Меню

Делаем генератор постоянного тока



Генератор своими руками: пошаговая инструкция по изготовлению в домашних условиях

Электроэнергия не всегда подается бесперебойно, например, из-за удаленного расположения ЛЭП от жилых построек. И когда то и дело отключают свет, наверняка вы задумывались о покупке генератора? Конечно, покупное устройство – недешевое решение, да и затраты не всегда оправданы. Более доступный вариант – изготовить генератор своими руками. Такое решение не требует больших вложений на сборку, может преобразовать энергию не только за счет дорогостоящего бензина, дизельного движка, но и более доступных – газа, пара и т.п.

Поэтому он решает проблему с перебоями электричества и экономит энную сумму в бюджете. Но как сделать действительно качественный генератор, какие еще у самоделки преимущества перед покупными устройствами? Мы поможем вам разобраться во всех нюансах – в этой статье приведем схемы сборки электрогенератора, принцип его работы, преимущества использования самоделки. Также рассмотрим пошаговую инструкцию по изготовлению генератора в домашних условиях.

Преимущества самодельного генератора

Самодельный генератор выигрывает у покупного более доступной стоимостью. Безусловно финансовая сторона важна, но устройство, сделанное своими руками – это прибор только с необходимыми и заявленными требованиями.

Стоит учесть, что выбранная конструкция непосредственно сказывается на КПД. Так в асинхронных генераторах потери КПД не превышают 5%. Лаконичность конструкции его корпуса с защитой мотора от влаги, грязи снижает потребность в частом техническом обслуживании. Асинхронный генератор более устойчив против скачков напряжения за счет выпрямителя на выходе, что предотвращает поломки подключенного оборудования.

Работа электрогенератора

Такое устройство эффективно питает сварочные аппараты, лампы накаливания, компьютерную и мобильную технику с чувствительностью к перепадам напряжения. Имеет хорошую производительность и моторесурс.

Прибор – хорошая альтернатива обычным источникам электропитания, выручает при аварийном отключении электричества, экономит средства. Мобилен, малогабаритен, с простой конструкцией, легко поддается ремонту – можно своими силами заменить вышедшие из строя детали, узлы.

Кроме прочего, самоделка обладает небольшими размерами, поэтому с легкостью устанавливается даже в небольших помещениях.

Размещение самодельного генератора

В зависимости от от используемого типа топлива генератор требует лишь соблюдения мер предосторожности в процессе использования.

Техника безопасности при использовании генератора

Разновидности генераторов электроэнергии

Обычно самодельный генератор в домашних условиях изготавливают на основе асинхронного двигателя, магнитным, паровым, на дровах.

Вариант #1 — асинхронный генератор

Устройство сможет вырабатывать напряжение 220-380 В, исходя из показателей выбранного мотора.

Для сборки такого генератора потребуется лишь запустить асинхронный двигатель, подключив конденсаторы к обмоткам.

Генератор на основе асинхронного двигателя самостоятельно синхронизируется, запускает роторные обмотки с постоянным магнитным полем.

Двигатель для асинхронного генератора

Если ротор короткозамкнутого типа, то обмотки возбуждаются при помощи остаточной силы намагниченности.

Вариант #2 — устройство на магнитах

Для магнитного генератора подходит коллекторный, шаговый (синхронный бесщеточный) двигатель и прочие.

Магнитный генератор 48-полюсной

В процессе сборки магниты крепятся на вращающуюся ось и устанавливаются в прямоугольную катушку. Последняя при вращении магнитов вырабатывает электростатическое поле.

Вариант #3 — паровой генератор

Для генератора на пару используют печь с водяным контуром. Работает устройство за счет тепловой энергии пара и турбинных лопастей.

Самодельный генератор на пару

Это замкнутая система с массивной немобильной установкой, требующей контроля и охлаждающего контура для превращения пара в воду.

Вариант #4 — устройство на дровах

Для генератора на дровах используют печи, включая походные. К стенкам печей закрепляют элементы Пельтье и располагают конструкцию в корпус радиатора.

Принцип работы генератора следующий: при нагревании поверхности проводниковых пластин с одной стороны другая охлаждается.

