Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электродвигатель работает от двигателя как генератор

Мотор-генератор

Мотор-генератор (нем. Umformer , двигатель-генератор) — электрическая машина для преобразования электрической энергии из одной её формы в другую либо же, в некоторых случаях, функционирующая как проводник электрической энергии, не производящий в конечном итоге данного преобразования.

  • преобразование постоянного электрического тока в переменный, как правило, более высокого напряжения;
  • получение постоянного тока из переменного для специальных случаев (питание сварочного оборудования, некоторые модели старых электровозов);
  • передача мощности между электросетями разной частоты (50 и 60 Гц, железные дороги с питанием переменным током пониженной частоты).
  • преобразование однофазного тока в трёхфазный.

Чаще всего представляет собой электродвигатель, соединенный валом с электрическим генератором. В конструкцию также вводятся дополнительные устройства для стабилизации выходного напряжения и частоты.

Известны также умформеры с единым якорем (одноякорные преобразователи), в которых обмотки разного рода тока разъединены. Обмотки постоянного тока выводятся на коллектор, а переменного — на контактные кольца.

Есть также машины с общими обмотками для разного рода тока. В случае преобразования числа фаз даже нет нужды в коллекторе или скользящих контактах. В этом случае вся обмотка навивается на статоре и в нужном месте делаются отпайки. Таким образом, например, асинхронная машина может преобразовывать одно- или двухфазный ток в любой многофазный (например — 3-фазный). Пример такой машины — фазорасщепитель электровозов ВЛ60, ВЛ80, ВЛ85 [1] , а также ЭП1М, 2ЭС5К и 3ЭС5К новых выпусков [2] .

Последовательная гибридная установка

Гибридную установку, состоящую из дизельного генератора переменного или постоянного тока и электродвигателя называют последовательной. Генератор увеличивает запас хода и питает электромотор, после того как разрядятся аккумуляторы. Чаще всего используют DC генератор на постоянных магнитах, для которого электромотор это единственная и самая большая нагрузка. Электромотор в последовательной установке должен быть достаточно мощным, чтобы противостоять неблагоприятным условиям, в которых может оказаться судно.

Режим работы при котором электродвигатель, вращающий гребной винт, напрямую работает от генератора называется дизель-электрическим

Эффективность использования последовательной гибридной установки зависит от скорости движения. Испытания, проведенные на яхте длиной 14,5 метров с дизельным двигателем мощностью 75 л.с показали, что на скорости 4 узла гибрид сохраняет 50% топлива. Но поскольку в этом режиме потребление топлива у традиционной системы также не высокое, экономия в литрах оказывается не значительной.

Удельное потребление топлива вдоль рабочей кривой винта в зависимости от скорости яхты. Данные испытаний в реальных условиях дизельного двигателя мощностью 75 л.с на яхте длиной 48 футов (14,5 м) и весом 16 тонн. На графике видна неэффективность обычной силовой установки при небольших нагрузках и медленной скорости судна. Точки пересечения горизонтальных линий с рабочей кривой отображают оптимальную скорость для различных режимов работы двигателя — дизель-электрического или от аккумуляторов. Выше этих скоростей эффективнее двигатель внутреннего сгорания

С ростом скорости экономия топлива снижается, и при 6,8 узлах двигатель внутреннего сгорания становится эффективнее (пороговая скорость). Если электродвигатель работает от аккумуляторных батарей, а не напрямую от генератора, то из-за того, что КПД аккумуляторов составляет 80-90%, удельный расход топлива на валу возрастает, и пороговая скорость снижается до 5,4 узлов.

Так же, как и в двигателях внутреннего сгорания эффективность электродвигателей падает при небольших оборотах и низких нагрузках. Чем мощнее двигатель, тем выше скорость, при которой возрастают потери. Последовательный гибрид станет экономически оправданным, если большую часть времени судно будет двигаться со скоростью ниже пороговой, лишь иногда превышая ее.

