Материально-техническая база

Материально-техническая база

Для обеспечения учебного процесса по дисциплинам, преподаваемым кафедрой «Электротехника и электрооборудование», кафедра располагает специализированным лабораторным фондом, включающим 11 лабораторий, укомплектованных необходимым оборудованием для изучения электроэнергетических дисциплин. Также имеется дисплейный класс с выходом в сеть Интернет.

Лаборатория «Электрические машины»

Перечень основного лабораторного оборудования:

1. Трансформатор 3-х фазный
2. Синхронный генератор
3. Асинхронный двигатель
4. Машина постоянного тока
5. Электромашинный усилитель
6. Регулятор напряжения
7. Тахогенератор
8. Электромагнитный тормоз
9. Пуско-регулирующая аппаратура
10. Макеты электрических машин и их частей
11. Измерительные приборы

Перечень основных лабораторных работ, выполняемых в лаборатории:

1. Исследование трехфазного трансформатора
2. Исследование параллельной работы трансформатора
3. Исследование несимметричных режимов трансформатора
4. Исследование асинхронного двигателя с фазным ротором
5. Исследование асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором
6. Исследование синхронного генератора
7. Исследование параллельной работы синхронного генератора с сетью
8. Исследование генератора постоянного тока и двигателя постоянного тока параллельного и смешанного возбуждения

Лаборатория «Техника высоких напряжений»

Перечень основного лабораторного оборудования:

1. Измерительная штанга для измерения распределения напряжений по гирлянде изоляторов
2. Аппарат для пробоя жидких диэлектриков АИМ-80
3. Стенд для пробоя твердых диэлектриков
4. Высоковольтные трансформаторы
5. Регуляторы напряжения

Перечень основных лабораторных работ, выполняемых в лаборатории:

1. Определение электрической прочности жидких диэлектриков
2. Определение электрической прочности воздуха в равномерном и неравномерном электрических полях при постоянном напряжении
3. Определение электрической прочности твердых диэлектриков

Перечень основного лабораторного оборудования:

1. Стенды «Силовая электроника»
2. Осциллографы
3. Двухканальный сервисный осциллограф
4. Генераторы
5. Мультиметры цифровые
6. Мультиметр аналоговый
7. Источник питания
8. Элементная база электроники: диоды, транзисторы, тиристоры, пассивные элементы, интегральные схемы, печатные монтажные платы

Стенд «Силовая электроника» оснащен трехфазным источником питания, имеющем защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения. Стенд позволяет моделировать одно- и трехфазные тиристорные преобразователи, реверсивный трехфазный преобразователь, регулятор трехфазного напряжения, одно- и трехфазные потребители активной мощности, продольную индуктивность одно- и трехфазной электрической сети под ручным или дистанционным/автоматическим (от ПЭВМ) управлением. В составе стенда имеется трехполюсный выключатель, предназначенный для ручного или дистанционного/автоматического (от ПЭВМ) включения/ отключения электрических цепей, терминал, предназначенный для обеспечения удобного доступа к входам / выходам управления функциональных блоков.

Перечень основного лабораторного оборудования:

1. Асинхронный двигатель
2. Двигатель постоянного тока
3. ЭМУ
4. Тахогенератор ТМ2-30
5. Кнопочный пускатель
6. Пуско-регулирующая аппаратура (реостаты)
7. Измерительные приборы: вольтметр, амперметр, тахометр и т.д.
8. Автомат АП, АЕ-2, пускатель ПМЕ.

Перечень основных лабораторных работ, выполняемых в лаборатории:

1. Исследование механических характеристик механизма
2. Исследование механических и электромеханических характеристик и методов регулирования координат двигателей постоянного тока независимого возбуждения
3. Исследование механических и электромеханических характеристик и методов регулирования координат асинхронных двигателей с фазным ротором
4. Исследование механических и электромеханических характеристик многоскоростных асинхронных двигателей

Лаборатория «Автоматизация производственных процессов»

Перечень основного лабораторного оборудования:

1. Устройства автоматики
2. Регуляторы
3. Реле
4. Магазины сопротивления
5. Микровольметры
6. Омметры
7. Осциллографы

Перечень основных лабораторных работ, выполняемых в лаборатории:

1. Сборка и опробывание схемы двухпостового управления многоэлементной производственной системой с каскадной блокировкой
2. Идентификация теплового объекта методом снятия и обработка временной характеристики с получением дифференциального уравнения процесса нагрева и процесса охлаждения
3. Исследование процесса 2-позиционного регулирования температуры в термокамере
4. Изучение и поверка магнитоэлектрического логометра
5. Изучение и поверка пирометрического милливольтметра

Лаборатория «Теоретические основы электротехники»

Перечень основного лабораторного оборудования включает комплекты лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники» ТОЭ2-Н-Р в следующей комплектации:

1. Блок генераторов напряжений
2. Однофазный источник питания
3. Наборная панель
4. Модель однородной длинной линии
5. Блок мультиметров
6. Ваттметр
7. Набор миниблоков «Электрические и электронные компоненты»
8. Набор миниблоков «Трансформаторы»
9. Набор миниблоков «Электромагнитное поле»
10. Набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей
11. Набор устройств для исследования поверхностного эффекта
12. Рама настольная одноуровневая с контейнером

Перечень основных лабораторных работ, выполняемых в лаборатории:

1. Измерения приборами лабораторного стенда.
2. Линейная электрическая цепь постоянного тока.
3. Определение эквивалентных параметров пассивных двухполюсников.
4. Исследование цепи синусоидального тока.
5. Исследование цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами.
6. Исследование резонанса в цепи с последовательно соединенными элементами R, L, C.
7. Резонансные характеристики цепи с последовательно соединенными элементами R, L, C.
8. Исследование режима резонанса при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора.
9. Трехфазная цепь, соединенная звездой.
10. Трехфазная цепь, соединенная треугольником.
11. Исследование линейной электрической цепи несинусоидального периодического тока.
12. Переходные процессы в R–L и R–C цепи.
13. Разряд конденсатора С на цепь R–L.
14. Экспериментальное определение А-параметров четырехполюсника.
15. Передаточные функции и частотные характеристики четырехполюсника.
16. Интегрирующие четырехполюсники.
17. Цепь с распределенными параметрами.
18. Линия как устройство для передачи информации.
19. Нелинейная цепь постоянного тока.
20. Инерционные и безынерционные нелинейные элементы.
21. Нелинейная резистивная цепь.
22. Катушка с ферромагнитным сердечником.
23. Явление феррорезонанса.
24. Потери в сердечниках из ферромагнитных материалов.
25. Экспериментальная проверка закона полного тока. Измерение намагничивающих сил.
26. Определение электромагнитной силы.
27. Моделирование плоскопараллельного электрического поля двух несоосных цилиндров.
28. Моделирование электрического поля двухпроводной линии и определение емкости с учетом влияния земли.
29. Проводящий цилиндр в однородном электрическом поле.

Лаборатория «Электротехника и электроника»

Перечень основного лабораторного оборудования:

1. Лабораторный стенд САД-2-М «Исследование асинхронного двигателя» (Рис. 1)
2. Учебный лабораторный комплекс «Электротехника и основы электроники» (Рис. 2)
3. Учебно-лабораторный комплект «Электронная техника» КЭТ

Рис. 1

Лабораторный стенд САД-2-М состоит из приборного блока и электромеханического агрегата, соединенного с приборной панелью. Приборный блок состоит из пускорегулирующей аппаратуры, блоков питания и электроизмерительных приборов, измерителя параметров трехфазной сети и платы контроллера измерения скорости и управления током возбуждения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Электромеханический агрегат включает в себя асинхронный трехфазный двигатель, двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и оптоэлектронный датчик оборотов. Электромеханический агрегат подключается к приборному блоку тремя кабелями.