Самодельный генератор на дровах

На полюсах пластин появляется электрический ток. Наибольшая разница между температурами пластин обеспечивает генератор максимальной мощностью.

Агрегат более работоспособен при минусовых температурных режимах.

Принцип работы электрогенератора

Работа генераторов реализуется по принципу электромагнитной индукции, когда в замкнутой рамке происходит наводка тока за счет пересечения ее вращающимся магнитным полем. Магнитное поле создают обмотки либо постоянные магниты.

Когда из коллектора электродвижущая сила достигает замкнутого контура и узлов щетки, то ротор начинает вращаться сообща с магнитным потоком. Так создается напряжение в подпружиненных щетках, прижатых к коллекторам пластинчатого вида.

Далее электроток передается к выходным клеммам, проходит в сеть, распространяется по генератору.

Используют генераторы переменного и постоянного тока. Электрогенератор переменного тока малогабаритен, не образовывает вихревые токи, при этом имеет возможность функционировать в экстремальных температурах. Аппарат с постоянным током не требует тщательного контроля, обладает значительным числом ресурсов.

Конструкция генератора

Генератор переменного тока может быть как синхронным, так и асинхронным. Первый – с постоянным электрическим магнитом и количеством вращений статора равных роторным, формирующим магнитное поле. Преимуществами такого генератора называют стабильно высокое напряжение, к недостаткам относят перегрузку по токам из-за завышенной нагрузки на регулятор, повышающий ток обмотки ротора.

Конструкция асинхронного генератора: короткозамкнутый ротор, статор. Когда вращается ротор генератор индуцирует ток, а магнитное поле выдает напряжение синусоидального типа.

Пошаговая инструкция по сборке

Собирать генератор в домашних условиях необходимо после того, как подготовлен комплект из необходимых радиокомпонентов, электроинструментов и материалов.

Этап 1 – подготовка радиокомпонентов

Для сборки модуля механического генератора с электромагнитами потребуется двигатель. Для изготовления маломощного генератора можно использовать электродвигатель от стиралки типа «Ока», «Волга», насоса «Агидель» и прочие.

Ток, вырабатываемый мотором, определяет выбор деталей и узлов. Для преобразования тока из переменного в постоянный необходимы выпрямительные диоды, например, диодный мост высокой мощности в десятки ампер с напряжением не более 50 В. Для полярных конденсаторов постоянного тока важны сглаживающие фильтры со способностью выравнивать пульсацию напряжения постоянного характера.

Устройство самодельного ветрогенератора с пропеллерной вертушкой

В качестве дополнительной платы с USB-портом для подключения гаджетов выбирается устройство для преобразования напряжения в 1,5-20 В. Такой список радиокомпонентов достаточен для маломощного генератора напряжением до двух десятков вольт. В случае с асинхронным двигателем подключить мобильные устройства получится напрямую.

Этап 2 – подготовка инструментов и материалов

Из электроинструментов понадобится болгарка, в наборе которой есть отрезные диски по металлу, дереву и шлифовальный диск (твердый или круг-наждачка).

Также необходима электрическая дрель со сверлами по металлу. Может понадобиться перфоратор с ударными сверлами, коронками по бетону. Иногда перфоратор комплектуется переходником с простыми, коническими сверлами, коронками по дереву. Также пригодится шуруповерт с головками под переходник-гайковерт, головкой под гайки.

Для сборки каркаса генератора потребуются материалы. Их выбирают по своему усмотрению. Это может быть трубный прокат разного диаметра, металлическая арматура, профиль и т.п.

Инструментарий для сборки

Для соединения запасаются крепежами – гайками, шайбами, саморезами, болтами. Это универсальный набор инвентаря, собрав который, можно приступать к изготовлению генераторной установки своими руками.

Этап 3 – подготовительные работы

После подготовки инструментов и материалов приступают к подготовительным работам. Они необходимы перед сборкой генератора потому, что включают первоначальный расчет мощности устройства.