Альтернативные источники энергии

В основе гибридной установки лежит шина, с помощью которой электродвигатель и бортовое оборудование подключают к источникам электрической энергии. Для катеров и яхт такие источники — это береговая сеть, солнечные панели, ветро или гидрогенератор. Каждый кВтч выработанный без помощи двигателя внутреннего сгорания снижает удельный расход топлива, а в некоторых случаях не моторные источники энергии компенсируют всю потребляемую мощность. Например:

  1. Небольшой паром, работающий на коротком маршруте,заряжает аккумуляторные батареи во время высадки и посадки пассажиров от береговой электрической сети. 20-30 минут работы мощного зарядного устройства достаточно, чтобы подготовить судно к новой поездке.
  2. На скоростных парусных катамаранах за счет регенерации судно создает большой запас энергии, который сохраняется в аккумуляторах и используется для питания электродвигателя. Свободная площадь на катамаране позволяет дополнительно устанавливать солнечные панели большой мощности.
  3. Электрический двигатель на яхте, часто используется только чтобы войти и выйти из гавани, а в остальное время яхта двигается под парусом.

Во всех трех примерах судно работает на электрической тяге, а генератор находится в резерве для аварийных ситуаций и длительных поездок. Чем меньше работает генератор во время движения судна, тем экономичнее гибридная установка. Суммарное удельное потребление топлива у нее будет ниже, чем у традиционной системы, несмотря на то, что во время работы генератора расход топлива может быть больше.

В настоящее время, кроме регенерации, которая используется только на парусных яхтах, основных источников альтернативной энергии два – солнце и ветер. Их полноценному использованию мешают два обстоятельства – низкая удельная мощность устройств, вырабатывающих электричество и невысокая плотность хранимой в аккумуляторах энергии.

Читать еще:  Греется двигатель при включенном кондиционере причины

Каждый раз, когда в водоизмещающем режиме судно разгоняется выше предельной скорости, его сопротивление резко возрастает, мощности, генерируемой не связанными с двигателем источниками энергии становится недостаточно и аккумуляторные батареи быстро разряжаются. Последовательная гибридная установка не может поддерживать длительное время скорость движения выше пороговой без использования генератора и в этом режиме проигрывает двигателю внутреннего сгорания.

Напряжение системы

Самое большое сечение кабеля которое без затруднений можно использовать на судне – 2/0 AWG (70 мм2). Такой кабель рассчитан на ток 300 А, что при напряжении 12 вольт эквивалентно потребляемой мощности 12 х 300 = 3600 Вт. Чтобы не превышать уровень 300 А и использовать более мощные устройства увеличивают напряжение в системе.

Последовательные гибридные системы на судах длиной более 25 футов (7,5метров) используют напряжения от 70 до 700 вольт. При токе 300 ампер это дает мощность до 200 кВт. Высокое напряжении заставляет тщательно учитывать вопросы безопасности и устанавливать большое количество последовательно соединенных аккумуляторов. Чем больше аккумуляторов, тем больше проблем с их балансировкой и контролем и тем больше число потенциальных точек отказа.

Моторы и генераторы

Мотор / генератор — это действительно одно и то же устройство, которое способно работать в двух противоположных режимах. Вопреки тому, что иногда думают некоторые люди, понятие «противоположный режим» никак не связано с направлениями вращения вала. Вал всегда вращается одинаково. Изменение направления происходит в потоке электричества. В качестве двигателя он потребляет электроэнергию (ток втекает в его контакты), чтобы производить механическую мощность, а в качестве генератора потребляет механическую энергию для производства электроэнергии (вытекает из его контактов).

Как вырабатывается электричество?

Простое объяснение этому заключается в том, что дизельные генераторы работают как электрические машины, которые преобразуют один источник энергии в другой вид энергии. В этом случае генератор энергии работает, беря механическую энергию и преобразовывая ее в электрическую энергию.

Вопреки тому, что многие могут предположить, на самом деле нет никакого реального «создания» электричества. Один электрический генератор или несколько синхронных генераторов не могут заставить электричество появляться из воздуха. Все это связано с теорией электромагнитной индукции Майкла Фарадея, о которой мы поговорим подробнее, пройдя по разным частям генератора.

