Электрогенератор своими руками: делаем простые и эффективные модели в домашних условиях

Оценка уровня эффективности – выгодно ли это?

Генерация электрического тока электродвигателем вполне реальна и реализуема на практике, основной вопрос заключается в том, насколько это выгодно?

Сравнение осуществляется в первую очередь с синхронной разновидностью аналогичного устройства, в котором отсутствует электрическая цепь возбуждения, но несмотря на этот факт, его устройство и конструкция не являются более простыми.

Обуславливается это наличием конденсаторной батареи, являющейся крайне сложным в техническом плане элементом, который отсутствует у асинхронного генератора.

Основное преимущество асинхронного устройства заключается в том, что имеющиеся в наличии конденсаторы не требуют какого-либо обслуживания, поскольку вся энергия передается от магнитного поля ротора и тока, который вырабатывается в ходе функционирования генератора.

Создаваемый во время работы электрический ток фактически не имеет высших гармоник, что является еще одним значимым преимуществом.

Иных плюсов, кроме названных, асинхронные устройства не имеют, но зато обладают рядом существенных недостатков:

1. В ходе их функционирования отсутствует возможность по обеспечению номинальных промышленных параметров электрического тока, который вырабатывается генератором.
2. Высокая степень чувствительности даже к малейшим перепадам параметров рабочих нагрузок.
3. При превышении параметров допустимых нагрузок на генератор, будет зафиксирована нехватка электричества, после чего подзарядка станет невозможной и процесс генерации будет остановлен. Для устранения этого недостатка, часто используют батареи со значительной емкостью, которые имеют особенность изменять свой объем в зависимости от величины оказываемых нагрузок.

Электрический ток, который вырабатывается асинхронным генератором, подвержен частым изменениям, природа которых неизвестна, она носит случайный характер и никак не объясняется научными доводами.

Невозможность учета и соответствующей компенсации таких изменений объясняет то факт, что подобные устройства не обрели популярность и не получили особого распространения в наиболее серьезных отраслях промышленности или бытовых делах.

Способы возбуждения синхронных генераторов

Самым распространенным способом создания основного магнитного потока синхронных генераторов является электромагнитное возбуждение, состоящее в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения, при прохождении по которой постоянного тока, возникает МДС, создающая в генераторе магнитное поле.
До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись преимущественно специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения, называемые возбудителями В (рис. 1.3, а). Обмотка возбуждения (ОВ) получает питание от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ).
Ротор синхронного генератора, возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронного генератора поступает через контактные кольца и щётки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя r₁ и подвозбудителя r₂ .
В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.

В синхронных генераторах получила применение также бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе. В качестве возбудителя в этом случае применяют обращенный синхронный генератор переменного тока В (рис. 1.3, б). Трехфазная обмотка 2 возбудителя, в которой наводится переменная ЭДС, расположена на роторе и вращается вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора и их электрическое соединение осуществляется через вращающийся выпрямитель 3 непосредственно, без контактных колец и щёток. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя В осуществляется от подвозбудителя ПВ – генератора постоянного
тока. Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронного генератора позволяет повысить её эксплуатационную надёжность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в этом числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 1.4, а), когда
энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий
трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь ПП преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.

На рис. 1.4, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на входе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты (БЗ), обеспечивающий защиту обмотки возбуждения (ОВ) от перенапряжения и токовой перегрузки.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5 % полезной мощности (меньшее значение относится к генераторам большой мощности).
В генераторах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, расположенными на роторе машины. Такой способ возбуждения даёт возможность избавить генератор от обмотки возбуждения. В результате конструкция генератора существенно упрощается, становится более экономичной и надёжной. Однако, из-за высокой стоимости материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постоянными магнитами ограничено машинами мощностью не более нескольких киловатт.

Синхронные генераторы составляют основу электроэнергетики, так как практически вся электроэнергия во всём мире вырабатывается посредством синхронных турбо- или гидрогенераторов.

Так же синхронные генераторы находят широкое применение в составе стационарных и передвижных электроустановок или станций в комплекте с дизельными и бензиновыми двигателями.

Как сделать своими руками?

Для начала стоит уточнить, что с нуля создать асинхронную мобильную станцию не получится. Максимум, что можно сделать, – это изготовить ротор без переделки или модернизировать двигатель асинхронного типа в альтернативную конструкцию.

Для проведения работ по модернизации ротора достаточно запастись готовым статором от мотора и провести ряд экспериментов. Главная идея сборки самодельного генератора заключается в использовании неодимовых магнитов. С их помощью удастся обеспечить ротор необходимым количеством полюсов для выработки электрической энергии.

Посредством наклеивания магнитов на заготовку, которую предварительно необходимо посадить на вал, и соблюдения полярности и угла сдвига получится добиться нужного результата. Магнитов потребуется много, минимальное количество составляет 128 штук. Готовая конструкция ротора подгоняется к статору. При выполнении этой процедуры необходимо предусмотреть зазор между зубцами и магнитными полюсами ротора. Он должен быть минимальным.

В процессе важно регулярно охлаждать конструкцию, чтобы предотвратить появление деформаций и утерю магнитных свойств. Если все сделано правильно, то генератор будет работать исправно

В процессе создания асинхронного генератора может возникнуть только одна проблема. В домашних условиях трудно изготовить идеальную конструкцию ротора, поэтому если есть возможность воспользоваться токарным станком, то лучше ею не пренебрегать. Кроме того, на подгонку деталей и их доработку потребуется много времени.

Еще один вариант, с помощью которого можно получить генератор, – это преобразование асинхронного двигателя, используемого в автомобилях. Дополнительно следует приобрести электромагнит, мощность которого будет соответствовать требованиям по отношению к будущему оборудованию. Стоит отметить, что при поиске двигателя нужно учитывать, чтобы его мощность была на половину выше показателя, которого хочется добиться в генераторе.

Чтобы получить нужную конструкцию и организовать ее эффективную работу, потребуется приобрести 3 модели конденсаторов. Каждый элемент должен быть способен выдержать напряжение в 600 и более В.

Реактивная мощность генератора асинхронного типа имеет связь с емкостью конденсатора, поэтому вычислить ее можно по формуле. Стоит отметить, что при повышении нагрузки мощность генератора растет. Таким образом, чтобы добиться стабильного напряжения в сети, потребуется увеличить емкость конденсаторов.

Про принцип работы асинхронного генератора смотрите в следующем видео.

Виды

3-фазные генераторы переменного тока не имеют сильных различий между собой. Они отличаются лишь мощностью и особенностями конструкции.

По мощности вырабатываемого тока они бывают:

• 5 кВт;
• 6 кВт;
• 10 кВт;
• 12 кВт;
• 15 кВт и более.

Кроме того, реальная выходная мощность зависит от многих факторов, таких как качество и чистота топлива, состояние атмосферы (на холоде и при высокой влажности мощность уменьшается) и тому подобное.

По виду применяемого топлива генераторы бывают:

• дизельные;
• бензиновые;
• работающие на дровах или природном газе.

Наибольшее распространение получили первые 2 варианта. При этом дизельные, в силу своей конструкции, надежнее, поскольку работают без системы зажигания. Еще они более экономичные. Бензиновые, в свою очередь, легче запускаются в сложных условиях.

По принципу действия генераторы бывают синхронные и асинхронные.

Синхронные. Их достоинство – могут выдержать кратковременную перегрузку в 5-6 раз. Такое бывает при запуске некоторых типов электродвигателей и другого мощного оборудования, когда пусковые токи значительно превышают номинальные. Но у них есть недостатки – это большие габариты и масса, а также меньшая надежность по сравнению с асинхронными собратьями.

Также генераторы могут обладать дополнительными функциями:

• возможность подключения дополнительных линий для увеличения нагрузочной способности;
• регулировка характеристик выходного тока (например, его формы);
• наличие электромагнитного реле-регулятора.

По назначению генераторы бывают:

• основные;
• вспомогательные.

Они различаются только способом подключения.

Это все, что касается классификации генераторов. Теперь давайте поговорим о выборе этого устройства.

Какими бывают?

Моделей генераторов на рынке представлено достаточно много, между собой они отличаются по типу конструкции и принципу действия. Анализируя эту информацию, можно выбрать наиболее эффективный и подходящий вариант для дома. В целом можно разделить генераторы на три основных типа:

• маятниковый;
• магнитный;
• ртутный.

Генератор «Вега» работает на магнитах, он был изобретен двумя учеными – Адамсом и Бедини. Магнитный ротор имеет одноименную полюсную ориентацию, вращение создает синхронное магнитное поле. На статоре ЭДС предусмотрено несколько обмоток, а поддержка осуществляется с помощью коротких магнитных импульсов.

«Вега» – рабочая аббревиатура от вертикального генератора Адамса, он подойдет для частных домов и небольших построек, даже для моторной лодки можно собрать двигатель на основе этой конструкции. Кратковременные импульсы генерируют необходимый уровень напряжения, стимулирующего подзарядку аккумулятора во время работы. В зависимости от мощности выбранных компонентов, может расширяться и сфера использования данного генератора.

Тесла – известный физик, конструкция его генератора наиболее простая. В неё входят такие компоненты.

1. Конденсатор, чтобы успешно копить и сохранять электрический заряд.
2. Заземление для контакта с землей.
3. Приемник. Для него используются только проводящие материалы, основа обязательно должна быть диэлектрической. Изолирование на финальном этапе обязательно.

Приемник получает электроэнергию, за счет наличия в конструкции конденсатора заряд скапливается на пластинах. С его помощью можно подключить к генератору любое устройство и зарядить его.

Росси для бестопливного генератора использует холодный синтез. Хотя в конструкции и отсутствуют турбины, замена топлива здесь осуществляется за счет ряда химических реакций никеля и водорода. В камере по мере протекания реакции выделяется тепловая энергия.

Обязательно использование катализатора и небольшого электроаккумулятора. Все затраты, согласно проведенным лабораторным исследованиям, окупаются более чем в 5 раз. Больше всего такая модель подойдет для выработки энергии на жилых участках. Но иногда эксперты спорят, можно ли называть её полностью бестопливной, так как в конструкции предусматривается использование никеля и водорода – активных химических реагентов.

Для генератора Хендершота потребуется:

• резонансные электрические катушки от 2 до 4 штук;
• сердечник из металла;
• несколько трансформаторов, генерирующих постоянный ток;
• несколько конденсаторов;
• набор магнитов.

При сборке обязательно соблюдать пространственную ориентацию катушек. Правильное направление на север-юг будет надежно генерировать магнитное поле в обмотке. С помощью катушки Тесла, двух или более конденсаторов, аккумулятора и инвертора можно сделать более мощную конструкцию.

Генератор Хмелевского активно используется геологами в экспедициях, где нет постоянного источника электроэнергии. В конструкцию входит трансформатор с несколькими обмотками, резисторы, конденсаторы и тиристор. Обмотки используются строго расщепленные. Встречная выработка трансформатором энергии всегда имеет положительную величину, что и гарантирует качественный результат с помощью резонанса и частоты напряжения с соблюдением амплитуды для работы.

Бестопливный генератор на основе взаимодействия магнитного поля между роликами и металлическим сердечником изобрел Джон Серла. Ролики перемещаются в процессе работы на равное расстояние и вращаются вокруг сердечника, по диаметру устанавливаются катушки для генерирования энергии. Запуск работы осуществляется с помощью подающих электромагнитных импульсов. Переменное магнитное поле постепенно увеличивает скорость роликов, чем выше уровень вращения, тем больше вырабатывается электроэнергии. По достижению определенного уровня можно добиться даже антигравитации: устройство слегка приподнимается над поверхностью стола.