Рассчитывают мощность, подключая двигатель в сеть. Количество выдаваемых вращений определят мощность мотора. Иногда для измерений используют тахометр, а к полученным данным прибавляют 10% для компенсации нагрузки (предотвращение перегрева мотора при использовании).

После того, как мощность точно подсчитана, подбирают конденсатор соответственно ранее полученным данным мощности двигателя.

Конденсаторы двигателя

В завершение подготовительных работ продумывают заземление будущего генератора. Этот процесс помогает избежать травматических ситуаций, продлить эксплуатационные сроки генератора.

Этап 4 – изучение схемы звезда и треугольник

Чтобы собрать генератор в 220, требуется схемы-аналоги производственной модели – звезда или треугольник.

Схемы сборки звезда и треугольник

По схеме звезды электросоединение выполняют для каждого из концов обмоток одной точки, для треугольника – соединение последовательного типа.

Этап 5 – непосредственно сборка

Рассмотрим несколько вариантов сборки электрогенератора.

Сборка асинхронного генератора

Изготовление асинхронного генератора не требует переточки ротора под неодимовые магниты, поэтому схему устройства называют переделкой готового асинхронного мотора. В таком варианте нет необходимости в питании роторной обмотки, она снимается с двигателя, а ось ротора протачивается для плоских магнитов.

По схеме сборки асинхронного генератора мощность устройства достигает от 2 до 5 киловатт при емкости конденсаторов от 28 до 138 микрофарад. Для того, чтобы напряжение было статичным, необходима емкость, в зависимости от планируемой нагрузки на генератор.

Сборка агрегата происходит в три этапа. Первый предполагает собрать одну несущую конструкцию, установив в нее двигатель с приводом передаточного типа.

Подключение обмоток по схеме треугольник

На втором этапе подключают переменные и неполярные конденсаторы к обмоткам. Последние включаются по схеме звезда, когда часть концов соединяют к центру корпуса, а остальные выводятся отдельно.

В заключении к вершинам конденсатора присоединяют свободные обмоточные концы согласно схемы треугольник.

Подключение переменных и неполярных конденсаторов

Перед первым запуском новое устройство тестируется, например, обычной лампочкой накаливания в два-три десятка ватт. Это необходимо для проверки генератора на способность обеспечивать бесперебойной выдачей напряжения, 3000 оборотов в одну минуту.

Читайте также:  Магнитные плиты постоянного тока

Собираем генератор на дровах

Сборку дровяного генератора рассмотрим на примере буржуйки. Порядок сборки такой: в начале радиатор размещается на стенках буржуйки так, чтобы шипы смотрели внутрь. Далее, в зависимости от размеров радиатора, устанавливаются элементы Пельтье, к одному из которых в последующем крепят еще один радиатор.

Такую установку лучше расположить в тени, возле неутепленной стены небольшой толщины, что обеспечит максимальное охлаждение.

Для запуска генератора на дровах поджигают поленья. Разгораясь они нагревают стенки печки, которые заставляют элемент Пельтье выдавать максимальную мощность. Охлаждается генератор холодным уличным воздухом.

У нас на сайте есть подробная инструкция по изготовлению древесного газогенератора своими руками.

Нюансы сборки коллекторного генератора

Коллекторный генератор собирают по следующей схеме: сначала размещают мотор коллекторного типа на несущую раму, иную конструкцию.

Потом присоединяют к выводам мотора сглаживающий конденсатор, плату DC-инверторного преобразователя. Конденсатор должен быть постоянного тока.

Сборка коллекторного генератора

Следующим шагом, если нет USB-порта, будет его подсоединение к выходу от DC-платы. К такому генератору можно подключать мобильные устройства.

Располагается конструкция генератора на велосипедной раме или ветряке.

Установка генератора на велосипеде

Вместо коллекторного можно поставить шаговый мотор с более высоким КПД и сроком службы от 10 лет. Предпочтительно выбирать модели с напряжением в 12 В и током от 1,8 до 4,2 ампера. В таких моторах обмоток от 2 до 4, их подключают последовательно для напряжения в 24, 36, 48 В. Если мотор подключают параллельное, то на выходе получается ампераж в большом значении. В связи с этим до нужного напряжения генератор будет разгоняться сложнее.