Основные части дизельного генератора

Каждый дизель-генератор состоит как минимум из девяти различных частей, но самые важные части представлены ниже:

  • Дизель генератор переменного тока
  • Топливная система
  • Регулятор напряжения
  • Система охлаждения и выхлопная система
  • Система смазки
  • Зарядное устройство
  • Панель управления
  • Основная сборочная рама

Чтобы лучше понять, как работает генератор энергии для преобразования механической энергии в электрическую, мы рассмотрим роль всех этих компонентов, начиная с дизельного двигателя.

Дизельный двигатель

Это просто базовый дизельный двигатель, он ничем не отличается от тех, что встречаются в автомобилях, фургонах, грузовиках или других больших транспортных средствах. Это источник механической энергии, и размер двигателя имеет значение. Если вы хотите увеличить мощность генератора, вам нужен двигатель побольше. Чем больше двигатель, тем большую электрическую мощность вы можете произвести.

Генератор переменного тока

По сути, это компонент, который отвечает за выработку выходной мощности. Здесь мы видим, как в игру вступает понятие электромагнитной индукции.

Генератор переменного тока состоит из множества сложных компонентов, но одним из наиболее важных аспектов является ротор. Это вал, который вращается под действием механической энергии, подаваемой двигателем, вокруг него закреплено несколько постоянных магнитов. При этом это создает магнитное поле.

Это создаваемое магнитное поле постоянно вращается вокруг другой важной части генератора: статора. Проще говоря, это разновидность различных электрических проводников, которые плотно намотаны на железный сердечник. Здесь вещи начинают становиться немного более научными. Согласно принципу электромагнитной индукции, если электрический проводник остается неподвижным и магнитное поле движется вокруг него, то индуцируется электрический ток.

Таким образом, генератор использует механическую энергию, создаваемую дизельным двигателем, который приводит в движение ротор, создавая магнитное поле, которое движется вокруг статора, который, в свою очередь, генерирует переменный ток.

Топливная система

Топливная система в основном состоит из топливного бака с трубкой, соединяющей его с двигателем. Здесь дизельное топливо может подаваться непосредственно в двигатель, что затем запускает весь процесс, описанный выше. Размер топливного бака в конечном счете определяет, как долго генератор может оставаться активным.

Наш ассортимент бесшумных генераторов в кожухе обычно предоставляется с топливными баками, входящими в стандартную комплектацию электрогенератора. Если требуется большая вместимость топлива, мы можем спроектировать и изготовить сделанный на заказ расширенный базовый топливный бак, или агрегат можно прикрепить к дополнительному отдельно стоящему наливному топливному баку.

Для более крупных проектов генераторов энергии, которые требуют установки генератора в акустическом корпусе, отдельные топливные системы обычно устанавливаются или располагаются либо внутри корпуса, под корпусом, либо иногда даже в обоих.

Регулятор напряжения

Здесь у нас самая сложная часть электрического генератора. Регулятор напряжения служит одной довольно очевидной цели: регулировать выходное напряжение.

Читать еще:  601 двигатель мерседес датчик давления масла

Проще говоря, это гарантирует, что генератор производит электричество при хорошем постоянном напряжении. Без этого вы бы увидели огромные колебания в зависимости от того, насколько быстро работает двигатель. Излишне говорить, что все используемое нами электрооборудование не сможет справиться с таким нестабильным источником питания. Итак, эта часть творит чудеса, чтобы все было гладко и ровно.

Система охлаждения и выхлопная система

Оба эти компонента играют очень важную роль, и хорошая новость заключается в том, что их легко понять! Система охлаждения помогает предотвратить перегрев генератора. В генераторе циркулирует охлаждающая жидкость, которая нейтрализует всю дополнительную тепловую энергию, производимую двигателем и генератором. Затем охлаждающая жидкость забирает все это тепло через теплообменник и избавляется от него снаружи генератора.

Выхлопная система работает так же, как выхлопная система вашего автомобиля. Он забирает любые газы, образующиеся в дизельном двигателе, пропускает их через систему трубопроводов и выпускает их из генераторной установки.

Система смазки

Этот компонент крепится к двигателю и прокачивает через него масло, чтобы все детали работали плавно и не притирались друг к другу. Без этого двигатель сломается.

Зарядное устройство

Все дизельные двигатели нуждаются в крошечном электрическом двигателе, чтобы привести его в действие. Этот маленький мотор требует батареи, которая должна быть заряжена. Зарядное устройство сохраняет заряд батареи и заряжается от внешнего источника самого генератора.

Панель управления

Это просто, где генератор контролируется и работает. На генераторе с электрическим запуском (или с автоматическим запуском) вы найдете целый ряд элементов управления, которые позволяют вам делать разные вещи или проверять определенные цифры. Это может быть что угодно, от кнопки запуска и переключателя частоты, до индикатора уровня топлива в двигателе, индикатора температуры охлаждающей жидкости и многого другого.

Основная сборочная рама

Каждый генератор должен быть защищен от окружающей среды, и это основной каркас сборки. Здесь находится генератор и там, где собраны все разные части. Он держит все вместе, и это может быть открытый дизайн — или закрытый (навес) для дополнительной защиты и ослабления звука. Наружные генераторы, как правило, размещаются в защитной раме, защищающей от атмосферных воздействий для предотвращения повреждений.

Итог

Итак, вот как работает электрический генератор. Дизельный двигатель снабжает генератор механической энергией, которая затем преобразуется в электрический ток благодаря магнитному полю, создающему электромагнитную индукцию. Но теперь вы точно знаете, как это происходит, вместе со всеми различными частями внутри генератора энергии.

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. Такие источники электрической энергии применяются в домашних автономных электростанциях, приводимых в действие силой ветра или падающей воды.

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.

Все остальные свойства асинхронных генераторов являются отрицательными. К ним относится, например, практическая невозможность обеспечить номинальную промышленную частоту вырабатываемого тока. Поэтому их почти всегда сопрягают с выпрямительными устройствами и используют для зарядки аккумуляторных батарей.

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. Однако при этом полностью теряется преимущество «простоты схемы».

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.

ВТСП-технологии — будущее авиации

«Одна из главных причин резко возросшего спроса на электрические энергетические установки — экология, — поясняет Сергей Самойленков. — Это второе по значимости требование к гражданской авиации после безопасности. Ежегодный рост мирового авиапарка превышает шесть процентов, в связи с чем перед мировым парком коммерческой авиации стоит задача значительно снизить объем выбросов в атмосферу. Решение этой актуальной проблемы невозможно без улучшения топливной эффективности, внедрения новейших технологий».

Читать еще:  Что такое чип тюнинг двигателя и коробки

Охлаждение ротора требует разработки вращающегося ввода хладагента с вакуумным уплотнением, что значительно усложняет и утяжеляет конструкцию ротора. «СуперОкс» выбрала иной технологический подход, не требующий вращающегося криостата

По словам Самойленкова, использование ВТСП-технологии позволяет создать новые типы гибридных силовых установок, которые обеспечивают значительное увеличение удельной мощности систем электродвижения. Силовые установки на базе ВТСП более эффективны, безопасны и обеспечивают значительную экономию по сравнению с традиционными системами.

Крупнейшие мировые исследовательские институты и авиационные компании работают над перспективной задачей создания подобных систем. Например, Airbus выполняет исследования в области разработки электрического самолета, руководствуясь дорожной картой Европейской Комиссии Flightpath 2050 — Europe’s Vision for Aviation. Исследования касаются инженерных решений системного характера и призваны ответить на вопрос, когда можно создать эффективный самолет с электрической силовой установкой и какие для этого потребуются технологии. Один из ключевых элементов — электродвигатели высокой удельной мощности. Над созданием таких двигателей работают в нескольких странах.

Сборка и испытание генератора

Все что необходимо для того, чтобы сделать генератор из двигателя стиральной машинки мы подготовили, теперь можно приступать к процессу сборки. Отметим сразу, выполнять эту работу своими руками может только очень терпеливый человек. Магниты постоянно соскакивают и слипаются, клей летит во все стороны, попадая не только на руки, но и на лицо, поэтому будьте предельно осторожны и соблюдайте правила техники безопасности при работе с потенциально опасной химией. Делаем следующее:

  1. Начинаем изготавливать магнитный ротор двигателя, чтобы превратить его в генератор. На двигатель поперек клеим наш жестяной шаблон для магнитов.
  2. Самодельный генератор нуждается в магнитах, поэтому мы по заранее отмеченным рискам, садим на суперклей магниты в два ряда.

Важно! Расстояние между магнитами и угол должны быть одинаковыми, иначе в процессе работы генератора будут случаться частые залипания, сопровождающиеся падением мощности.

  1. Аккуратно заполняем пространство между магнитами тщательно размятой холодной сваркой. Она имеет консистенцию пластилина, поэтому проблем не должно возникнуть.
  2. Своими руками зашлифовываем генератор, изготовленный из двигателя стиральной машины наждачной бумагой. Для ускорения процесса можно зажать корпус в сверлильном станке, но можно сделать все своими руками без приспособлений, получится чуть дольше.

Изготавливать электрогенератор из мотора стиральной машины мы закончили, теперь можно приступать к долгожданным испытаниям. Для того чтобы проверить электрогенератор, нам потребуется:

  • выпрямитель;
  • контроллер заряда типа Солар;
  • мультиметр;
  • мотоциклетный аккумулятор;
  • сам электрогенератор.

Также нужно подумать, чем вы будете крутить генератор. Пальцами – не вариант, вы не сможете обеспечить достаточное количество оборотов. Лучше всего для этих целей использовать шуруповерт или электродрель. Находим на нашем генераторе два провода рабочей обмотки, а остальные обрезаем. Подключаем эти провода через выпрямитель к контроллеру заряда, а его в свою очередь подключаем к аккумулятору. Накидываем крокодильчики мультиметра на клеммы аккумулятора – вот все и готово для испытания генератора.

Заряжаем в патрон электродрели (можно шуруповерта), шкив генератора и раскручиваем его до 800-1000 оборотов. На выходе мы получаем 270 Вольт при умеренном залипании магнитов – не плохой результат.

Перспективы использования подобного генератора

Многие задаются вопросом, ну сделали мы такой генератор, и что, как его применить в домашнем хозяйстве, чтобы он пользу приносил? Лично мы делали данный генератор с прицелом на самостоятельное изготовления бензиновой электростанции из морально устаревшей, но рабочей советской бензопилы «Дружба». По нашим расчетам конструкция должна была получиться копеечной, чего не скажешь о заводских бензиновых станциях.

В итоге нам удалось реализовать нашу задумку. Мы соединили двигатель бензопилы с нашим генератором через приводной ремень, закрепив все на раме от все той же бензопилы. Даже не пришлось отдельно каркас варить. Наша электростанция работает исправно уже второй год, снабжая всех энергопотребителей в дачном домике. Мощности хватает, чтобы осветить две комнаты, обеспечить работу компьютера и телевизора.

Есть и другие варианты применения самодельного генератора. В статье ветрогенератор из двигателя стиральной машины красноречиво описан процесс изготовления установки, которая используя природную силу ветра, может снабдить энергией тот же дачный домик или гараж. Некоторые предлагают применить данный генератор для питания горнолыжного подъемника. В общем, подключите свою фантазию, и вы также найдете парочку способов.

В заключение отметим, изготовление самодельного генератора сопряжено с определенными трудностями. Основная трудность заключается в наклеивании магнитов при создании ротора. Но можно пойти и простым путем – заказать готовый магнитный ротор. В этом случае генератор обойдется вам рублей на 200 дороже, но времени вы сэкономите уйму.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector