопастей отклонялись назад и ударялись о стойку конструкции, что в итоге окончилось поломкой.

При отработке первого варианта определился с конструкцией технологичного профиля лопастей и их длиной. Эти параметры пропеллера влияют на его чувствительность к слабому ветру, а он преобладает. Необходимо, чтобы при небольшом ветре, пропеллер смог преодолеть залипание вала (притяжение магнитов статора) и начать вращение.

3. Изготовление пропеллера. Подбираем или изготовляем ступицу для установки и крепления лопастей пропеллера.
В нашем случае она представляет собой алюминиевый фланец (толщиной 4 мм, наружный диаметр 50 мм) с осевым отверстием по диаметру выходного вала двигателя (8 мм – на валу запрессована зубчатая шестерня, длиной 10 мм) и четырьмя равномерно расположенными отверстиями М4 для крепления лопастей. Для закрепления ступицы на валу, устанавливаем в ней один или два винта М4 (см. фото).

4. Изготовление лопастей пропеллера.
Из оцинкованного листа толщиной 0,4-0,5 мм вырезаем 4 заготовки в форме равнобедренной трапеции: высота 250 мм, основание 50 мм, верхняя сторона 20 мм. Вдоль высоты трапеции сгибаем лопасти пополам (создание ребра жесткости) на угол 45 градусов (см. фото). Притупляем острые кромки и углы (для своей безопасности).

5. Установка и крепление лопастей пропеллера.
Располагаем лопасть на ступице так, чтобы точка сгиба на основании находилась над осью ступицы, а прилежащая половина основания — над крепежным отверстием ступицы (см. фото). Размечаем и сверлим в лопасти отверстие под соседний крепежный винт, диаметром 4,2 мм. Поочередно закрепляем винтами лопасти пропеллера.

6. Балансировка пропеллера.
Выполняем статическую балансировку пропеллера. Для чего устанавливаем и закрепляем пропеллер на калиброванный (шлифованный) пруток, диаметром равным диаметру выходного вала двигателя. Укладываем пруток с пропеллером на две горизонтально выверенные по уровню линейки (лекальные поверхности), расположенные по концам прутка. При этом пропеллер повернется и одна из лопастей опустится вниз. Повернем пропеллер на четверть оборота и если та же лопасть, вновь опустилась вниз, ее необходимо облегчить, отрезав узкую полоску металла с бока лопасти. Повторяем аналогичную операцию до тех пор, пока пруток с пропеллером не перестанет поворачиваться после установки в любое произвольное положение.

7. Изготовление флюгерной части ветрогенератора.
Отрезаем алюминиевый угольник 20 х 20 мм на длину 250 мм. С одной стороны угольника, на один-два винта (заклепки) устанавливаем вертикальный стабилизатор направления на ветер.

С другой стороны угольника, устанавливаем и закрепляем на два винта хомут для крепления двигателя – генератора. Хомут и стабилизатор изготовлены также из оцинкованного листа толщиной 0,4-0,5 мм (возможны варианты применяемого антикоррозионного материала). Длина хомута равна длине двигателя. Длина стабилизатора примерно 200 мм, форма на вкус изготовителя.

На нижней полке угольника, посередине расположения хомута, жестко закрепить стержень (желательно предусмотреть его антикоррозионную защиту) для установки конструкции в трубе стойки ветрогенератора. Лучшим вариантом определения точки расположения этого стержня, это определение центра тяжести предварительно и полностью собранной конструкции, с последующим сверлением там отверстия для крепления стержня.

8. Сборка ветрогенератора.
Устанавливаем двигатель – генератор на место и закрепляем его хомутом. На выходной вал двигателя закрепляем винтами пропеллер. Для защиты генератора от атмосферных осадков, из подходящего по размерам пластмассового флакона вырезаем и устанавливаем на место защитное ограждение. Крепим его винтом.

9. Отладка ветрогенератора.
Предварительно устанавливаем собранный ветрогенератор на открытое место навстречу ветру. Формируем переменный профиль лопастей. Подгибаем отогнутую часть лопастей так, чтобы на концах лопастей (узкая часть) величина отгиба составляла 10…15 градусов (минимальное сопротивление о воздух при максимальной окружной скорости на лопасти). К центру пропеллера, величина отгиба на лопасти изменяется до 30…45 градусов. При увеличении угла отгиба, повышается чувствительность ветрогенератора к ветру, но из-за увеличения сопротивления снижаются обороты генератора, что ведет к снижению выходных характеристик. Поэтому, изменяя угол отгиба лопастей подбираем на ветру оптимальный профиль.

10. Установка ветрогенератора.
Для установки ветрогенератора, из трубы (водопроводной) изготавливается стойка необходимой высоты (желательно выше окружающих деревьев) и закрепляется на объекте. Установочный стержень ветрогенератора должен свободно вращаться в трубе стойки. Перед установкой, на стержень ветрогенератора последовательно надеваются – промежуточная шайба для облегчения поворота, спиральная пружина для сглаживания остаточного дисбаланса пропеллера, защитная шайба для снижения попадания осадков в трубу стойки (в данной конструкции установлена гайка подходящих размеров).

Провод от генератора закрепляется от обрыва контактов механически, спускается по стойке с запасом по длине на возможное закручивание вокруг стойки и обязательную петлю для стекания капель от осадков перед входом к потребителю.

Можно ли использовать электродвигатель как генератор

Содержание

1. Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор
2. Способы переделки электродвигателя в генератор
3. Торможение реактивной нагрузкой
4. Самовозбуждение электродвигателя
5. Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор
6. Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора

Всем известно, что работа электродвигателя – это преобразование электрической энергии в механическую. Удастся ли заставить его преобразовывать механическую энергию в электрическую, чтобы использовать электродвигатель как генератор? Благодаря действующему в электротехнике принципу обратимости это возможно. Но нужно четко знать принцип работы агрегата и создать условия, способствующие превращению.

Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор

В генераторе напряжение, обычно подаваемое с аккумулятора, возбуждает в обмотке якоря магнитное поле, вращение же обеспечивается любым физическим устройством. В электродвигателе возможность подачи напряжения на обмотку якоря не предусмотрена. Чтобы он не поглощал, а вырабатывал электроэнергию, магнитное поле необходимо создать искусственно.

В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле ротора «отстает» от поля статора, обеспечивая процесс перехода электроэнергии в механическую энергию. Следовательно, чтобы запустить обратный процесс, нужно сделать так, чтобы поле статора вращалось медленнее поля ротора, либо чтобы оно вращалось в противоположную сторону.

Способы переделки электродвигателя в генератор

Есть два способа «регулировки» магнитного поля статора.

Торможение реактивной нагрузкой

Сделать это можно с помощью мощной конденсаторной батареи. Включите ее в цепь питания двигателя, который работает в обычном режиме. Заряд, накопленный в батарее, будет в противофазе с зарядом, создаваемым питающим напряжением, что приведет к замедлению последнего. После этого двигатель вместо поглощения тока начинает генерировать его, отдавая в сеть.

Любой транспорт на электротяге работает именно благодаря этому эффекту – при «самостоятельном» движении под уклон механическая энергия не требуется, и конденсаторная батарея автоматически подключается к цепи питания. Вырабатываемая энергия подается в сеть, чтобы затем опять преобразоваться в механическую.

Самовозбуждение электродвигателя

Остаточное магнитное поле ротора может произвести ЭДС, достаточное для зарядки конденсатора. Вследствие этого возникает эффект самовозбуждения, что делает возможным переход двигателя в режим генерации электроэнергии. Непрерывность этого процесса обеспечивает конденсаторная батарея, подпитывающаяся от произведенного тока.

Этот способ является более действенным, и именно он подходит, если вы хотите применить асинхронный электродвигатель как генератор.

Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор

При переделке двигателя в генератор следует учитывать следующие технические детали:

• Не пытайтесь использовать электролитические конденсаторы – они не пригодны для подключения в цепь. Вам нужны неполярные конденсаторные батареи.
• В трехфазных машинах конденсаторы могут включаться по схеме «треугольник» или «звезда». В первом случае величина напряжения на выходе выше, а во втором генерация начинается на меньших оборотах ротора. Выбирайте оптимальный для достижения вашей цели вариант.
• Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором тоже могут генерировать электроэнергию. Запуск осуществляется с помощью фазосдвигающего конденсатора.

Поскольку определить необходимую величину емкости конденсаторной батареи невозможно, остается подбирать ее по весу – он должен быть равен весу двигателя или слегка превышать его.

Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора

У использования электродвигателя как генератора есть свои «плюсы»:

• Агрегат достаточно прост в обслуживании и экономичен, поскольку конденсатор получает энергию от остаточного поля ротора и от вырабатываемого тока.
• Практически отсутствуют «побочные» траты энергии на магнитные поля или бесполезный нагрев.

• Преобразованный в генератор двигатель чувствителен к перепадам нагрузки.
• Частота вырабатываемого тока часто нестабильна.
• Такой генератор не может обеспечить промышленную частоту тока.

Если в вашем случае преимущества перевешивают недостатки, то применение асинхронного генератора целесообразно.

ЧТО ТАКОЕ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор постоянного тока предназначен для преобразования кинетической энергии в электрическую. Используется в качестве источника электроэнергии в тепловозах, автомобилях, промышленных установках и т.д.

Представляет собой обратимую электрическую машину. В зависимости от схемы подключения может работать как генератор или как электродвигатель.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Заключается в том, что если проводник передвигается в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.

Схематично это явление можно описать следующим образом. Если проводник, например, медную проволоку в виде рамки поместить между двумя полюсами подковообразного магнита, он будет находиться в постоянном магнитном поле.

Затем начнем вращать эту рамку. В процессе вращения она будет пересекать магнитный поток. Вследствие этого, внутри проволоки индуцируется электродвижущая сила э.д.с.

Если концы этой рамки соединить, то под воздействием э.д.с., потечет индукционный ток. Если включить в эту цепь амперметр, он покажет наличие в ней тока. Это и есть самый простой макет генератора.

Для того, чтобы подключить рамку к электрической цепи, ее крепят к полукольцам. Две щетки контактируют с вращающимися полукольцами поочередно, и через них индукционный ток поступает далее в электрическую цепь. Полукольца устанавливают на оси, вокруг которой вращается рамка. Это упрощенная схема коллектора.

Когда рамка переходит через горизонтальное положение (нейтраль), щетки одновременно переключаются с одного полукольца на второе. В этот момент стороны рамки магнитных силовых линий не пересекают. В таком положении э.д.с. и, соответственно, ток равны 0. Благодаря этому переключение щеток не сопровождается искрением.

На величину электродвижущей силы влияют следующие факторы:

• длина проволоки;
• величина индукции магнитного поля;
• частота вращения.

Величина э.д.с. (Е) меняется по синусоидальной траектории, с пиками при прохождении рамкой вертикальных положений. В эти моменты она перпендикулярно пересекает максимум силовых линий. Нулевые значения отмечаются при прохождении нейтрали. После ее пересечения э.д.с. меняет свое направление.

В свою очередь, коллектор, чередуя каждые пол оборота полукольца на щетках, выпрямляет переменную э.д.с. На выходе получается пульсирующий, в виде выпрямленной синусоиды, постоянный ток.

КАК НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЕТСЯ ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Для того, чтобы можно было пользоваться генератором, как источником энергии, ток нужно сгладить. Если увеличить количество рамок до двух и расположить их перпендикулярно друг другу. Тогда пиковые значения Е и, соответственно, тока будут возникать уже каждые четверть оборота.

Если их соединить последовательно, индуцируемый ток будет суммироваться. А его выходная характеристика будет иметь вид двух, смещенных между собой на четверть периода выпрямленных синусоид. Пульсация значительно уменьшится.

Если количество последовательных рамок еще увеличивать, тогда значение тока будет все больше приближаться к идеальной прямой. Кроме того, величина электродвижущей силы напрямую зависит от длины проводника. Поэтому количество рамок делают большим, а их совокупность и составляет обмотку вращающейся части генератора — якоря.

Для последовательного соединения витков обмотки, конец предыдущего нужно соединить с началом следующего. Делают это на полукольцах или, как их называют, пластинах. Их количество будет равняться количеству витков.

Другим фактором, влияющим на величину Е, является сила магнитного поля. Индукция магнитного потока обычного магнита слишком маленькая, а потери в среде между двумя полюсами наоборот очень большие.

Для решения первой проблемы вместо постоянного магнита используют гораздо более сильный электромагнит. Для решения второй проблемы сердечник якоря выполняют из стали. Также уменьшают до самого минимума зазор между якорем генератора и полюсами электромагнита.

Ток, протекающий в якоре, образуют своего рода электромагнит, и создает свое магнитное поле. Это явление называется реакция якоря. В нем также возникает реактивная э.д.с. Вместе они искажают магнитное поле. Чтобы это скомпенсировать, устанавливаются добавочные полюса. Они включаются в цепь якоря и полностью перекрывают это негативное воздействие.

По источнику тока возбуждения генераторы бывают:

• с независимым возбуждением;
• с самовозбуждением.

Необходимый для работы генератора магнитный поток создается благодаря току, проходящему через обмотки главных полюсов. Этот ток называется током возбуждения. При независимом возбуждении обмотка питается от аккумулятора или другого источника питания. При самовозбуждении питается током якоря.

Благодаря тому, что сердечники полюсов обладают остаточным магнетизмом, они создают небольшой магнитный поток. Если якорь начинает вращаться, этого потока достаточно для появления в витках якоря небольшого индукционного тока.

Этот ток, попадая в обмотку возбуждения полюсов, усиливает рабочий магнитный поток. Это приводит к увеличению тока в якоре и происходит цепная реакция. Таким образом, генератор быстро выходит на расчетную мощность.

По схеме подключения обмотки якоря к обмотке возбуждения генераторы с самовозбуждением делятся на три типа:

• с параллельным возбуждением;
• с последовательным возбуждением;
• со смешанным возбуждением.

Схема возбуждения влияет на характеристики генератора и особенности его применения. Основным его параметром является внешняя характеристика, выражающая зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки при заданной частоте вращения и параметрах возбуждения. Также к основным характеристикам относится мощность и КПД, который достигает 90-95%.

УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор состоит из двух частей:

• подвижная вращающаяся часть якорь;
• неподвижная – статор.

Статор состоит из станины, магнитных полюсов, подшипникового щита с подшипниками. Станина — это несущая часть генератора, на которой размещены все его части. Внутри установлены полюсы с сердечниками и обмотками возбуждения. Изготавливается из ферромагнитных материалов.

Ротор или якорь состоит из сердечника, вала, коллектора и вентилятора. В качестве опоры для якоря используются подшипники, установленные на боковых подшипниковых щитах статора.

Преимущества и область применения.

Генераторы постоянного тока обладают следующими достоинствами:

• простота конструкции, компактность;
• надежность;
• экономичность;
• обратимость, то есть возможность использования в качестве электродвигателя;
• практически линейная внешняя характеристика.

Недостатки:

• высокая стоимость;
• ограниченный срок службы щеточно-коллекторного узла.

Используются в различных отраслях производства, в строительстве, в промышленных установках, сварочном оборудовании, в машиностроении, на предприятиях металлургической промышленности, в автомобильном, железнодорожном, воздушном и морском, транспорте.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Проверка возможностей автомобильного генератора в качестве электродвигателя.

Решил провести эксперимент, по возможности использования генератора от легкового автомобиля, как тягового двигателя с прямым приводом на колесо, для велосипеда или что-либо подобного.
У меня как раз есть исправный генератор, но использовать его в автомобиль я не могу, как и некоторые другие вещи, но зато попробую провести этот эксперимент сам. В интернете на специализированных форумах есть размышления, что так не делают, что и в конструкции генератора специально особым образом подобраны формы ротора и статора, для работы его как генератора. Да и наличие отдельной катушки возбуждения усложняет конструкцию. Но из достоинств – генератор не создает практически никаких сопротивлений вращению, если на него не подан ток, и он есть за бесплатно. Заниматься самому математическим анализом реализации такой возможности, нет достаточного опыта и данных, пока (если кто разложит все по полочкам — буду признателен).
Схема подключения генератора:

Генератор был аккуратно разобран:

Из него был удален диодный мост и схема регулятора напряжения, подключены провода к обмоткам генератора, и щеточному узлу катушки возбуждения:

Затем все было собрано аккуратно и стало иметь такой вид:

Скрепка – торчащая из задней крышки генератора, фиксирует подпружиненные щетки в заглубленном состоянии, что позволяет правильно установить заднюю крышку, ничего не сломав. Затем скрепка вытягивается, и щетки упираются в коллектор.

Далее, из имеющегося блока электроусилителя руля, работающего на трехфазный мотор, изымаем блок силовых транзисторов. К сожалению, использовать его как полноценный блок управления трехфазным мотором (BLDC) нельзя.

Поэтому подключим блок силовых транзисторов к имеющейся плате 2CAN (описано ранее), через самодельную плату с драйверами управления транзисторами. А так как лето у нас короткое, то плата сделана самым простым и быстрым проверенным способом лазерной печати и утюга:

Общая схема получилась примерно такая:

Так как на плате 2CAN разведены не все выводы платы и микроконтроллера, пришлось добавить соединений навесным монтажом:

Написана простая программа управления трехфазным двигателем, используя таймер №1.Пока решил не использовать датчики положения ротора, ограничившись только регулировкой частоты вращения и заполнением ШИМ (амплитуду синусоид). Если генератор покажет оптимистичные характеристики, то тогда и усложню схему и программу. Форму напряжения выбрал синусоидальную, коэффициенты для таймера рассчитал простой программой на javascript, (позволяет писать программы в любом текстовом редакторе и запускать на выполнение любым браузером), файл sine.html (в zip) прилагаю ниже.

При открытии его браузером, можно просмотреть значения, и скопировать в буфер обмена:

Такая конструкция получилось в итоге:

Форма результирующего напряжения двух фаз такая (осциллограф двухлучевой к сожалению):

(после простого R-C фильтра для щупа осциллографа), а так без фильтра на прямую:

В качестве источника питания был выбран аккумулятор 12В 7А, через предохранитель 30 Ампер питание подавалось на схему. Обороты генератора, которые меня интересовали, были в пределах от 0 до 420 оборотов в минуту. Исходя из того, что если на шкив генератора надеть колесо диаметром 20 см, и при этом скорость максимальную ограничить в 16км/час. Подключим генератор:

Примитивным способом оценить крутящий момент, развиваемый генератором, решили с помощью поднятия груза, подвешенного за веревку к шкиву генератора.

Далее все расчеты довольно примитивны, и возможно есть ошибки. В качестве груза выбрал две 5-литровых емкости с водой. При диаметре шкива 5,5см, генератор с уверенно поднимал этот груз при 50 % заполнении ШИМ таймера на высоту 50 см за 3 секунды. Ток от аккумулятора составлял порядка 16 Ампер, но и напряжение на нем падало до 11 Вольт (слабоват аккумулятор). Получается, гарантирован крутящий момент примерно 2,75 ньютона на метр, при 3 оборотах в секунду. Сила тяги генератора с колесом диаметром 20см, одетого напрямую на вал, составила бы 12,5 ньютона (условная скорость составила бы примерно 7км/час). Для ребёнка, стоящего на роликах может быть и хватит. Для реализации полной мощности потребовался бы аккумулятор большей емкости, и более толстые провода. Без нагрузки, генератор вращается без подачи тока на катушку возбуждения (как несинхронный трехфазный электродвигатель). По идее, учитывая, что при потребляемой мощности в 176 ватт, получаем мощность на совершение работы, очень примерно оцененной в 16 Ватт, КПД полученного устройства не радует. Даже если удастся увеличить КПД использованием датчиков положения ротора в два -три раза, тяга маловата все таки для взрослого человека. Значительная часть тока тратится на катушку возбуждения, при этом, в зависимости от нагрузки, оборотов и температуры генератора составляет это порядка 5 — 12 Ампер. Да и генератор в родном рабочем режиме крутится на горазбо более высоких оборотах (2100 — 18000 об/мин). Выходить на рабочие токи больше 30 Ампер в схеме посчитал нецелесообразным. Конечно, используя мотор с постоянными магнитами, можно значительно поднять КПД устройства. Но все равно, значительные токи в узлах схемы, при напряжении питания в 12 Вольт, не позволяют добиться приемлемых параметров при длительной работе мотора в тяговом режиме. А перематывать катушки статора генератора под другое напряжение, количество оборотов, делать ротор с неодимовыми магнитами — это уже надо быть сильно мотивированным на это. Практичнее переходить на готовые, относительно легко доступные BLDC моторы для велосипедов, скутеров и т.д. с напряжением 36 Вольт и более. Также был подключен оригинальный двигатель, и это совсем другая тема и возможности:

В автомобильных вентиляторах охлаждения, часто применяются двухфазные электродвигатели с постоянными магнитами, выдавая мощность под 300ватт (но коррозия и большие токи зачастую выводят из строя компактную схему управления, встроенную в мотор).

Других целей больше не было, остался удовлетворенным полученным отрицательным результатом

Приведу настройки таймера:

А табличные значения получаем как написано выше (редактируем имя распечатываемого на экран массива ) Плохо что видео нельзя тут приложить, довольно забавно. Если есть вопросы – без проблем задавайте, пишите

С уважением, Астанин Сергей, ICQ 164487932.

Добавил сам проект, правда внутри много лишнего осталось от проекта общения по CAN, но мотору не мешает.

Источник: nevinka-info.ru