Помимо этих вариантов у нас на сайте есть подробные инструкции по сборке ветрогенератора и водородного генератора.

Рекомендации по безопасной эксплуатации

Для генераторов, которые будут использоваться в уличной среде, например, ветряная электростанция, велогенератор, следует создать защиту от осадков, пыли, грязи. Устройство размещают в специальном отдельном корпусе.

Если генератор будет работать на улице в многочасовом режиме, испытывая каждодневные нагрузки, ему необходима регулярная смазка подшипников. Манипуляции проводят один-два раза в пол года.

Не допустимо короткое замыкание: проводов двигателя, вспомогательной радиоэлектроники, полупроводников. Это может привести к тому, что сгорят замкнутые обмотки.

Ремонт двигателя

Ремонт двигателя может осложняться трудностью доступа к внутренним узлам из-за силы ротора, тормозящей вращение пропорционально нагрузке. Для предотвращения таких ситуаций следует постоянно контролировать температуру двигателя, не давая ему перегреваться.

Также следует постараться не использовать устройство продолжительное время: чем дольше генератор в работе, тем его мощность меньше. Значение оптимальной температуры двигателя от 40 до 45 градусов.

Для самодельного генератора без автоматических приборов управления требуется постоянный пользовательский контроль, в том числе для снятия данных.

Если сборка и использование самодельного электрогенератора вам кажется сложным, рекомендуем присмотреться к покупным аналогам – в следующей статье приведен рейтинг газовых генераторов электроэнергии.

Выводы и полезное видео по теме

Тем не менее, генератор, изготовленный в домашних условиях – это резервный источник электропитания с хорошей производительностью, моторесурсом и экономической выгодой. Даже маломощные генераторы обеспечивают приборы и оборудование работоспособностью, поддерживают на должном уровне комфорт в частном доме, квартире в черте города или за его пределами. Для того, чтобы сделать самодельный генератор, потребуется всего лишь определиться с его конструкцией, видом устройства и подобрать необходимые детали.

А может быть у вас есть свои способы изготовления генератора своими руками или даже хитрости? Поделитесь, пожалуйста, секретами. Это можно сделать в комментариях к данной статье, в блоке, расположенном ниже.

Видео об изготовлении ручного электрогенератора:

Собираем ветрогенератор своими руками:

Генератор, изготовленный в домашних условиях – это резервный источник электропитания с хорошей производительностью, моторесурсом. Даже маломощные генераторы обеспечивают приборы и оборудование работоспособностью, поддерживают на должном уровне комфорт в частном доме, квартире в черте города или за его пределами. Для того, чтобы собрать самодельный генератор, потребуется определиться с его конструкцией, видом и подобрать необходимые детали.

У вас есть опыт изготовления генератора своими руками? Поделитесь своими рекомендациями с другими посетителями нашего сайта. Это можно сделать в комментариях к данной статье – блок расположен ниже. Также здесь вы можете добавить уникальные фото самодельного электрогенератора.

Источник

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.

Устройство генератора постоянного тока

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.

Принцип действия генератора постоянного тока

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.

Читайте также:  Преобразователь переменного тока в пульсирующий

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 и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Источник

Как сделать генератор своими руками?

Электроэнергия от ближайшей ЛЭП не всегда подаётся бесперебойно. В дачных посёлках, где отключение света на один или несколько часов – частое явление, исключить перерывы с электроснабжением помогают генераторы. При наличии некоторых умений их можно сделать своими руками.

Особенности самодельных генераторов

Главная особенность, из-за которой многие пользователи всевозможных гаджетов решаются на подобную «самоделку» – возможность довести генератор до мощности, которой хватит не только на то, чтобы подзарядить мобильник, но и на снабжение ноутбука, телевизора и даже самодельной мини-морозилки, не говоря о десятке светодиодных ламп. Как правило, выбирается вариант устройства с наибольшей отдачей на выходе и наименьшими прилагаемыми усилиями.

Основой в любом случае является обратимый двигатель, работающий не только на превращение электричества в кинетическую (механическую) энергию, но и наоборот.