Устройство Шаубергера – механическая модель, энергия вырабатывается за счет вращения турбины и перемещения воды или иной жидкости по трубам. Простой и действенный закон, благодаря которому механическая энергия легко преобразуется с помощью сквозного перемещения жидкости снизу вверх. Это возможно благодаря полостям в жидкости и состоянию, которое очень близко к вакууму.

Наиболее популярные модели

На текущий момент наиболее популярными генераторами являются модели от производителей «Энерджистем», «U-Polemag», «Вега», а также «Верано-Ко». Они занимают обширную часть рынка устройств.

«Вега» производит аппараты, которые работают исходя из принципа магнитной индукции. Эту идею смог воплотить знаменитый физик Адамс. Цена зачастую зависит от мощности и размеров аппарата. Минимальная стоимость составляет 45 тыс. руб. У этого производителя есть ряд преимуществ:

1. Продукция от компании «Вега» очень экологична.
2. Генераторы полностью бесшумны, что позволяет их устанавливать в любом месте.
3. Аппараты сравнительно компактные.
4. У производителя довольно много моделей, мощность которых начинается от 1,5 кВт и достигает до 10 кВт.

«Верано-Ко» — это украинский производитель, использующий для своей продукции только качественные комплектующие. Производит генераторы как для бытовых нужд, так и для промышленных целей. Принцип работы альтернативного источника энергии такой же, как и у других магнитных агрегатов. Самая дешёвая модель стоит 50 тыс. руб. Цены на устройства достигают 200 тыс. руб.

«U-Polemag» является китайским производителем. Представляет наибольшее разнообразие моделей генераторов. Стандартное КПД устройств составляет 93%. Максимальные потери энергии — 1%. Зачастую приобретается для бытового использования. Имеет компактные габариты, низкий уровень шума и небольшой вес. В комплектацию входят системы охлаждение. Максимальная длительность использования достигает 15 лет. Цены на модельный ряд начинаются от 30 тыс. руб. и достигают 90 тыс. руб.

«Энерджисистем» производит устройства вертикального типа. Однозначного мнения о качестве и мощности аппаратов у потребителей нет. Цены на генераторы немного завышены и начинаются от 50 тыс. руб.

Конструкция асинхронного электродвигателя

Асинхронный электродвигатель включает в себя две основные детали: неподвижный статор и вращающегося внутри него ротор. Ротор вращается на подшипниках, закрепленных в съемных торцевых частях. Ротор и статор содержат электрические обмотки, витки которых уложены в пазы.

Статорная обмотка подключается к сети переменного тока, однофазной или трехфазной. Металлическая часть статора, куда она уложена, называется магнитопроводом. Он выполнен из отдельных тонких пластин с покрытием, изолирующих их друг от друга. Этим исключается появление вихревых токов, делающих работу электродвигателя невозможной из-за возникновения чрезмерных потерь на нагрев магнитопровода.

Выводы от обмоток всех трех фаз располагаются в специальном боксе на корпусе электродвигателя. Его называют барно, в нем выводы обмоток соединяются между собой. В зависимости от питающего напряжения и технических данных мотора выводы объединяются либо в звезду, либо в треугольник.

Обмотка ротора любого асинхронного электродвигателя похожа на «беличью клетку», так ее и называют. Она выполнена в виде ряда токопроводящих алюминиевых стержней, рассредоточенных по наружной поверхности ротора. Концы стержней замкнуты, поэтому такой ротор называют короткозамкнутым. Обмотка, как и статорная, расположена внутри магнитопровода, также набранного из изолированных металлических пластин.

