Схема обмотки однофазного генератора

Схема обмотки однофазного генератора

Трехфазный синхронный генератор переменного тока без магнитного залипания с возбуждением от постоянных неодимовых магнитов, 12 пар полюсов.

Очень давно еще в советские времена в журнале "Моделист Конструктор" была опубликована статья посвященная построению ветряка роторного типа. С тех пор у меня появилось желание построить что то подобное на своем дачном участке, но до реальных действий дело так и не дошло. Все изменилось с появлением неодимовых магнитов. Собрал кучу информации в интернете и вот что получилось.
Устройство генератора: Два стальных диска из низкоуглеродистой стали с наклеенными магнитами жестко соединены между собой через распорную втулку. В зазоре между дисками расположены неподвижные плоские катушки без сердечников. ЭДС индукции возникающая в половинках катушки противоположна по направлению и суммируется в общую ЭДС катушки. ЭДС индукции возникающая в проводнике движущемся в постоянном однородном магнитном поле определяется по формуле E=B·V·L где: B -магнитная индукция V -скорость перемещения L -активная длина проводника. V=π·D·N/60 где: D -диаметр N -скорость вращения. Магнитная индукция в зазоре между двумя полюсами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Генератор собран на нижней опоре ветряной турбины.

Схема трехфазного генератора, для простоты развернута на плоскость.

На рис. 2 показана схема расположения катушек когда их количество в два раза больше, правда в этом случае увеличивается и зазор между полюсами. Катушки перекрываются на 1/3 от ширины магнита. Если ширину катушек уменьшить на 1/6 тогда они встанут в один ряд и зазор между полюсами не изменится. Максимальный зазор между полюсами равен высоте одного магнита.

Однофазный синхронный генератор переменного тока и одна волновая катушка.

Встречно намотанная катушка уменьшает индуктивное сопротивление генератора. Величина встречной ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна величине индуктивности катушки генератора и зависит от тока в нагрузке. Индуктивность катушки прямо пропорциональна линейным размерам, квадрату числа витков и зависит от способа намотки.

Схема однофазного генератора рис. 1, для простоты развернута на плоскость.

Для повышения КПД на рис. 2 показана схема генератора состоящая из двух одинаковых катушек. Чтобы зазор между полюсами не увеличился кольцевые обмотки необходимо вставить друг в друга.

Однофазный синхронный генератор и петлевые распределенные катушки.

Ветряная турбина с вертикальной осью вращения и шестью лопастями.

Устройство турбины: Состоит из статора, шесть неподвижных лопастей (для экранирования и форсирования поступающего ветра) и ротора, шесть вращающихся лопастей. Сила ветра оказывает влияние на лопасти ротора и на входе в турбину и на выходе из неё. Для верхней и нижней опоры используются ступицы от автомобиля. Не создает шума, не идет в разнос при сильном ветре, не требует ориентирования на ветер, не требует высокой мачты. Большой коэффициент использования ветра, большой крутящий момент, вращение начинается при очень слабом ветре.

Однофазный синхронный генератор переменного тока с обмоткой возбуждения на статоре без щеток, 12 пар полюсов.

Долго думал над тем как предотвратить перезаряд аккумулятора не применяя в конструкции механические устройства для повышения надежности. Индукторный генератор выполняет функцию сброса лишней энергии. В качестве нагрузки используется элемент нагревания, можно нагреть воду или кафельные полы.
Устройство генератора: Генератор собран на верхней опоре ветряной турбины. К неподвижному кольцу из низкоуглеродистой стали крепятся 24 стальных сердечника с катушками, между катушек на кольцо намотана обмотка возбуждения. Возбуждение на генератор подается через электрическую схему от нижнего генератора. Генератор использует от 3% до 5% вырабатываемой мощности на возбуждение. Любой электромагнит является усилителем мощности источника тока. Генератор также является электромагнитной муфтой скольжения уменьшая нагрузку на подшипники. На каждом подшипнике теряется 5% вращающего момента, на шестерне 7-10%. Частота переменного тока вычисляется по формуле f=p·n/60 где: p -количество пар полюсов n -скорость вращения. Например: f=p·n/60=12·250/60=50 Гц.

Читайте также:  Как люди обнаружили молоко

Схема индукторного генератора, для простоты развернута на плоскость.

На рис. 2 показана схема индукторного генератора с использованием меньшего количества железа, следовательно и потери в железе будут меньше. Обмотка возбуждения состоит из 12 последовательно соединенных катушек.

Электрическая принципиальная схема устройства для подключения обмотки возбуждения генератора.

Ток возбуждения начинает поступать на генератор только при достижении на выходе трехфазного выпрямителя напряжения 14 вольт.

Магнитный двигатель будет вращать генератор если нет ветра.

Электромагнитное поле создается электрическим током т.е. направленным движением электрических зарядов (свободных электронов). Физическими опытами было подтверждено, что магнитное поле постоянного магнита также создается направленным движением электрических зарядов (свободных электронов). Учитывая общие электромагнитные закономерности, можно по аналогии с электродвигателем создать магнитный двигатель для преобразования магнитной энергии в механическую энергию вращения. Основным условием для роторных двигателей является взаимодействие магнитных полей по круговым замкнутым траекториям. Этим требованиям отвечает составной магнит "Сибирский Коля".

Неподвижный генератор — это статический электромагнитный усилитель мощности.

Уже давно известно, что изменение магнитного поля проходящего через провод будет генерировать в нем электродвижущую силу (ЭДС). Изменение магнитного потока от постоянного магнита в сердечнике неподвижного генератора создается с помощью электронного управления, а не механическим движением. Магнитным потоком в сердечнике управляет автогенератор. Работает автогенератор в режиме резонанса и потребляет от источника питания ничтожно малую мощность.

Колебания автогенератора отклоняют по очереди магнитные потоки от постоянных магнитов в левую и правую сторону сердечника из наборного железа или феррита. Мощность генератора увеличивается с повышением частоты колебаний автогенератора. Запуск осуществляется подачей кратковременного импульса на выход генератора. Очень важно чтобы постоянный магнит не вызвал переход материала сердечника в область магнитного насыщения. Неодимовые магниты имеет магнитную индукцию в диапазоне 1,15-1,45 Тл. Трансформаторное железо имеет индукцию насыщения 1,55-1,65 Тл. Сердечники на основе порошка из железа имеет индукцию насыщения 1,5-1,6 Тл., и потери меньше чем у трансформаторного железа. Сердечники из магнитомягких ферритов марганец-цинковых марок имеют индукцию насыщения 0,4-0,5 Тл., для борьбы с насыщением необходим воздушный зазор.

Схема генератора с перемагничиванием сердечника силовой катушки.

Схема неподвижного генератора на тороидальных (кольцевых) сердечниках.

Три кольца, восемь магнитов, четыре катушки управления, восемь силовых катушек.

На все составные части могу выслать чертежи и подробное описание за вознаграждение.

Подписка на рассылку

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.

Читайте также:  Регулятор давления воздуха для краскопульта с манометром

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.

Современный автомобиль буквально набит различными электрическими системами. Питание этих систем напрямую зависит от генератора, который состоит из нескольких компонентов. Важнейшей частью генератора является статор генератора. От его состояния напрямую зависит работа генератора и питание бортовой системы автомобиля. При поломках генератора многие спешат поменять его на новый, хотя генератор легко перебрать и восстановить практически любую его часть. Например, перемотать статор генератора вполне можно своими руками.

Из каких элементов состоит статор синхронного генератора и принцип работы

  • Пакет обмоток статора;
  • Сердечник или пакет статора;
  • Провода для вывода подключения.

Сам статор выполнен из трёх обмоток, в них формируются три различных значения тока, данная схема – это трехфазный вывод. От корпуса генератора отходят концы каждой обмотки ( они подключены к нему), второй конец подключён к выпрямителю. Для концентрации и усиления магнитного поля в генераторе служит сердечник, сделанный из металлических пластинок.

Обмотка статора синхронного генератора располагается в специальных пазах, обычно таких пазов 36. В каждом пазу обмотка держится за счёт клина. Данный клин сделан из изоляционных материалов.

Причины нарушения стабильной работы статора генератора

Перед тем как проводить проверку нужно точно узнать, какой именно генератор установлен на вашем автомобиле. Это можно узнать из мануала, но лучший способ узнать модель и параметры генератора – это заглянув под капот найти заводскую бирку. На ней вы найдёте все нужные значения. Если не учитывать различия в моделях генераторов, то результат проверки будет неточен. Зная основы электрики, несложно самому выявить различные проблемы в работе генератора, да и других систем электрической системы.

Все поломки статора можно условно разделить на две группы:

  • Обрыв проводов обмотки;
  • Замыкание провода на массу.

Если эксплуатация автомобиля проходит в условиях повышенной влажности или при резких сменах температурного режима, изоляция может потрескаться и расслоиться. Это может спровоцировать межвитковое замыкание и даже выход из строя всего генератора, что станет причиной внезапного разряжения аккумулятора, так как генератор не сможет полноценно его заряжать.

Читайте также:  Домик для кукол своими руками в тетради

Проверка статора генератора при помощи мультиметра, как проверить контрольной лампочкой

Статор генератора проверяется или на обрыв, или на короткое замыкание. Чтобы проверить сопротивление, используется мультиметр, в крайнем случае, можно воспользоваться контрольной лампочкой.

Мультиметр следует перевести в режим омметра, после чего его щупы подключаются к выводам обмоток. При отсутствии обрыва тестер покажет сопротивление 10 ом. При наличии обрыва сопротивление покажет значение, стремящееся к бесконечности. При таком результате производится проверка трёх выводов. Для получения более точных результатов проверки лучше сверить полученные данные с паспортными. Следует знать, что недорогие китайские мультиметры не в состоянии точно показать снимаемое сопротивление (точность иногда требуется до десятых долях ома), поэтому следует обзавестись хорошим фирменным прибором.

Если достать любой мультиметр не представляется возможным, а проверить нужно, можно использовать контрольную лампочку (контрольку). Точное сопротивление она не покажет, но разрыв найти поможет. С помощью изолированного провода подаётся отрицательный заряд от аккумулятора на контакт обмотки. Положительный заряд следует подать через лампочку на другой контакт. Если лампочка горит, значит разрыв не найден, и устройство функционирует исправно. Данная процедура дублируется для всех выводов.

Диагностика на замыкание также проводится с помощью мультиметра или контрольной лампочки. Положительный щуп нужно соединить с любым контактом обмотки, а отрицательный – к статору. Это следует повторить с каждым выводом. Контрольной лампой межвитковое замыкание определяется аналогичным способом. Прозвоните все выводы.

Ремонт генератора своими руками

Под ремонтом статора обычно понимается перемотка статора генератора. Для этой процедуры вам понадобится внушительный набор инструментов:

  • Намоточный станок;
  • Медный провод (может потребоваться около 8 катушек);
  • Трамбовка;
  • Сверлильный станок;
  • Устройство для сушки покрытого лаком статора;
  • Молоток, набор отвёрток и ключей.

Намотка статора автомобильного генератора — это и есть ремонт статора. Для начала следует извлечь сам статор из генератора. Старая обмотка опаливается, но перед этим должна быть составлена схема обмотки статора генератора, идентичная старой трёхфазной или однофазной обмотке. При опаливании магнитные свойства металлического пакета статора не ухудшаются, поэтому можно не переживать. Когда обмотка полностью обгорит, следует провести полную очистку посадочного места. Нарезаются изоляционные прокладки из синтофлекса и устанавливаются в пазы.

Перематывать обмотку следует по заранее нарисованной схеме. Линейный принцип используется в однофазном генераторе, а трехфазная обмотка статора предполагает соединение «звездой» или «треугольником». При перемотке провод из первого паза должен идти сразу в четвёртый. Сначала наматывается половина витков в одну сторону, потом вторая половина в противоположную сторону. Пазы заделываются выступающими частями прокладок, после чего катушки нужно простучать молотком. Чтобы не повредить обмотку, нужно использовать проставку.

Перед тем, как проверить токами работоспособность статора, следует убедится в отсутствии короткого замыкания. Если найдётся замыкание, значит изоляция была уложена некачественно. Следует отыскать проблемное место и, используя прокладку, устранить пробой.

Перед пропиткой лаком нужно проверить размеры перемотанного узла, он не должен при сборке генератора выступать за края. Контакты связываются нитью, которая не расплавится при сушке и помещается в ёмкость с лаком. После пропитки статора его помещают в печь для сушки, предварительно дав элементу обтечь. Если нет подходящей печи, статор можно просто подвесить, установив снизу нагревательный элемент. Когда лак перестанет липнуть, сушка будет закончена. При использовании подогрева сушка обычно занимает около 2-3 часов.

При нестабильной работе генератора для многих решением проблемы становится замена всего узла. Но если знать, как проверить все элементы генератора, то даже процедура обмотки статора будет вам по плечу.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector