Задающий генератор для преобразования 1 фазной сети в 3-х фазную

3-фазный генератор Марк 7

Видео канала GorillaGlass Live channel, который представил зрителям просто монстра – трехфазный генератор mark 7. Он сделан своими руками, но поразил с первого тестирования. Дело в том, что подключил сразу только 3 катушки. То есть подключил один трехфазный генератор из восьми, вывел трехфазный диодный мост. Проверка устройства проводится на велосипеде.
Самодельный трехфазный генератор односторонний.
Имеет 32 магнита 10х10.
24 катушки провод эмаль медь 0.8, сопротивление одной катушки 0.3 ома.
Материалы: сталь, алюминий, фанера, припой (пос 60), эпоксидная смола, лак паркетный износостойкий.
Инструменты: напильники, надфили, ножовка, циркуль, паяльник (100W), накирка, чертилка, линейка, молоток, рашпили, ручная дрель, сверла.
Посмотрим некоторые тесты. Сначала под напряжением, но большого не будет, потому что нужно по-другому делать не много, и будет хорошее напряжение. Немного покрутим. Слышите – он как самолет. Но 7 вольт, что разогнал – всего лишь работает 1 трехфазный генератор из восьми.
Почему один из трех? Статор состоит из 24 катушек, а ротот из 32 магнитов.
Давайте посмотрим на mark 5. Тот генератор был сделан на основе этого. У нас – вы знаете – 16 магнитов, 12 катушек, провод 0.4. Тут 32 магнита, 34 катушки – соединять можно как угодно. Видите, вывел все выводы – это большой плюс.
Что поразило в данном трехфазном генераторе – ток замыкания всего лишь трех катушек, и при том, что при этих 3.5 амперах катушки не греются.
Поставим. Ротор конечно надо будет балансировать – как ни крути – так как он бьет. Нужно заняться балансировкой – снимем ротор, магниты, напаяем, где надо, и будем стачивать.
Давайте покрутим – уже, видите, 1 ампер там. Слышите, он шумит, как самолет. С нормальной скоростью крутим 3.5 ампера. Посидим 30 секунд, покрутим, и потрогаем катушки. Они были не нагретые нисколько. То есть, если сделаем 8 выводов – 8 плюсов и 8 минусов получится – и соединим все в параллель, то ток короткого замыкания без нагрева будет примерно 24 ампера. Представляете?
О динамо-машине статья.

Защита от нарушения порядка чередования

Для защиты электрического оборудования от неправильного чередования на практике применяется реле контроля фаз. Это реле настроено на работу двигателя или другого устройства в его прямом включении. Если из-за каких-то неполадок или неправильного подключения чередование нарушается, то трехфазное реле сразу отключит устройство. Его работа основана на анализе трехфазных токов и напряжений и последующем контроле этих параметров.

Подключение может выполняться через трансформаторы тока или напрямую, в зависимости от модели и класса напряжения в сети. Такая защита нашла широкое применение при подключении счетчиков индукционного типа, электрических машин и другого высокоточного оборудования.

Защита в однофазной сети

В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.

Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.

Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ) напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.

Секреты подбора электродвигателя

Асинхронная машина может работать в режиме:
1. двигателя, когда на нее подается электрическое напряжение;
2. или генератора, если вращать ее ротор с определенной величиной крутящего момента от дополнительного источника. Им может быть любой двигатель внутреннего сгорания, водяная турбина, ветряное колесо или другой источник энергии.
Отработавшие на производстве трехфазные электродвигатели часто списывают. Они попадают в руки домашнего мастера практически бесплатно или по символической цене.
Ими не сложно воспользоваться для решения бытовых или хозяйственных задач. Потребуется только оценить конструкцию: возможности по выработке электроэнергии определенного напряжения и мощности от источника энергии с конкретным числом оборотов.
Для этого следует изучить характеристики статора и ротора.

Коротко о статоре

Конструкция статора асинхронного двигателя представлена:
· тремя обмотками, по которым проходит электрический ток;
· магнитопроводом из пластин электротехнического железа, созданному для передачи магнитного потока.
Соединение концов обмоток может выполняться схемой звезды либо треугольника. Каждый вариант имеет свои особенности. Их надо учитывать для различных условий эксплуатации.

Что надо знать о роторе

Он имеет три обмотки из изолированного провода. по которым протекают наводимые токи и формируют суммарный крутящий момент магнитного поля.
Эти обмотки могут быть:
1. выведены на внешние клеммы статора через контактные вращающиеся кольца с щеточным механизмом. Его называют ротором с фазной обмоткой;
2. короткозамкнуты встроенным алюминиевым кольцом — «беличье колесо».
Выглядят они следующим образом.

Важные электрические характеристики

Чтобы сделать генератор из асинхронного двигателя стоит учесть:
· поперечное сечение провода обмотки. Оно ограничивается тепловым воздействием от протекающих суммарных токов, формируемых как от активной нагрузки, так и реактивных составляющих;
· число оборотов, на которые рассчитан электродвигатель. Это оптимальная величина, котрой следует придерживаться при выборе подключения к источнику энергии;
· КПД, cos φ;
· схему подключения обмоток.
Эти величины указываются на табличке корпуса или рассчитываются косвенными методами.Как работает двигатель в режиме генератора
При раскрутке ротора необходимо возбудить электромагнитное поле. Его добиваются за счет параллельного подключения к обмоткам емкостной нагрузки от батареи конденсаторов разными методами. Рассмотрим их.

Две схемы звезды

Типовое подключение выглядит следующим образом.
Упрощенный вариант схемы показан ниже.
Здесь применяют рабочий и пусковой конденсаторы, которые коммутируются собственными переключателями.

Схема треугольника

Она позволяет вырабатывать 220 вольт линейного напряжения.Как подобрать конденсаторы
Емкость конденсатора для возбуждения генератора можно подсчитать по формуле, исходя из реактивной мощности, частоты и напряжения.С=Q/2π∙f∙U2.
Следует учитывать, что они по разному влияют на нагрев обмоток в различных режимах. Поэтому для холостого хода и работы генератора используют ступенчатое переключение.
Рекомендуемые расчеты представлены таблицей.
Конденсаторную батарею рекомендую набирать из бумажных моделей на 500 вольт. Пользоваться электрическими конструкциями не рекомендую даже при включении каждой полугармоники через диод.Электролит при нагревании может закипеть, что приведет к взрыву корпуса.

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Рис.2 Двухфазный режим асинхронного генератора.

Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трёхфазного напряжения. Этот вариант включения уменьшает рабочую ёмкость конденсаторов, снижает нагрузку на первичный механический двигатель в режиме холостого хода и т.о. экономит “драгоценное” топливо.

В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа “Ока”, “Волга”, поливальных насосов “Агидель”, “БЦН” и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) – больше.

Рис.3 Маломощный генератор из однофазного асинхронного двигателя.

Теперь несколько слов о первичном механическом двигателе, который будет приводить во вращение генератор. Как известно, любое преобразование энергии связано с её неизбежными потерями. Их величина определяется КПД устройства. Поэтому мощность механического двигателя должна превышать мощность асинхронного генератора на 50…100%. Например, при мощности асинхронного генератора 5 кВт, мощность механического двигателя должна быть 7,5…10 кВт. С помощью передаточного механизма добиваются согласования оборотов механического двигателя и генератора так, чтобы рабочий режим генератора устанавливался на средних оборотах механического двигателя. При необходимости, можно кратковременно увеличить мощность генератора, повышая обороты механического двигателя.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других – коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

Если с помощью генератора предполагается запитывать оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети. Отключать надо оба провода: “фазу” и “ноль”.

В заключение несколько общих советов.

1. Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он “не любит” холостого хода

Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы – 2/3 общей мощности генератора.

5. Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме “холостого хода” должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.

Схема соединения звезда

Рис. 1

Провод OO’ называется нулевым или нейтральным, остальные — линейными. Введем следующие понятия:

I_л — линейный ток — это ток протекающий по линейному проводу;
U_л — линейное напряжение — это напряжение между линейными проводами;
I_ф — фазный ток — это ток, протекающий от начала к концу фазной обмотки или приемника энергии (или наоборот: от конца — к началу);
U_ф — фазное напряжение — это напряжение между началом и концом фазной обмотки или приемника энергии. Другими словами можно сказать: фазное напряжение — это напряжение между линейным и нулевым проводами.

При симметричной нагрузке нулевой провод практически не нужен, так как ток Io в нем равен нулю. Поэтому, в этих случаях применяют трехпроводные системы (соединение треугольником). При несимметричной трехфазной нагрузке нулевой провод обеспечивает постоянство напряжений на фазах.

По рисунку может показаться, что линейное напряжение вдвое больше фазного. Но это не так. Линейное напряжение равно не алгебраической сумме, а геометрической разности.

Для того чтобы получить вектор линейного напряжения, например Uл (АВ), нужно к концу вектора UфА подстроить вектор UфВ с обратным знаком. Вектор, соединяющий начало координат с концом вектора UфВ, и будет вектором линейного напряжения Uл (АВ). Аналогично ведется построение векторов линейных напряжений Uл (ВС) и Uл (АС).

Список источников