Чтобы изготовить такое устройство, пользователь должен обладать следующими познаниями.

  • Разбираться в электросхемах, уметь их читать. По одной из них и собирается подобное устройство.
  • Иметь представление о том, как работает электрогенератор. В основе его работы лежит закон Фарадея: число магнитных линий постоянного магнита, пронизывающего контур, должно меняться, иначе электричество вырабатываться не будет.
  • Обладать навыками электромонтажных и слесарных работ, уметь обращаться с электроинструментами. Раньше, в советское время, обязательной частью образовательной программы являлась не только физика, но и сопромат (раздел науки о сопротивлении материалов). Дело в том, что неправильно выбранные элементы несущих конструкций, соединённые между собой не так, как это требуется, при активной нагрузке быстро деформируются.

При наличии всех вышеперечисленных знаний и желания пользователь легко соберёт устройство, экономящее (по сравнению с промышленным) не один десяток тысяч рублей.

Изготовление

Сделать своими руками электрогенератор в домашних условиях несложно. Простой магнитный генератор собирается на основе любого из готовых двигателей: коллекторного, шагового и т. д. Собрать с нуля такую «самоделку» также можно, закрепив магниты на вращающейся оси и поместив их в прямоугольную катушку, вырабатывающую при их вращении электростатическое поле.

Электрогенератор на дровах – это, по сути, печь (в том числе и походная), на стенках которой закреплены элементы Пельтье, закрытые радиаторами. Суть эффекта Пельтье заключается в том, что пластины из разных проводников с одной стороны нагреваются, а с другой – охлаждаются. Это приводит к появлению электрического тока на полюсах такой пластины. Лучше всего подобная печь-генератор работает на морозе: наибольшая разница температур с каждой из сторон пластины приводит к выработке предельной мощности.

Паровой генератор – это классическая ТЭС в мини-исполнении. Печь с водяным контуром вырабатывает пар, подающийся на лопасти турбины. Тепловая энергия пара заставляет турбину крутить мотор-генератор, чей вал жёстко соединён с валом самой турбины. Такая система является замкнутой: она требует периодического контроля со стороны, а также наличия охлаждающего контура, в котором пар переконденсируется обратно в воду.

Подобная установка весьма массивна, в поход вы её с собой не возьмёте.

Генератор на базе асинхронного двигателя, работающего от сетевых 220 вольт – это устройство с тремя разнесёнными обмотками статора (неподвижной части мотора). Поскольку сам мотор работает от 220 или 380 (в трёхфазной сети) вольт, то и вырабатывать он будет такое же напряжение, стоит только раскрутить его вал хотя бы до 50 оборотов в секунду. Собирать его незачем: чтобы задействовать готовый агрегат, к обмоткам всего-навсего потребуется подключить дополнительные конденсаторы.

Инструменты и материалы

В качестве рабочего модуля электромагнитного (механического) генератора берётся подходящий двигатель. Используются двигатели нескольких типов: коллекторный (щёточный), бесколлекторный, шаговый (щётки и кольца не используются), синхронный и асинхронный. В зависимости от того, какой ток вырабатывается, применяют следующие детали и узлы.

  • Диоды выпрямительные. Преобразуют переменный ток в постоянный. В продаже имеются высокомощные диодные мосты, рассчитанные на ток в десятки ампер и напряжение до 50 В.
  • Полярные конденсаторы. Рассчитаны на постоянный ток. Играют роль сглаживающего фильтра, выравнивающего пульсации постоянного напряжения.
  • Дополнительная плата с USB-портом – преобразует напряжение в 1,5-20 вольт в нужные смартфонам, планшетам и большинству ноутбуков 5. Заказывается на AliExpress и в других интернет-магазинах.

Все эти радиокомпоненты нужны, когда мотор-генератор выдаёт не более пары десятков вольт.

Использование же, например, асинхронного двигателя потребует подключения ваших гаджетов и других устройств в обычном режиме – как от бытовой розетки.

Вспомогательные материалы могут быть любыми, так как они играют роль несущей конструкции:

  • деревянные бруски;
  • металлическая арматура;
  • профили;
  • крепёжные соединения (болты с гайками и шайбами, хомуты, скобы, струбцины, кронштейны, саморезы);
  • трубы любого диаметра и т. д.

В качестве электроинструментов применяются следующие изделия.

  • Болгарка с набором отрезных дисков (по металлу и по дереву) и шлифдиском (поставляется в виде наждачки-круга или универсального твёрдого диска).
  • Электродрель с набором свёрл по металлу. Если устанавливается, например, ветрогенератор с опорой на стене дома, то может потребоваться стандартный перфоратор с набором ударных свёрл и/или коронок по бетону. Перфоратор может также комплектоваться переходником под простые или конические свёрла и коронки по дереву.
  • Шуруповёрт. Потребуется, когда конструкция массивная, а вкрутить саморезы нужно в количестве от нескольких десятков. Может комплектоваться головками под переходник-гайковёрт или универсальной головкой под гайки, напоминающей разводной ключ.

Подготовив нужный инвентарь, приступим к процессу изготовления генераторной установки.

Схема сборки

Асинхронный генератор обладает свойством самосинхронизации: включение в работу без питания роторной обмотки, в которой возбуждается постоянное магнитное поле. Самовозбуждение обмотки короткозамкнутого ротора производится за счёт явления остаточной намагниченности. Чтобы собрать асинхронный генератор, следуйте нижеописанной инструкции.

  1. Разместите двигатель и передаточный привод на одной несущей конструкции.
  2. Подключите к обмоткам переменные (неполярные) конденсаторы. Сами обмотки включены по схеме «звезда»: одни их концы сходятся в центре (на корпус), другие же выведены отдельно.
  3. Конденсаторы соединятся по схеме «треугольник»: к его вершинам и подключаются свободные концы обмоток. Мощность двигателя – 2-5 киловатт, ёмкость конденсаторов – 28-138 микрофарад. Подберите такую ёмкость, чтобы вырабатываемое напряжение не снижалось – в зависимости от нагрузки, которую планируется использовать.

Перед запуском генератора произведите его тестирование. Тест можно выполнить с помощью обычной лампочки накаливания на несколько десятков ватт. Задача – обеспечить бесперебойную выдачу вырабатываемого напряжения. Потребуется установка, способная выдать 3000 оборотов в минуту. Например, мощный ветряк с редуктором (или цепным приводом), топливный двигатель от любого агрегата, гидротурбина на речке и т. д.

Дело в том, что человек в одиночку не сможет раскрутить любой мотор-генератор на мощность свыше 150 Вт, какие бы усилия ни прилагал. Здесь его возможности ограничены.

Изготовление асинхронного генератора – это простейшая переделка схемы готового такого же двигателя. Переточки ротора под неодимовые магниты не требуется, чего не скажешь об автомобильном генераторе, в котором питание роторной обмотки производится от аккумулятора. Кстати, большинство современных автомобильных генераторов выполняется на основе синхронного двигателя, в котором число оборотов в минуту жёстко связано с частотой вырабатываемого тока. Чтобы избавиться от необходимости питать обмотку ротора, можно переделать двигатель, сняв эту обмотку и проточив ось ротора под плоские магниты.

Читайте также:  Какова частота промышленного переменного электрического тока в нашей стране

Для сборки генератора на дровах сделайте следующее.

  1. На стенке буржуйки или пиролизной печи поместите радиатор «шипами» внутрь.
  2. Смонтируйте на нём один или несколько элементов Пельтье, ориентируясь по площади радиатора.
  3. Прикрепите к элементу Пельтье ещё один радиатор.
  4. Расположите установку на теневой стороне дома в специально отведённом месте. Стена не должна иметь утепления, а также быть слишком толстой в данной точке, поскольку нужен доступ к уличному холоду. Идеальный вариант – техническое помещение-отсек для такой печки, в котором есть втяжной вентканал для горения дров. Радиатор располагают рядом с ним с холодной стороны.

Запуск такого генератора осуществляется при поджигании дров. Когда дрова разгорятся, элемент Пельтье выдаст максимальную мощность. Он будет охлаждаться холодным воздухом, заходящим с улицы. Процесс же нагрева обеспечит стенка печки.

Для сборки коллекторного генератора рекомендуется воспользоваться следующей инструкцией.

  1. Поместите коллекторный мотор на несущую раму или другую конструкцию.
  2. Присоедините к его выводам сглаживающий конденсатор постоянного тока и плату преобразователя (DC-инвертор).
  3. Подсоедините к выходу DC-платы USB-порт (если она им не укомплектована).
  4. Расположите генератор на раме велосипеда либо изготовьте «ветряк» для него (например, из деталей от вентилятора с вышедшим из строя двигателем). В последнем случае для удобства «ветряка» размещают флюгер-хвостовик, поворачивающий конструкцию в ту сторону, куда дует ветер.

Подключите смартфон, планшет, мобильник, смарт-часы или иное устройство. Моторчик от принтера, например, вырабатывает до нескольких ватт мощности: так, при 12 вольтах, на которые он рассчитан, ток может достигать 600 миллиампер. Недостатки коллекторных двигателей: низкий КПД и частая замена щёток.

Работая каждый день по нескольку часов, щётки прослужат максимум 2-3 месяца.

Вместо коллекторного электродвигателя используйте шаговый: его КПД значительно выше, он способен прослужить не один десяток лет. В интернет-магазинах полно моделей, дающих напряжение в 12 вольт и ток в 1,8-4,2 ампера. Обмоток у шагового двигателя может быть 2, 3 или 4. Включив их последовательно, вы получите 24, 36 или 48 В. Параллельное включение даст пропорционально больший ампераж. «Разогнать» генератор до нужного номинала напряжения будет сложнее.

Рекомендации по эксплуатации

Используемый в уличных условиях генератор (ветряная электростанция для частного дома, велогенератор) рекомендуется защитить от дождя, дорожной грязи и других посторонних частиц, поместив его в отдельный корпус.

Устройство, работающее в уличных условиях в режиме многочасовой каждодневной нагрузки, нуждается в регулярной (хотя бы раз в полгода) смазке подшипников. Они, в свою очередь, есть в каждом моторе-генераторе.

Не допускается замыкание накоротко выводов двигателя и вспомогательной электроники. Замкнутый двигатель раскрутить в несколько раз сложнее за счёт тормозящей вращение ротора силы, пропорциональной нагрузке. Обмотки, замкнутые накоротко при крутящемся вале, могут сгореть. Полупроводниковая электроника (солнечные батареи, элементы Пельтье) тоже быстро выходит из строя, будучи замкнутой.

О том, как сделать генератор своими руками, смотрите далее.

Источник

Генератор постоянного тока.

Давайте разберем принцип действия генератора постоянного тока, познакомимся с его конструктивными особенностями и принципом действия.

Генератор постоянного тока работает основываясь на использовании закона электромагнитной индукции. Согласно этому закону, в проводнике, который движется в магнитном поле и пересекает магнитный поток, индуцируется ЭДС.

Магнитопровод по которому замыкается магнитный поток является одной из основных частей генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Магнитная цепь генератора постоянного тока (изображен на рисунке 1) состоит из неподвижной части — статора (1) и вращающейся части — ротора (4).

Статор представляет собой стальной корпус, к которому присоединены остальные детали машины, в том числе магнитные полюсы (2). На магнитные полюсы насажена обмотка возбуждения (3), которая питается постоянным током и создает основной магнитный поток Ф0.

Магнитная цепь генератора постоянного тока с четырьмя полюсами.

Генератор постоянного тока

Листы, из которых собирается магнитная цепь ротора: а — с открытыми пазами, б — с полузакрытыми пазами

Ротор машины собирают из штампованных стальных листов с пазами по окружности и с отверстиями, предназначенными для вала и вентиляции. Рабочая обмотка генератора постоянного тока вставляется в пазы ротора (5 на изображении 1). Этой обмоткой индуцируется ЭДС основным магнитным потоком. Обмотку также называют обмоткой якоря, поэтому ротор генератора постоянного тока принято называть якорем.