Устройство и принцип работы

Если говорить о том, что входит в комплект, то всё может зависеть от типа выбранной конструкции. Но есть некоторые ключевые особенности, которые характерны для бестопливных источников питания. Например, статор остается неподвижным и фиксируется внешним корпусом в любой конструкции. Ротор же, наоборот, постоянно перемещается в процессе работы внутри. При самостоятельном изготовлении лучше всего использовать материалы, не конфликтующие с магнитными волнами. Между собой статор и ротор схожи и прорезями, в первом случае с внутренней, а во втором – с внешней стороны.

В пазах располагаются проводники для выработки энергии. Также есть обмотка, где напряжение скапливается, эксперты называют её обмоткой якоря. Магниты лучше всего использовать постоянные, они надежны в работе и подойдут буквально для любого типа устройств. Основная часть состоит из нескольких металлических колец, на которых расположены катушки. Кольца имеют широкий диаметр, а у катушек плотная обмотка проводом. Воспроизвести такую конструкцию своими руками можно и самостоятельно, но в более простом варианте.

Тиды электродвигателей

Рассмотрим типы электродвигателей и их особенности.

Двигатели постоянного тока, в конструкцию которых входят:

• Индуктор, состоящий из станины и главных/добавочных полюсов. Он создает неподвижное магнитное поле.
• Якорь, представляющий собой магнитную систему из рабочей обмотки, листов железа и коллектора.
• Щетки, обеспечивающие съем тока с коллектора.
• Щеткодержатели, удерживающие щетки в нужном положении.

Двигатели постоянного тока подразделяются на:

Двигатели переменного тока – более простая, дешевая и надежная конструкция. Они бывают двух типов:

Асинхронные двигатели, в свою очередь, делятся на:

• Двухфазные, с двумя перпендикулярно расположенными на статоре обмотками (одна из них напрямую подключается к сети переменного тока, вторая – с помощью фазосдвигающего конденсатора), которые создают вращающееся магнитное поле. Двигатели такого типа способны к самостоятельному запуску. Их можно встретить в стиральных машинах и станках разного предназначения.
• Трехфазные, с тремя рабочими обмотками, расположенными таким образом, что вращающиеся магнитные поля, образуемые ими, смещены относительно друг друга на 120 градусов. Обмотки соединяются либо по схеме «треугольник», либо по схеме «звезда». Второй вариант требует более высокого напряжения. Трехфазный тип мотора считается наиболее совершенным, так как отсутствуют проблемы с реверсом. Такие двигатели устанавливаются на лебедки, промышленные станки, подъемные краны, циркулярные пилы и т.д.

Маломощные генераторы 220 В

В качестве устройства-донора применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутыми роторами от стиральных машин, бытовых пылесосов, электроприборов полива и аналогичные, в которых конденсаторные батареи подключены в схему параллельно рабочей обмотке. Для повышения эффективности работы увеличивают емкость конденсатора: в меньшей степени для активной нагрузки (лампы, паяльники), и в большей – для индуктивной (например, холодильники, телевизоры и т.п.).

Генератор переменного тока

Первичный механический двигатель (рекомендации):

• Мощность первичного устройства выбирается на 50..100% больше, чем потребляемая мощность асинхронным генератором. Это необходимо для снижения потерь и повышения КПД процесса. Повышения КПД добиваются путем постоянного или кратковременного увеличения оборотов механического элемента.
• Так как в схеме отсутствует регулятор тока, для стабильной работы установки необходим постоянный контроль параметров, т.е. наличие прибора измерения частоты (тахометра), напряжения (вольтметра) и набора переключателей (для подключения нагрузки на генератор, и два – для коммутации цепи возбуждения. Такая схема упрощает запуск и повышает стабильность работы электрооборудования.
• В случае присоединения к генератору бытовой сети освещения, в электрической цепи необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в данном случае будет отключать электроосвещение от стационарной сети.

Однофазные рубильники для отключения применять запрещено в данном случае, т.к. необходимо отключение фазного и нулевого провода.