Лабораторный стенд САД-2-М обеспечивает выполнение следующих лабораторных работ:

1. Определение зависимости коэффициента C_Е от тока возбуждения
2. Определение момента холостого хода
3. Получение рабочих характеристик АД
4. Получение механических характеристик АД

Рис. 2

С помощью учебного лабораторного комплекса «Электротехника и основы электроники» можно выполнять лабораторные работы:

1. Электрическая цепь
2. Закон Ома
3. Исследование цепей с резисторами
4. Эквивалентный источник напряжения
5. Последовательное и параллельное соединения источников напряжения
6. Электрическая мощность и работа
7. Коэффициент полезного действия электрической цепи
8. Согласование источника и нагрузки по напряжению, току и мощности
9. Процессы заряда и разряда конденсатора
10. Процессы включения под напряжение и короткого замыкания катушки индуктивности
11. Измерение электрических величин в цепях переменного тока
12. Цепи синусоидального тока с конденсаторами
13. Цепи синусоидального тока с катушками индуктивности
14. Трасформаторы
15. Трехфазные цепи
16. Переходные процессы в линейных электрических цепях

Учебно-лабораторный комплект «Электронная техника» КЭТ предназначен для проведения лабораторных работ по профилирующим дисциплинам радиотехнической подготовки специалистов. В состав оборудования КЭТ входят измерительный стенд, состоящий из вертикального корпуса со встроенными приборами и лабораторного пульта, к которому присоединяются сменные модули: диод, стабилитрон, биполярный транзистор, полевой транзистор, тиристор и др.

Комплект оборудования КЭТ обеспечивает проведение следующих лабораторных работ:

1. Исследование полупроводниковых приборов
2. Исследование стабилитрона
3. Исследование схемы с общим эмиттером
4. Изучение эмиттерного повторителя
5. Исследование рабочего режима транзистора
6. Исследование полевого транзистора
7. Исследование тиристора
8. Исследование электронного ключа
9. Исследование дифференциального усилителя
10. Исследование операционного усилителя
11. Исследование влияния ОС на параметры усилителя
12. Изучение резонансного усилителя
13. Исследование LC-генератора
14. Исследование амплитудного детектора
15. Исследование частотного детектора
16. Исследование активных фильтров
17. Исследование компараторов
18. Исследование базового логического элемента ТТЛ

Асинхронный генератор: устройство и принцип работы

Асинхронный генератор – это прибор, посредством работы которого удается обеспечить промышленное оборудование, а также бытовые устройства электроэнергией. Данный тип агрегатов отличается простотой эксплуатации и удобной конструкцией.

Устройство

Генератор имеет простую структуру. Основными элементами устройства являются:

• ротор;
• статор.

Первый представляет собой подвижную деталь, а второй элемент в процессе эксплуатации сохраняет свое положение. В агрегате не сразу удается заметить обмотки проволоки, для изготовления которой обычно задействуют медь. Однако обмотки есть, только выполнены они из алюминиевых стержней и отличаются улучшенными характеристиками.

Конструкция, образованная короткозамкнутыми обмотками, называется «беличья клетка».

Внутреннее пространство заполнено пластинами из стали, а сами стержни из алюминия впрессованы в пазы, предусмотренные в сердечнике подвижного элемента. На валу генератора расположен ротор, а сам он стоит на специальных подшипниках. Фиксацию элементов агрегата обеспечивают две крышки, зажимающие вал с двух сторон. Корпус выполнен из металлического материала. Некоторые модели дополнительно оснащены вентилятором для охлаждения устройства во время работы, а на корпусе располагаются ребра.

Преимуществом генераторов является возможность их использования в сети с напряжением как в 220 В, так и с более высокими показателями. Для правильного подключения агрегата необходимо выбрать подходящую схему.

Принцип работы

Главная задача генератора заключается в выработке электрической энергии посредством энергии механической:

• ветровой;
• гидравлической;
• внутренней, преобразованной в механическую.

Когда ротор начинает вращаться, в его контуре образуются магнитные силовые линии. Они проходят через обмотки, предусмотренные в статоре, в результате чего возникает электродвижущая сила. Именно она является ответственной за появление тока в цепях. Происходит это за счет подключения к устройству активных нагрузок.

Важный момент, который следует учитывать для организации бесперебойной работы, заключается в отслеживании скорости вращения вала. Она должна быть больше по сравнению с частотой, с которой образуется переменный ток. Последний показатель задают полюса статора. Если говорить проще, то в процессе выработки электроэнергии требуется обеспечить несовпадение частот. Они должны отставать на величину скольжения ротора.

При вращении вала под воздействием внешнего импульса, полученного в результате задействования механической энергии, и остаточного магнетизма возникает собственная ЭДС устройства. В итоге оба поля – подвижное и неподвижное – взаимодействуют друг с другом в динамическом режиме.

Ток, полученный в АГ, имеет небольшие значения. Для повышения выходной мощности потребуется увеличение магнитной индукции.

Зачастую достичь этого помогают дополнительные статоры конденсаторов. Их подключают к выводам катушек и внимательно следят за показателями системы.

Сфера применения

Асинхронные генераторы пользуются популярностью, и среди преимуществ подобных станций выделяют:

• устойчивость к перегрузкам и КЗ;
• простую конструкцию;
• небольшой процент нелинейных искажений;
• стабильную работу за счет небольшого значения клирфактора;
• стабилизацию напряжения на выходе.

При подключении генератор выделяет небольшой количество реактивного тепла, поэтому его конструкция не требует установки дополнительных охлаждающих устройств. Это позволяет выполнить надежную герметизацию внутренней полости агрегата для ее защиты от проникновения влаги, грязи или пыли.

За счет своих достоинств генераторы активно используются в качестве источников электричества в следующих сферах и областях:

• транспортной;
• промышленной;
• бытовой;
• сельскохозяйственной.

Также мощные агрегаты встречаются в автомастерских. Кроме того, их упрощенная конструкция позволяет использовать устройства в качестве источников электрической энергии. К ним подключают аппараты для сварки, а также с их помощью организуют подачу питания важным объектам здравоохранения.

Посредством работы генераторов такого типа удается в короткие сроки соорудить и запустить ветровые и гидроэлектростанции.

Таким образом, обеспечить себя энергией могут даже удаленные от центральных сетей поселки и хозяйства.

Чем отличается от синхронного?

Основным отличием генератора асинхронного типа от синхронного является измененная конструкция ротора. Во втором варианте ротор использует проволочные обмотки. Чтобы организовать вращательное движение вала и создать магнитную индукцию, агрегат задействует автономный источник питания, которым зачастую выступает генератор меньшей мощности. Его располагают параллельно той оси, на которой располагается ротор.

Плюс синхронного генератора заключается в образовании чистой электрической энергии. Кроме того, устройство без особого труда синхронизируется с другими подобными машинами, и это тоже различие.

Единственным недостатком считают восприимчивость к перегрузкам и КЗ. Дополнительно стоит отметить, что разница между двумя видами оборудования заключается и в цене. Синхронные агрегаты более дорогие по сравнению с устройствами асинхронного типа.

Что касается клирфактора, то у асинхронных агрегатов его показатель значительно ниже. Поэтому можно утверждать, что этот вид устройств вырабатывает чистый электрический ток без каких-либо загрязнений. За счет действия подобной машины удается обеспечить более надежную работу:

• ИБП;
• зарядных устройств;
• телевизионных приемников нового поколения.

Запуск асинхронных моделей происходит быстро, однако требует увеличения пусковых токов, которые запускают вращение вала. Плюсом является то, что в процессе работы конструкция испытывает меньше реактивных нагрузок, за счет чего удалось улучшить показатели теплового режима. Кроме того, работа асинхронных генераторов более стабильная вне зависимости от того, с какой скоростью вращается подвижный элемент.

Существует несколько классификаций асинхронных генераторов. Они могут отличаться следующими факторами.

• Типом ротора – вращающейся части конструкции. Сегодня выпускаемые агрегаты данного типа предусматривают в своей конструкции фазный или короткозамкнутый ротор. Первый оборудован индуктивной обмоткой, в качестве которой выступает изолированный провод. С его помощью и удается создать динамическое магнитное поле. Второй вариант – единая конструкция, имеющая цилиндрическую форму. Внутри нее расположены штыри, оборудованные двумя замыкающими кольцами.
• Количеством рабочих фаз. Под ними подразумевают выходные или статорные обмотки, расположенные внутри устройства. Выходные при этом могут иметь одну фазу или три. Этот показатель определяет назначение генератора. Первый вариант доступен для эксплуатации при напряжении в 220 В, второй – 380 В.
• Схемой включения. Выделяют несколько способов организации работы трехфазного генератора. Можно подключить катушки к устройству, применяя схему «звезда» или «треугольник». Также их можно разместить на полюсах неподвижного элемента – статора.

Дополнительно генераторы асинхронного типа классифицируют по наличию или отсутствию обмотки катушки самовозбуждения.

Генератор из трехфазного асинхронного двигателя схема

В современных автомобилях многие важные основные и вспомогательные функции выполняются при помощи электропривода. Все применяемые электродвигатели разной мощности и назначения питаются от бортовой сети постоянным током. Применение на автомобилях именно электродвигателей постоянного тока определено главным условием – наличием источника постоянного тока (аккумулятора) для питания бортовой сети автомобиля на стоянке при выключенном генераторе. При запуске двигателя автомобиля начинает вращаться генератор, энергия которого поступает в бортовую сеть для потребления. Величина электрического напряжения, которое вырабатывает генератор, всегда немного больше, чем дает аккумуляторная батарея и автоматически, при помощи встроенного в генератор электронного блока, поддерживается на этом уровне независимо от оборотов генератора и тока потребления. Поскольку напряжение генератора больше напряжения аккумулятора, часть тока направлена от генератора в аккумулятор, т.е. происходит подзарядка аккумулятора.

Историческое развитие систем электропитания бортовой сети автомобиля прошло два этапа, если анализировать по принципу действия его генератора. А именно, по механизму получения на выходе генератора именно постоянного напряжения электрической энергии. Первоначально это был механический электрический переключатель (коммутатор) обмоток якоря электрического генератора постоянного тока.

Рис. 1. Получение полярного напряжения при помощи щеточно-коллекторного узла при вращении рамки в магнитном поле

В работах [1–10] показана теория работы любой электрической машины постоянного тока, как двигателя, так и генератора при помощи щеточно-коллекторного узла, который одновременно выполняет функцию датчика положения якоря и переключателя тока в его обмотках. На рис. 1. представлена схема, поясняющая принцип работы щеточно-коллекторного узла генератора постоянного тока, а именно получение полярного напряжения, т.е. (+) на одной и (–) на другой щетке. Как известно, при вращении якоря в соответствии с законом электромагнитной индукции в проводниках витка ab и cd при пересечении ими магнитного поля будет индуктироваться ЭДС, которая равна

где V – линейная скорость движения проводника относительно магнитного поля; B – индукция магнитного поля; L – длина активной части витка. Направления ЭДС в проводниках ab и cd определяются по правилу правой руки. По контуру abcd эти ЭДС складываются, и так как верхний и нижний проводники находятся в одинаковых магнитных условиях, то ЭДС витка E будет: E = 2·e Автомобильные генераторы по такой схеме получения постоянного тока, не строятся уже достаточно давно, чего нельзя сказать обо всех применяемых сегодня в автомобилях электродвигателях, кроме шаговых с электронным управлением. В настоящей статье они упомянуты как пример сложной, дорогой конструкции с небольшим ресурсом, содержащей щеточно-коллекторный узел и якорь с большим числом обмоток, каждая из которых присоединялась к соответствующей ламели, контакту коллектора.

Применяемые сегодня автомобильные генераторы являются классическим примером машин переменного трехфазного тока, который возбуждается (генерируется) в обмотках статора. Вращающийся якорь намагничивается постоянным током, подводимым к его обмотке так же при помощи щеточного узла, но его конструкция значительно проще и надежнее, чем у рассмотренного выше классического генератора постоянного тока. Ротор (а именно так называют вращающийся магнитный возбудитель в машинах переменного тока) создает вращающееся магнитное поле [7–10]. Для этой цели на валу ротора и расположена обмотка возбуждения. Она помещается в две половины полюса, в каждой полюсной половине имеются выступы – они называются клювами. На роторе расположены и два контактных кольца, и именно через них идёт питание обмотки возбуждения. Кольца чаще всего изготавливаются из меди или другого цветного металла с низким коэффициентом трения в паре с угольной щеткой, например латуни. Непосредственно к кольцам припаяны выводы одной обмотки возбуждения. Поскольку контактные кольца генератора переменного тока не имеют в отличие от генератора постоянного тока поперечных разделителей и образуют гладкую поверхность, износ токоподводящих графитовых щеток значительно снижен.

Статор необходим для создания переменного электрического тока, объединяет металлический сердечник и обмотки, сердечник набран из пластин, они изготовлены из электротехнической трансформаторной стали. В пазы статора уложены три обмотки (они разбиты на секторы для более равномерного взаимодействия). Между собой обмотки соединяются по схемам «звезда» или «треугольник». В любом случае эти три вывода трехфазного напряжения соединяются с выпрямителем тока, который собран обычно по мостовой схеме и имеет шесть полупроводниковых диодов. Выпрямитель осуществляет преобразование переменного тока, который вырабатывает непосредственно автомобильный генератор, в постоянный ток для бортовой сети. Таким образом, можно зафиксировать факт наличия электрической энергии в двух проявлениях:

1. В виде постоянного тока в бортовой сети, т.е. на выходе генератора и клеммах аккумулятора.

2. В виде переменного трехфазного тока, который собственно вырабатывается генератором автомобиля и поступает на вход выпрямителя, полупроводниковые диоды которого встроены в корпус генератора так, что на выходе мы получаем постоянное напряжение.

Перед тем как перейти к выводу о возможности и целесообразности применения трехфазного асинхронного электродвигателя на автомобиле, рассмотрим свойства и характеристики электродвигателей постоянного тока. Двигатели постоянного тока имеют несколько вариантов соединения обмоток вращающегося якоря и неподвижного статора.

От выбора схемы их соединения с источником постоянного тока очень сильно зависят их рабочие характеристики. Различают двигатели: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Двигатели небольшой мощности часто выполняют с постоянными магнитами для создания поля возбуждения. Механические, нагрузочные характеристики их весьма разнообразны и поэтому выбираются в зависимости от условий применения. По своим эксплуатационным возможностям двигатели постоянного тока, безусловно, чрезвычайно удобны, как электромеханические преобразователи энергии, для очень широкого круга задач. Они позволяют легко изменять направление вращения (реверс), управляются по скорости вращения и крутящему моменту, но при всем обилии преимуществ имеют заметный недостаток, который задан в самой конструкции такого рода двигателей. Этот недостаток обусловлен необходимостью переключения полярности обмоток якоря, при их переходе через южный – S и северный – N полюса магнитов статора, т.е. имеет принципиальный характер.

Фото классического маломощного электродвигателя постоянного тока [2] на рис. 2 показывает сложность его конструкции и материалоемкость коллектора, изготовленного из меди.

Из рисунка видно, что наличие щеточно-коллекторного узла в двигателе постоянного тока обуславливает сложность конструкции, высокую стоимость изделия и ограничивает ресурс двигателя за счет износа щеток и загрязнения коллектора.

Рис. 2. Фото типового электродвигателя постоянного тока со стороны щеточно-коллекторного узла

Для оценки материальных затрат на изготовление двигателя этого типа целесообразно сравнить обмотки статора и якоря по их намагничивающей силе. Откуда видно, что поскольку механический крутящий момент создается взаимодействием этих магнитных полей, то эти силы примерно равны. Очевидно, равны и индуктивности их обмоток, т.е. число витков их обмоток и затраты меди.

Рис. 3. Ротор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой, магнитопровод показан в виде диска

Таким образом, стоимость якоря двигателя постоянного тока по материалоемкости (расходу меди) и трудозатратам на изготовление, ввиду сложности размещения и закрепления обмоток в пазах якоря, составит более 50 % полной стоимости двигателя. Поэтому предложение об использовании хотя бы в некоторых применениях асинхронных трехфазных двигателей, которые могут быть примерно вдвое дешевле, весьма выгодно.

Эффект экономии достигается простотой конструкции вращающейся части асинхронного двигателя, его ротора, который так же состоит из набора пластин электротехнической стали, но его обмотка выполнена путем заливки в пазы ротора расплавленного алюминия без применения ручного труда. Схематичное изображение ротора [11] показано на рис. 3.

Залитые расплавленным алюминием пазы ротора – это проводники обмотки, по которым протекает ток, создающий магнитное поле, вращающее ротор. Замыкание тока происходит через торцевые шайбы, которые формируются единовременно с заливкой пазов ротора. Простота конструкции, отсутствие медной обмотки и коллектора доказывают экономические преимущества применения таких двигателей, а практически абсолютная надежность электрической части короткозамкнутого ротора еще более повышает конкурентоспособность асинхронных машин. Однако эти преимущества можно получить лишь при условии наличия переменного трехфазного тока для питания обмоток статора и создания вращающегося магнитного поля. Принцип работы асинхронного двигателя [1, 3, 12] основан на использовании вращающегося магнитного поля, создаваемого тремя катушками статора. При включении, когда ротор в покое, через его магнитную систему в проводниках наводится электродвижущая сила (ЭДС), поскольку проводники замкнуты сами на себя и катушки ротора имеют незначительное омическое сопротивление, эта эдс вызывает большие токи в них. По закону Ленца магнитное поле этих токов взаимодействует с полем статора, и ротор начнет вращаться в ту же сторону, в какую вращается поле, создаваемое катушками статора. В установившемся режиме ротор будет вращать чуть медленнее (асинхронно) полю статора.

Трехфазный переменный ток для питания асинхроннного трехфазного двигателя предлагается брать от стандартного автомобильного генератора. Переделка, т.е. доработка стандартного генератора крайне проста и состоит в присоединении трех проводников соответствующего сечения (отпайке) к выводам статорной обмотки генератора, например, в местах соединения с выпрямительными диодами. Электрическая схема присоединения трехфазного асинхронного электродвигателя к стандартному автомобильному генератору [11, 12] приведена на рис. 4. Соединение обмоток – звезда-звезда без нулевого провода, причем амплитуда напряжения не зависит от оборотов генератора вследствие работы реле регулятора напряжения.

Рис. 4. Схема подключения трехфазного асинхронного двигателя к обмоткам статора (показано стрелками) типового автомобильного генератора

Из рис. 4 видно, что при заданном соединении фаз, когда фазы В и С генератора подключены к фазам С и В двигателя, ротор двигателя будет вращаться в направлении, противоположном направлению вращения генератора.

Таким образом, предложенный для применения в агрегатах легковых и грузовых автомобилей асинхронный трехфазный электродвигатель с питанием от обмоток стандартного генератора автомобиля, во-первых, значительно проще, надежнее и дешевле двигателей постоянного тока, за счет исключения из его конструкции коллекторно-щеточного узла и, во-вторых, не уступает по возможности управления реверсом направления вращения. Использование данного предложения в тех агрегатах, которые включаются после запуска двигателя автомобиля, когда начинает функционировать генератор, несмотря на переменную частоту питающего тока, может быть оправдано и выгодно.

Генератор из трехфазного асинхронного двигателя схема

Бестопливный генератор Мотор Дяди Васи своими руками

Я смотрю, все дружно ушли в обсуждение Генератор по DMIT, а старые добрые темы уже не актуальны? Ну тогда немного подолью масла в огонь, выложив свои наработки в разгадке этой загадки «мотора Дяди Васи».

Итак, схема призвана обеспечить работу асинхронного электродвигателя согласно алгоритму, изложенному Host-ом в описании запуска привода насоса в лаборатории «дяди Васи».

В целом алгоритм выглядит так (проверьте по высказываниям в начале ветки на форуме Скифа):
1. Двигатель включается в однофазную сеть и запускается;
2. После разгона контролируется некое напряжение и только после этого переключается тумблером вся схема на автономную работу;
3. Вынимается вилка из розетки.

Установка на 40 ампер в сборе

Далее были учтены еще ряд подробностей, указанных Host-ом:
а) Наличие переменного напряжения 340 вольт на каких-то выводах двигателя;
б) использование всех 6-и проводов, исходящих из электромотора;
в) возможность параллельного подключения к обмоткам двигателя еще двух ламп на 220 вольт или еще одного трехфазного асинхронного двигателя (в моей схеме их можно подключить параллельно генерирующим обмоткам (А1-А2)+(В1-В2));
г) ну и, собственно, реализовано само «ноу-хау» дяди Васи: «импульс, емкости и очень важно вовремя переключать».