Значение ЭДС генератора постоянного тока может изменяться, но ее полярность остается величиной постоянной. Принцип действия генератора постоянного тока изображен на рисунке 3.

Магнитный поток создается полюсами постоянного магнита. Допустим, обмотка якоря состоит из одного витка, у которого концы присоединены к различным полукольцам, находящимся в изоляции друг от друга. Из этих полуколец формируется коллектор, совершающий вращения вместе с витком обмотки якоря. Одновременно с этим вдоль коллектора двигаются неподвижные щетки.

При вращении витка в магнитном поле в нем индуцируется ЭДС: e = B*l*v

  • где В — магнитная индукция, l — длина проводника, v — его линейная скорость.

При совпадении плоскости витка с плоскостью осевой линии полюсов (при этом виток расположен вертикально), проводники пересекают максимальный магнитный поток. В это время в них индуцируется максимальный показатель ЭДС. В том случае когда виток принимает горизонтальное положение, ЭДС в проводниках равна нулю.

В проводнике направление ЭДС определяется по правилу правой руки (на рисунке 3 оно показано в виде стрелок). Когда при вращении витка проводник переходит под другой полюс, направление ЭДС в нем меняется на обратное. Но поскольку коллектор вращается вместе с витком, а щетки неподвижны, то к верхней щетке всегда присоединен проводник, который находится под северным полюсом, ЭДС которого направлена от щетки. В результате полярность щеток остается неизменной, а следовательно, остается неизменной по направлению ЭДС на щетках — е (рисунок 4).

Простейший генератор постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Изменение во времени ЭДС простейшего генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Несмотря на то что ЭДС простейшего генератора постоянного тока постоянна в направлении, по своему значению она изменяется. Поскольку за один оборот витка ЭДС принимает 2 раза значение равное нулю и 2 раза максимальное. Для большинства приемников постоянного тока ЭДС с такой большой пульсацией непригодна и, строго говоря, ее нельзя назвать постоянной.

Чтобы уменьшить пульсацию, обмотку якоря генератора постоянного тока делают из большого числа витков (катушек), а коллектор из большого числа коллекторных пластин, которые изолированы друг от друга.

Генератор постоянного тока

Для того чтобы рассмотреть подробнее процесс сглаживания пульсаций возьмем в качестве примера обмотку кольцевого якоря (рисунок 5). Она состоит из четырех катушек (1, 2, 3, 4), по два витка в каждой. Якорь двигается по направлению часовой стрелки с частотой n и в проводниках обмотки якоря, которые расположены на внешней стороне якоря, индуцируется ЭДС (направление движения указано стрелками).

Обмотка якоря представляет собой замкнутую цепь, которая состоит из последовательно соединенных витков. При этом обмотка якоря относительно щеток представляет собой две параллельные ветви. На рисунке 5а одна параллельная ветвь состоит из катушки 2, вторая из катушки 4 (в катушках 1 и 3 ЭДС не индуцируется, и они обеими концами соединены с одной щеткой). На рисунке 5б якорь изображен в положении, которое он занимает через 1/8 оборота. В этом положении одна параллельная ветвь обмотки якоря состоит из последовательно включенных катушек 1 и 2, а вторая из последовательно включенных катушек 3 и 4.

Схема простейшего генератора постоянного тока с кольцевым якорем.

Генератор постоянного тока

При вращении якоря по отношению к щеткам каждая катушка имеет постоянную полярность.

На рисунке 6а показано как при вращении якоря изменяется ЭДС катушек во времени. ЭДС на щетках равна ЭДС каждой из параллельных ветвей обмотки якоря.

Из рисунка 5 видно, что ЭДС параллельной ветви равна или сумме ЭДС двух соседних катушек или ЭДС одной катушки:

Генератор постоянного тока

Как результат этого, заметно уменьшаются пульсации ЭДС обмотки якоря (рисунок 6б). А значит увеличивая количество витков и коллекторных пластин можно получить практически постоянную ЭДС обмотки якоря.

Изменение во времени ЭДС катушек и обмотки кольцевого якоря.

Источник

Adblock
detector