Рассмотрим работу нижеприведенной схемы.

В начальный момент времени асинхронный электродвигатель включен по классической схеме запуска с пусковым конденсатором из схемы соединения «Звезда». Обмотка А1-А2 непосредственно включена в однофазную сеть 220 Вольт, а обмотка В1-В2 кратковременно подключается к этой же сети через пусковой конденсатор С1. Пусковой выключатель SA1- стандартный для включения однофазных асинхронных двигателей с одной группой постоянно замкнутых после включения контактов- SA1.1 и с кратковременно замыкаемой группой SA1.2 во время нажатия на кнопку выключателя. После запуска (при помощи обмотки В1-В2) двигатель начинает работать на одной обмотке- А1-А2. При этом на выводах его соединенных обмоток А1 и В1 появляется фазное напряжение 380 вольт, т.е. асинхронный двигатель переходит в режим широко описанного в прикладной электротехнической литературе генератора трехфазного напряжения. Полученное напряжение подается на выпрямитель VD1-VD4 и накапливается на батарее конденсаторов С7. Как только выпрямленное напряжение достигнет некоей величины (по умолчанию порядка 540 Вольт), о чем можно судить по показанию вольтметра РА1, надо замкнуть выключатель SA2 и тем самым запустить схему разряда/слежения на силовом тиристоре VS1. Главное в работе схемы- осуществить разряд батареи конденсаторов на электродвигатель только в нужный момент времени- в начале роста положительной полуволны генерируемого напряжения на обмотке С1-С2 электродвигателя. Схема слежения работает следующим образом: на делитель R1-R2 подается напряжение 220 вольт (естественно, сдвинутое по фазе на 120 градусов относительно опорного напряжения обмотки А1-А2), в одно из плеч делителя включен выпрямитель-ограничитель для питания оптосимистора VS2, который открывается только тогда, когда на его внутреннем светодиоде напряжение достигнет величины его включения (порядка 2 вольт), а это произойдет именно в начале роста положительной полуволны напряжения, снимаемого с обмотки С1-С2 электродвигателя. После разряда батареи конденсаторов С7 на обмотку С1-С2 двигатель получает мощный крутящий импульс, и согласно гипотезе, цикл работы повторяется. При этом автоматически достигается синхронность работы электродвигателя с питающей сетью, что позволяет в любой момент времени после разгона двигателя выдернуть вилку из розетки или выключить выключатель SA1.

Фрагмент Дядя Вася

Для защиты светодиода оптосимистора от перенапряжения и скачков отрицательного напряжения применен стабилитрон VD1. Обвязка управляющей цепи питания и силовой цепи тиристора VS1 применена стандартная для улучшения условий открытия/закрытия тиристора в условиях работы на индуктивную нагрузку.

При проведении экспериментов необходимо так подбирать емкость батареи конденсаторов С7, чтобы не сжечь сам двигатель, ведь и так на обмотку двигателя С1-С2 подается почти удвоенное напряжение питания (мне видится емкость С7 равная емкости резонансной для L-C контура, в котором индуктивность- это сама обмотка двигателя С-С2, а емкость- батарея конденсаторов С7). Для начала экспериментов резонансные емкости С2рез, С3рез и С4рез можно не устанавливать, а величину С7 взять минимальную, постепенно увеличивая её величину для получения устойчивого результата.

Схема не требовательна к элементной базе, единственное, что желательно, так это выбирать силовые полупроводниковые элементы с большим запасом по напряжению и токам, т.е. тиристор VS1 и диоды VD1-VD4 должны выдерживать пусковые токи используемого вами асинхронного двигателя. В моей схеме приведены элементы на токи до 80 Ампер при напряжениях до 1000 вольт, что позволяет запускать электродвигатели мощностью до 10 кВт. Естественно, при работе эти полупроводниковые элементы сильно нагреваются, поэтому наличие радиаторов обязательно.